Étude de la vapeur d’eau atmosphérique à partir de données GNSS dans le bassin sud-ouest de l’océan Indien et applications à l’étude du climat et des cyclones tropicaux

Study of atmospheric water vapour from GNSS data in the Southwest Indian Ocean basin and applications to the study of climate

• Auteur / Autrice : Édouard Lees
• Direction : Olivier Bousquet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de l’atmosphère
• Date : Soutenance le 17/12/2020
• Etablissement(s) : La Réunion
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Technologies et Santé (Saint-Denis, La Réunion ; 2010-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'atmosphère et cyclones (Saint-Denis, Réunion)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Pierre Cammas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Philippe Duvel, Joël Van Baelen, Félix Perosanz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Bock, Hugues Brenot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Indien, Océan (sud-ouest)

Précipitations (météorologie) -- Variabilité

Madagascar

Climat

La Réunion (France ; île)

Vapeur d'eau atmosphérique

Mots clés libres

Gnss

Vapeur d'eau

Climat

Variabilité spatio-Temporelle

Océan Indien

Ïle de La Réunion

Gnss

Water vapour

Climate

Space-Time variability

Idian ocean

Reunion Island

Résumé

Les stations GNSS terrestres, du fait de leur précision et de leur faible coût, restent à ce jour le principal moyen d'observation de la vapeur d'eau à toutes les échelles spatio-temporelles. Ce gaz à effet de serre, qui module de manière importante la convection profonde dans les régions tropicales, est à l'origine de phénomènes extrêmes tels que sécheresses, inondations et cyclones tropicaux, auxquels le bassin sud de l'océan Indien est particulièrement vulnérable. Ce mémoire porte sur l'exploitation de mesures de vapeur d'eau par GNSS collectées dans l'océan Indien par un ensemble de stations du réseau mondial IGS et du réseau IOGA4MET, récemment déployé dans le cadre du programme de recherche ReNovRisk-Cyclones et Changement Climatique. La première partie de cette thèse rappelle la méthode de calcul de la colonne intégrée en vapeur d’eau par GNSS et présente une intercomparaison entre les mesures obtenues par les stations du réseau IGS et divers autres capteurs (satellites micro-ondes, radiosondages) disponibles dans le bassin sud de l’océan Indien. Ces mesures sont ensuite utilisées dans un second temps pour étudier la variabilité de la vapeur d'eau à différentes échelles spatio-temporelles. Les résultats obtenus montrent que la variabilité annuelle est très variable à l'échelle régionale et d'autant plus forte à mesure que l'on s'éloigne de l'équateur. À plus petite échelle, le cycle diurne de la vapeur d’eau apparaît fortement piloté par les interactions entre la dynamique atmosphérique de grande échelle et les circulations locales, notamment dans le cas d’îles tropicales telles que Madagascar et La Réunion.

Due to their accuracy and low cost, ground-based GNSS station remain to date the main means of observing water vapour at all space-time scales. This greenhouse gas significantly modulates deep convection in tropical regions. It leads to extreme phenomena such as droughts, floods and tropical cyclones, to which the southern Indian Ocean basin is particularly vulnerable. This thesis deals with the exploitation of GNSS water vapour measurements collected in the Indian Ocean by a set of stations of the IGS global network and the IOGA4MET network. The later has been recently deployed in the framework of the ReNovRisk-Cyclones and Climate Change research programme. The first part of this thesis recalls the calculation method of the integrated water vapour column by GNSS and presents an intercomparison between the measurements obtained by the IGS network stations and various other sensors (microwave satellites, radiosondes) available in the southern Indian Ocean basin. These measurements are then used in a second step to study the variability of water vapour at different space-time scales. The results obtained show that the annual variability is highly variable on a regional scale and even stronger the further away from the equator. On a smaller scale, the diurnal water vapour cycle appears to be strongly driven by interactions between large-scale atmospheric dynamics and local circulations. This is particularly the case for tropical islands such as Madagascar and Reunion.