Modélisation atmospherique régionale du cycle des isotopes stables de l'eau

Regional atmospheric modelling of the stable water istope cycle

• Auteur / Autrice : Kristof Sturm
• Direction : Hans Graf, Gerhard Krinner
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'Univers
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Résumé

Dans un contexte de changement climatique, la connaissance des climats passés permet de mieux cerner l'évolution future du climat. Les isotopes stables de l'eau constituent un excellent proxy paléo-climatique. Les propriétés physiques des isotopes lourds de l'eau (H182 O; HDO) induisent des fractionnements isotopiques, qui dépendent de la température et du taux de distillation. Sous réserve d'une inversion bien conditionnée du signal isotopique, on peut reconstruire les variations passées du climat à partir d'archives isotopiques. Les carottes de glace andines constituent un enregistrement unique de la variabilité du climat tropical. En revanche, la complexité de la circulation atmosphérique rend plus ardue l'interprétation de leur signal isotopique. En conséquence, nous avons développé au cours de cette thèse un module traitant du fractionnement des isotopes stables de l'eau au sein du modèle de circulation régionale REMO pour application au cas de l'Amérique du Sud. Le manuscrit retrace les principales étapes de la thèse. Il s'agit de la mise en perspective du travail de thèse dans la problématique du changement climatique ; la description du modèle de circulation régionale REMOiso et de son module traitant des isotopes de l'eau ; la validation initiale de REMOiso sur l'Europe ; l'étude des variations saisonnières des précipitations, de la circulation atmosphérique régionale et du signal isotopique en Amérique du Sud ; de l'enregistrement par les isotopes stables de l'eau de la mousson sud-américaine.

Climate change has recently become a major concerning among scientists and the general public. A better knowledge of past climates helps forecasting the future evolution of climate. Stable water isotopes stand as an outstanding paleo-climate proxy. Physical properties of heavy stable water isotopes (H182 O; HDO) cause fractionation processes related to temperature and degree of distillation. If the isotopic signal is correctly inverted, past climate change can be inferred from isotopic archives. Andean ice-cores offer a unique records of tropical climate and its variability through time. However, the interpretation of the isotopic signal is difficult because of complex atmospheric dynamic over South America. For this purpose, we developed a module handling the stable water isotope fractionation processes within the regional circulation model REMO and applied it to South America. The manuscript outlines the major milestones of the present PhD. We first introduce the research topic in the wider scope of climate change; the description of the stable water isotope enabled regional circulation model REMOiso; an initial validation of REMOiso over Europe; an investigation of the seasonal variations of precipitation, atmospheric circulation and isotopic signal over South America; and at last the recording of the south American monsoon system (SAMS) by stable water isotope diagnostics.