Forçage semi direct des aérosols et impact sur le régime de précipitations à l'échelle du massif pyrénéen

Semi-direct aerosol forcing and impact on the precipitation regime at the scale of the Pyrenean massif

• Auteur / Autrice : Carlos Diaz Hernandez
• Direction : Catherine Liousse, Véronique Pont
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océan, Atmosphère, Climat
• Date : Soutenance le 24/05/2022
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’univers, de l’environnement et de l’espace (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Aérologie (Toulouse ; 1983-....)
• Jury : Président / Présidente : Vincent Noël
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine Liousse, Béatrice Marticorena, Yevgeny Derimian
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Béatrice Marticorena, Yevgeny Derimian

Mots clés

Mots clés contrôlés

Forçage hydrodynamique

Pyrénées

Précipitations (météorologie) -- Variabilité

Aérosols atmosphériques

Mots clés libres

Forçages

Aérosols

Précipitations

RegCM

Pyrénées

Forcings

Aerosol

Precipitation

RegCM

Pyrénées

Résumé

Les régions montagneuses couvrent 1/5 de la surface terrestre totale et constituent un facteur clé du cycle hydrologique et de la dynamique atmosphérique mondiale. Dans le contexte actuel du changement climatique, il est important de savoir comment les zones de montagne s'adapteront aux variations de température et de précipitations possiblement induites par les effets radiatifs des aérosols. Notre zone d'intérêt se concentre sur le massif pyrénéen, situé dans une zone fortement impactée par différentes sources d'aérosols. Ces travaux de thèse portent sur une évaluation de l'effet semi-direct des aérosols sur les précipitations dans les Pyrénées (PY) de 2004 à 2014 a l'aide du modèle régional de climat RegCM version 4.7. Cette approche permet d'évaluer le modèle dans ses capacités à reproduire un signal en précipitations sur 10 ans et de connaître dans quelle mesure la variabilité de ce signal est imputable aux effets radiatifs des aérosols. Ainsi, des tests de simulation ont été faits pour évaluer la sensibilité de RegCM sur l'année 2010 aux différents schémas de convections, aux cœurs dynamiques et à la résolution verticale. Ce test de sensibilité a permis de calibrer le modèle d'un point de vue de la dynamique atmosphérique afin de contraindre au mieux les émissions, le transport et les dépôts des aérosols sur le domaine d'étude. Sur l'année 2010, les champs de température de surface, d'humidité relative en surface, les composantes du vent, précipitations et l'épaisseur optique atmosphérique (AOT) des aérosols ont été évalués avec les observations du Tropical Rainfall Measurement Mission Multi Satellite Analysis (TRMM), du Climatic Research Unit (CRU) et les réanalyses du Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications version 2 (MERRA-2). Les simulations utilisant le cœur dynamique non hydrostatique et une résolution verticale de 41 niveaux sigma s'avèrent les plus optimales pour simuler la variabilité intersaisonnière des champs météorologiques, des concentrations en aérosol et des champs de précipitations. L'aptitude du modèle à reproduire le signal en précipitations sur la période 2004-2014 a ensuite été évaluée sur la base de cette configuration optimisée. Les rétractions associées à l'effet semi-direct des aérosols ysur le massif ont été simulées. Elles permettent d'estimer l'impact des forçages radiatifs des aérosols sur la thermodynamique atmosphérique, sur la dynamique verticale, sur le contenu en eau liquide nuageuse (CLW) et sur la nature des précipitations induites (de grande échelle ou convectives). La variabilité intersaisonnière de ces forçages est aussi étudiée.

Mountain regions cover 1/5 of the total land area and are a key factor in the hydrological cycle and global atmospheric dynamics. In the current context of climate change, it is important to know how mountain areas will adapt to temperature and precipitation variations possibly induced by the radiative effects of aerosols. Our area of interest focuses on the Pyrenean massif, located in an area strongly impacted by different aerosol sources. This thesis work focuses on an evaluation of the semi-direct effect of aerosols on precipitation in the Pyrenees (PY) from 2004 to 2014 using the regional climate model RegCM version 4.7. This approach allows to evaluate the model in its ability to reproduce a 10-year precipitation signal and to know to what extent the variability of this signal is attributable to the radiative effects of aerosols. Thus, simulation tests have been done to evaluate the sensitivity of RegCM over the year 2010 to the different convection patterns, to the dynamic cores and to the vertical resolution. This sensitivity test allowed to calibrate the model from an atmospheric dynamics point of view in order to best constrain aerosol emissions, transport and deposition over the study domain. For the year 2010, surface temperature, surface relative humidity, wind components, precipitation and aerosol optical thickness (AOT) fields were evaluated with observations from the Tropical Rainfall Measurement Mission Multi Satellite Analysis (TRMM), the Climatic Research Unit (CRU) and reanalyses from the Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications version 2 (MERRA-2). Simulations using the non-hydrostatic dynamical core and a vertical resolution of 41 sigma levels are found to be the most optimal for simulating inter-seasonal variability in meteorological fields, aerosol concentrations and precipitation fields. The ability of the model to reproduce the precipitation signal over the period 2004-2014 was then evaluated based on this optimized configuration. Shrinkage associated with the semi-direct effect of aerosols on the massif has been simulated. They allow to estimate the impact of aerosol radiative forcing on atmospheric thermodynamics, on vertical dynamics, on cloud liquid water content (CLW) and on the nature of induced precipitation (large-scale or convective). The inter-seasonal variability of these forcings is also studied.