Longs épisodes secs hivernaux dans le bassin méditerranéen et conditions atmosphériques associées : variabilité contemporaine et future (1957-2100)

Winter long dry spells in the Mediterranean basin and associated atmospheric conditions : contemporary and future variability (1957-2100)

• Auteur / Autrice : Florian Raymond
• Direction : Pierre Camberlin, Albin Ullmann
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Climatologie
• Date : Soutenance le 04/12/2017
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnements, Santé (Dijon ; Besançon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biogéosciences (Dijon)
• Jury : Président / Présidente : Sylvain Bigot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Drobinski, Yves Tramblay
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Martin Beniston, Vincent Moron

Mots clés

Mots clés contrôlés

Temps (météorologie)

Sécheresse

Changements climatiques

Mots clés libres

Bassin Méditerranéen

Variabilité climatique

Sécheresses hivernales

Conditions atmosphériques

Impacts socio-Économiques et environnementaux

Scénarios du changement climatique

Mediterranaen Basin

Climatic variability

Winter droughts

Atmospheric conditions

Socio-Economic and environmental impacts

Climate change scenarios

Résumé

Dans un contexte de changement climatique actuel et futur, se traduisantnotamment par un assèchement déjà observé en Méditerranée, cette thèse seconcentre sur l’étude de la variabilité contemporaine et future (1957-2100)des événements de très longs épisodes secs (eTLES) hivernaux (septembreavril)dans le bassin méditerranéen. Une méthodologie originale a été développéeau cours de cette thèse pour appréhender les eTLES comme desévénements climatiques singuliers, caractérisés par des critères de localisation,de durée et d’extension spatiale.Sur la période contemporaine (1957-2013), 76 eTLES ont été détectésdans le bassin méditerranéen. Ces événements sont répartis en 4 principalesconfigurations géographiques : Nord-Est, Ouest, Dispersés & Restreints etSud-Est. Les configurations de types Nord-Est et Ouest sont associées àdes blocages anticycloniques localisés à environ 1 000 km au nord-ouestdes secteurs principalement affectés par les eTLES, favorisant un ciel dégagéet l’absence de précipitations. Les configurations de types Dispersés& Restreints et Sud-Est sont particulières, car la première est caractériséecomme étant une classe résiduelle regroupant des eTLES à faible extensionspatiale répartis dans l’ensemble du bassin, la seconde est caractérisée pardes eTLES saisonniers qui s’insèrent dans la continuité de l’été sec observéà l’est du bassin méditerranéen.Les grands régimes de circulation atmosphérique du domaine Euro-Atlantique montrent un certain contrôle sur les eTLES. Ainsi, la phasepositive de l’oscillation nord-atlantique (NAO+) est le seul régime à êtreclairement favorable au développement d’eTLES sur la quasi-totalité du bassin.Le régime est-atlantique (EA) ne montre pas de contrôle sur les eTLES,atlantic ridge (AR) et la phase négative de l’Oscillation Nord-Atlantique(NAO-) sont deux régimes généralement défavorables aux eTLES. Cependant,des eTLES sont pourtant associés aux régimes AR, EA et NAO-. Pourcela, il faut que ces trois régimes de circulation soient associés à des pressionsatmosphériques légèrement plus élevées au nord-ouest des secteursimpactés par les eTLES, comparativement à leur climatologie respective.Les longues séquences des régimes AR, EA et NAO+, représentatives d’unecertaine stabilité atmosphérique durable dans le temps, sont préférentiellementassociées aux eTLES, contrairement aux courtes séquences de ces troisrégimes. À l’inverse, les longues séquences du régime NAO-, renforçant les basses pressions atmosphériques sur l’Europe et le bassin méditerranéen,sont peu associées aux eTLES.Bien que les deux modèles ALADIN52 et LMDZ4-NEMOMED8 affichentdes résultats différents à plusieurs niveaux, ils s’accordent tout demême à montrer que les eTLES devraient être de plus en plus longs d’icià l’horizon 2100, de façon encore plus marquée pour la trajectoire RCP8.5que RCP4.5. Une analyse multi-modèles comprenant 12 simulations CMIP5montre qu’en moyenne par saison, la pression réduite au niveau de la meraurait tendance à augmenter sur l’océan Atlantique, au large des côtes françaiseset sur le centre du bassin méditerranéen, de façon robuste pour latrajectoire RCP8.5. À l’inverse, la fréquence et la durée des séquences des 4régimes de circulation atmosphérique ne semblent pas être amenées à évoluerd’ici à l’horizon 2100.Une étude est enfin menée pour constater les impacts des eTLES surla production agricole en Espagne. Le nombre de jours d’eTLES impactedavantage les rendements d’orge, de blé et d’avoine (espèces d’hiver et cultivéesau travers d’une agriculture pluviale) que les simples ratios de jourssecs et les cumuls de pluie en Espagne. Une étude de cas réalisée sur deuxsaisons ayant reçu des cumuls de pluie comparables montre qu’en plus desrendements, un eTLES provoque une baisse significative de l’humidité dessols et du débit du fleuve Èbre.

