Effet de l’Amplification Arctique sur la circulation atmosphérique des moyennes latitudes et les vagues de froid en hiver à partir de modélisation numérique idéalisée

Impact of the Arctic amplification on midlatitudes atmospheric circulation and cold spells in winter using idealized numerical modelling

• Auteur / Autrice : Emilien Jolly
• Direction : Fabio D'Andrea, Gwendal Rivière
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 14/09/2020
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l'environnement d'Île-de-France (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de météorologie dynamique (Palaiseau, Essonne ; 1968-....)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement de préparation de la thèse : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Francis Codron
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabio D'Andrea, Gwendal Rivière, Francis Codron, Gabriele Messori, Emilia Sanchez-Gomez, Nili Harnik, Julien Cattiaux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gabriele Messori, Emilia Sanchez-Gomez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sciences de la Terre

Mots clés libres

Climat

Atmosphère

Dynamique

Climat

Atmosphere

Dynamic

Résumé

L’Amplification Arctique (AA) correspond au réchauffement atmosphérique plus fort dans l’Arctique qu’aux latitudes moyennes, et ses effets sur la circulation atmosphérique sont discutés. Son impact sur les ondes de Rossby et les vagues de froid en hiver aux latitudes moyennes est analysée en utilisant un modèle quasi-géostrophique sec à 3 niveaux sur la sphère, avec orographie. D’abord l’étude est menée en comparant des simulations longues : l’une correspond à la climatologie hivernale des 30 dernières années, et pour l’autre un schéma d’AA est ajouté. Il est construit à partir d’un composite des hivers les plus chauds dans l’Arctique. Une analyse spectrale montre une diminution de la vitesse de phase des ondes pour les ondes les plus énergétiques. Elle semble liée à un affinement du jet et est accompagnée d’une augmentation modérée de la variance basse fréquence aux latitudes moyennes, ce qui peut augmenter les vagues de froid. Par endroit, cette augmentation compense le réchauffement en terme de nombre de vague de froid. Ensuite, dans un cadre simplifié, sans asymétries zonales, l’impact de la largeur du jet sur les ondes est plus particulièrement étudié. Il apparaît que cet affinement peut être une conséquence de l’AA. Il ralentit la circulation, avec deux conséquences : un ralentissement de la vitesse de phase des ondes, à travers les changements du gradient de vorticité; et un décalage en fréquence de la variance de la haute-fréquence vers la basse fréquence. Enfin, la variabilité du schéma de l’AA, et ses conséquences sur ce raisonnement, sont présentés. Les différentes manières de compter l’AA sont perméables aux influences du reste du changement climatique, qui peut avoir des influences contraires.

The Arctic Amplification (AA) is a stronger atmospheric warming in the Arctic than in mid-latitudes, and its effects on atmospheric circulation are discussed. Its impact on Rossby waves and winter cold spells in mid-latitudes is analyzed using a 3-level dry quasi-geostrophic model on the sphere, with orography. First the study is conducted by comparing long simulations: one corresponds to the winter climatology of the last 30 years, and for the other one a AA pattern is added. It is build from a composite of the warmest winters in the Arctic. A spectral analysis shows a decrease in Rossby wave phase speed for the most energetic waves. This appears to be related to a jet narrowing and is accompanied by a moderate increase in low frequency variance at mid-latitudes, which may increase cold spells. This increase can compensate locally the warming in terms of the number of cold spells. Then, in a simplified framework, without zonal asymmetries, the impact of the jet width on the waves is more particularly studied. It appears that this narrowing can be a consequence of AA. It slows down the flow, with two consequences: a slowing down of the phase speed, through changes in the vorticity gradient; and a frequency shift of the variance from high frequency to low frequency. Finally, the variability of the AA pattern, and its consequences on this mecanism, are presented. The different ways of counting AA are permeable to the influences of the rest of climate change, which may have opposite influences.