Évolution des précipitations extrêmes de la mousson d'été indienne : impact des facteurs anthropiques

Evolution of the indian summer monsoon extreme precipitation events : potential impacts of anthropogenic factors

• Auteur / Autrice : Renaud Falga
• Direction : Chien Wang
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océan, Atmosphère, Climat
• Date : Soutenance le 15/12/2023
• 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 : Jean-Pierre Chaboureau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Yiou, Brice Barret, Christelle Barthe
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jérôme Vialard, Annica Ekman

Mots clés

Mots clés contrôlés

Effets de l'homme

Précipitations (météorologie) -- Variabilité

Moussons

Mots clés libres

Mousson

Précipitations extrêmes

Modélisation

Apprentissage automatique

Aérosols

Monsoon

Extreme precipitation

Cloud-resolving model

Machine learning

Aerosols

Résumé

La mousson Indienne est une composante grande échelle du système climatique régie par la circulation à l'échelle globale. Elle caractérisée par une alternance très prononcée entre un hiver relativement sec et un été très humide, entraînée par l'inversion de directions saisonnière du vent. Depuis le début du 21ème siècle, de nombreuses études se sont intéressées à l'évolution des précipitations liées à la mousson d'été et en particulier aux événements extrêmes. Alors qu'un certain nombre d'entre elles s'accordent à dire que les pluies extrêmes semblent s'être intensifiées depuis le début du siècle dernier, de nombreuses incertitudes persistent sur les spécificités régionales et les facteurs climatiques régissant leur évolution. L'objectif de cette thèse est d'une part d'étudier l'évolution climatologique de ces extrêmes de précipitations, et d'autre part d'essayer de déterminer par quels processus physiques certains facteurs anthropiques ont pu influencer leur augmentation. Dans un premier temps, une méthode de classification hiérarchique est utilisée afin de déterminer les régions d'Inde où les précipitations sont relativement homogènes. Une tendance à la hausse significative de leurs fréquences et de leurs intensités est constatée depuis le début du 20ème siècle dans la grande majorité des régions ainsi déterminées. Une analyse de corrélation est ensuite réalisée à l'aide d'une méthode d'apprentissage automatique afin de relier un nombre considérable de facteurs climatiques à ces augmentations. Cette analyse met en avant une importante hétérogénéité régionale dans les facteurs de corrélations. Malgré ces hétérogénéités, l'urbanisation apparaît comme le premier facteur de corrélation dans un nombre important de régions. Une approche modélisation est par la suite adoptée afin d'établir un lien de cause à effet entre urbanisation et précipitations extrêmes. À l'aide du modèle atmosphérique Meso-NH, une première étude est ainsi réalisée dans la région de Calcutta dans le Nord-Est de l'Inde. L'étude révèle que la présence de la ville entraîne non seulement l'augmentation des précipitations moyennes dans la région, mais est aussi susceptible d'initier la formation de systèmes convectifs provoquant de fortes pluies. Les émissions d'aérosols anthropiques, second facteur perturbatif lié à l'urbanisation, est quant à lui étudié dans un second temps à l'aide du module de chimie-aérosol ORILAM. L'étude d'un système dépressionnaire de mousson révèle que la présence d'aérosols d'origine anthropique induit une amplification des précipitations sur ce type de système large échelle de convection organisée. Une analyse microphysique est proposée pour expliquer la modifications des précipitations.

The Indian monsoon is a large-scale feature of the climate system driven by global circulation. It is characterized by a pronounced climatic shift between a relatively dry winter and wet summer, driven by the seasonal reversal of the wind direction. Since the beginning of the 21st century, numerous studies have focused on the evolution of summer monsoon precipitation, and in particular on the extreme events. While most of them agree that extreme rainfall events seem to have intensified since the beginning of the last century, many uncertainties remain regarding the regional specificities and climatic factors driving their evolution. The objective of this thesis is, on the one hand, to study the climatological evolution of these rainfall extremes, and on the other, to try to determine the physical processes by which certain anthropogenic factors may have influenced their increase. A hierarchical classification method is used initially to identify regions of India where precipitation is relatively homogeneous. A significant upward trend in heavy rainfall frequency and intensity is observed since the beginning of the 20th century in the vast majority of these regions. A correlation analysis is then performed using a machine learning method to link a considerable number of climatic factors to these increases. This analysis highlights significant regional heterogeneities in the correlating factors. Despite these heterogeneities, urbanization emerges as the primary correlated factor in a significant number of regions. A modeling approach is then adopted to establish a causal link between urbanization and extreme precipitation. Using the Meso-NH atmospheric model, a study was first carried out in the Calcutta region in the Northeast of India. The study reveals that the presence of the city not only leads to an increase in mean precipitation in the region, but can also initiate the formation of isolated convective systems causing heavy rainfall. Anthropogenic aerosol emissions, the second perturbation factor linked to urbanization, is studied subsequently using the ORILAM aerosol chemistry module. The study of a monsoon low-pressure system reveals that the presence of anthropogenic aerosols induces an amplification of precipitation on this type of large-scale organized convective system. A microphysical explanation is proposed to describe the changes in precipitation patterns.