In the context of climate change, as reflected by a dryer Mediterraneanbasin, this thesis focused on the study of the contemporary and future variability(1957-2100) of the wintertime (September to April) very long dryspells events (called VLDSe) in the Mediterranean basin. An original methodologywas developed in this thesis in order to define VLDSe as singularclimatic events, characterized by location, duration and spatial extent criteria.76 VLDSe were detected in the Mediterranean basin on the contemporaryperiod (1957-2013). These events are divided into 4 main geographicalpatterns: North-East, West, Scattered Localized and South-East. North-East and West configurations are associated with anticyclonic conditionslocated approximately 1 000 km northwestern to the areas affected by theVLDSe, favoring a clear sky and no precipitations. The Scattered Localizedand South-East configurations are special: the first one is characterized asa residual class grouping VLDSe with small spatial extent and distributedthroughout the entire basin, and the second one is characterized by seasonalVLDSe which are the continuation of the dry summer observed in the eastof the Mediterranean basin.Euro-Atlantic weather regimes have some control on the VLDSe. Thepositive phase of the north-atlantic oscillation regime (NAO+) is the onlyone that is clearly favorable to the development of VLDSe on almost the entirebasin. The east-atlantic regime (EA) does not show any control on theVLDSe, and the atlantic ridge (AR) and the negative phase of the northatlanticoscillation (NAO-) regimes are generally detrimental to VLDSe. However,some VLDSe can sometimes be associated with AR, EA and NAOregimes.This requires these three weather regimes to be associated withslightly higher atmospheric pressure northwest of the areas impacted bythe VLDSe, compared to their respective climatology. Long duration of theAR, EA and NAO+ regimes, which are coupled with sustained atmosphericstability, are preferentially associated with VLDSe, in contrast to the shortduration. Conversely, the long duration of the NAO- regime, reinforcingthe low atmospheric pressure on Europe and the Mediterranean basin, areweakly associated with VLDSe.Although the two climate models ALADIN52 and LMDZ4-NEMOMED8 differ in several respects, they agree in that VLDSe should be longer by 2100,especially in the RCP8.5 trajectory. A multi-model analysis with 12 CMIP5simulations shows that wintertime sea-level pressure tends to increase in theAtlantic Ocean, off the French coast and in the central the Mediterraneanbasin for the RCP8.5 trajectory. Conversely, the frequency and duration ofthe 4 weather regimes do not show significant trends until the end of the21st century.Finally, a study is carried out to assess the impact of VLDSe on agriculturalproduction in Spain. The number of VLDSe days has a larger impactson the yields of barley, wheat and oats (winter species and cultivatedthrough rainfed agriculture) than the simple ratio of dry days or seasonalrainfall amounts in Spain. A two-season case study, based on seasons withcomparable rainfall amounts, shows that in addition to yields, a VLDSecauses a significant decrease in soil moisture and in the Ebro River flow.