Contribution à l'étude du rôle de l'organisation de la convection tropicale dans le système climatique

Contribution to the understanding of the role of tropical convective organization in climate

• Auteur / Autrice : Isabelle Tobin
• Direction : Sandrine Bony, Jean-Yves Grandpeix
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'environnement
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nuages de convection

Transfert d'énergie

Convection (météorologie)

Résumé

La convection profonde, phénomène à l'origine des orages, est un mécanisme clef dans les échanges d'eau et d'énergie du système climatique. Dans les Tropiques, ce phénomène s'organise sur une vaste gamme d'échelles spatio-temporelles, de la méso-échelle à l'échelle planétaire. L'objectif de cette thèse est de contribuer à la compréhension du rôle de cette organisation dans le système climatique. Des simulations idéalisées haute résolution de champs de nuages convectifs ont suggéré l'existence de relations entre l'état d'agrégation de la convection et l'atmosphère à grande-échelle. Afin de confronter ces résultats à la réalité, une méthodologie de diagnostic du degré d'agrégation de la convection a été développée pour examiner les relations statistiques entre l'état d'agrégation de la convection et l'état atmosphérique moyen à partir d'observations spatiales au-dessus des océans tropicaux. Nous avons montré à l'échelle synoptique et à méso-échelle que, lorsque la convection est agrégée, l'atmosphère est plus sèche, la nébulosité réduite, les flux radiatifs ondes longues au sommet de l'atmosphère plus intenses, le flux solaire réfléchi plus faible que lorsque la convection est dispersée. A l'échelle synoptique, la convection agrégée est également associée à des flux turbulents de surface renforcés. Ces résultats suggèrent que l'état d'agrégation module les interactions entre la convection et l'atmosphère de grande-échelle. Une représentation déficiente des états d'agrégation de la convection et des effets associés dans les modèles de circulation générale pourrait alors affecter les performances de modélisation et de la prévision du climat.

Deep convection is a key process for water and energy exchanges in the climate system. In the Tropics, convection gets organized over a wide range of spatio-temporal scales, from the mesoscale to the planetary scale. The motivation for this present work is to understand better the climatic role of this complex convective organization. Idealized high-resolution simulations of convective cloud ensembles have suggested the existence of relationships between the aggregation state of convection and the large-scale atmosphere. To investigate such relationships in observations, we have defined a diagnostic of the degree of convective aggregation and applied it to a long time series of satellite data over tropical oceans. At both synoptic scale and mesoscale, statistical relationships have been found between the degree of convective aggregation and the large-scale atmosphere. When convection is aggregated, the free troposphere is drier, high and mid-level cloudiness is reduced, outgoing longwave radiation is enhanced and reflected shortwave radiation is weaker than when convection is scattered. At the synoptic scale, when convection is aggregated, surface turbulent fluxes are stronger. These results suggest that the aggregation state of convection modulates interactions between convection and the large-scale atmosphere. Thus, a deficient representation of the aggregation state of convection and its associated effects in General Circulation Models may affect performance of climate modeling and forecasts.