Interactions air-mer en Asie du Sud-Est : évaluation de l'impact d'ENSO canonique et/ENSO Modoki sur la variabilité des précipitations et caractérisation des échanges thermiques air-mer sur les périodes historiques et futures

Air-sea interactions in Southeast Asia : evaluating the impact of ENSO/ENSO Modoki on rainfall variability and characterizing historical and future surface air-sea heat exchanges

• Auteur / Autrice : Hue Thi Thanh Nguyen
• Direction : Marine Herrmann, Thanh Ngo-Duc
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océan, Atmosphère, Climat
• Date : Soutenance le 18/12/2023
• 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'Etudes en Géophysique et Océanographie Spatiales (Toulouse ; 1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Yves Morel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Tan Phan Van
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jérôme Vialard, Faye Abigail Tolentino Cruz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Précipitations (météorologie) -- Variabilité

Interaction mer-atmosphère

Observations

Asie du Sud-Est

Climat

Mots clés libres

Interaction air-mer

Asie du Sud-Est

ENSO

CMIP6

SYMPHONIE

Flux de chaleur

Air-sea interaction

Southeast Asia

ENSO

CMIP6

SYMPHONIE

Heat flux

Résumé

L'Asie du Sud-Est (SEA pour Southeast Asia) regroupe 10% de la population mondiale et est soumise à un large éventail de facteurs et aléas climatiques : typhons, mousson, Oscillation Australe El Niño (ENSO), changement climatique... A l'interface entre l'Océan Indien, l'Océan Pacifique et l'atmosphère, cette région, qui comprend le continent maritime, est de plus un élément clé du fonctionnement de la circulation océanique et atmosphérique globale. L'objectif général de cette thèse est de mieux comprendre le fonctionnement et l'impact des interactions air-mer dans le climat d'Asie du Sud-Est. Ceci est d'une importance primordiale pour une connaissance approfondie et une meilleure capacité de prédiction de la variabilité climatique à toutes les échelles dans la région, depuis les événements extrêmes et la variabilité interannuelle jusqu'aux projections futures, mais aussi pour mieux comprendre, modéliser et prévoir le climat global. Nous nous sommes concentrés sur deux processus qui jouent un rôle important dans le climat du d'Asie du Sud-Est : ENSO et les échanges de chaleur à l'interface air-mer. Tout d'abord, l'impact d'ENSO et de sa variante, ENSO Modoki, sur la variabilité des précipitations dans la région SEA a été étudié pour la période 1979-2019. La diminution (augmentation) observée des précipitations sur la SEA pendant les événements Modoki par rapport aux événements ENSO canoniques a été expliquée par une réduction (augmentation) du transport d'humidité dans la région et un affaiblissement (renforcement) de la branche ascendante de la circulation de Walker. Deuxièmement, nous avons analysé des jeux de données observationnelles et numériques disponibles et effectué des simulations de sensibilité afin d'explorer et d'évaluer la gamme d'estimations des flux de chaleur air-mer dans la région SEA. Cela a révélé une énorme incertitude dans les estimations provenant de divers ensembles de données, avec des valeurs de flux de chaleur net variant d'environ -30 à +40 W.m-2. Le modèle numérique SYMPHONIE a été utilisé avec deux méthodes de forçage des flux de chaleur de surface (formules bulk vs. flux prescrits à partir de jeux de données atmosphériques) pour étudier la sensibilité de la température de surface de la mer simulée à ces flux. Les résultats ont fourni une estimation de +12.5 W.m-2 du gain net de chaleur pour l'océan sur la période 2009-2018, et ont suggéré qu'ERA5, la cinquième génération de réanalyse de l'ECMWF (''European Centre for Medium-Range Weather Forecasts''), peut être utilisée comme référence bien qu'elle surestime légèrement le flux net de chaleur. Enfin, les flux air-mer produits par 30 modèles issus des simulations de la phase 6 du ''Coupled Model Intercomparison Project'' (CMIP6) ont été évalués par rapport à ERA5. Sur la période historique, la moyenne d'ensemble CMIP6 reproduit bien la variabilité spatiale des flux de chaleur, mais sous-estime de deux tiers le gain net de chaleur pour l'océan par rapport à ERA5. Les principaux facteurs contribuant à ce biais net sont le rayonnement en ondes courtes (SW) et le flux de chaleur latente (LH). Le gain de chaleur net devrait augmenter au cours du XXème siècle, en raison d'une augmentation du gain de SW et de la perte de LH et d'une diminution du rayonnement de grande longueur d'onde (LW) et des pertes de chaleur sensible (SH). Les modèles qui prévoient un réchauffement plus intense de la surface de la mer présentent des changements plus importants dans les flux de chaleur. Ceux-ci devraient changer le plus dans le cadre du scénario SSP5-8.5 (+3,7, +1,0, -8,4, +9,2, et +1,9 W.m-2, respectivement pour Qnet, SW, LH, LW, et SH), suivi par le scénario SSP2-4.5, et enfin le scénario SSP1-2.6.

Southeast Asia (SEA) gathers 10% of the world population and is subject to a wide range of climate factors and hazards : typhoons, monsoon, El Niño Southern Oscillation (ENSO), climate change... At the interface between the Indian Ocean, the Pacific Ocean and the atmosphere, the SEA region, which includes the maritime continent, is moreover key to the functioning of global oceanic and atmospheric circulation. The general objective of this thesis is to better understand the functioning and impact of air-sea interactions in the SEA climate. This is of primary importance for an in-depth knowledge and a better prediction capacity of climate variability at all scales in the region, from extreme events and interannual variability to future projections, but also to better understand, model and forecast global climate. We focused on two processes that play an important role in SEA climate : El Niño Southern Oscillation (ENSO) and air-sea heat exchanges. First, the impact on SEA rainfall variability of ENSO and its variant, ENSO Modoki, were investigated for the period 1979-2019. The observed decrease (increase) in rainfall over SEA during Modoki events compared to the canonical ENSO events was explained by a reduced (enhanced) moisture transport into the region and a weakening (strengthening) of the ascending branch of the Walker circulation. Second, we analyzed available observational and numerical datasets and conducted sensitivity simulations to explore and assess the range of estimates of air-sea heat fluxes in the SEA region. This revealed a huge uncertainty in estimates from various datasets, with values of net heat flux varying from approximately -30 to +40 W.m-2. The SYMPHONIE numerical model was used with two methods of surface heat flux forcing (bulk formulae vs. prescribed fluxes from atmospheric datasets) to investigate the sensitivity of the model's sea surface temperature to those fluxes. Results provided a +12.5 W.m-2 estimate of net heat gain for the ocean over 2009-2018, and suggested that ERA5, the fifth generation of the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts reanalysis, can be used as a reference though a slight overestimation of net heat flux. Last, air-sea fluxes produced by 30 models from the Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6) simulations were evaluated against ERA5. Over the historical period, the CMIP6 ensemble average reproduces well the spatial variability of heat fluxes, but underestimates the net heat gain for the ocean by two-third compared to ERA5. The primary contributors to the net bias are shortwave radiation (SW) and latent heat flux (LH). The net heat gain is projected to increase during the XXIst century, resulting from an increase of SW gain and LH loss and a decrease of longwave radiation (LW) and sensible heat (SH) losses. Models with higher projected sea surface warming exhibit larger changes in heat fluxes. Heat fluxes are predicted to change the most under the SSP5-8.5 scenario (+3.7, +1.0, -8.4, +9.2, and +1.9 W.m-2, respectively for Qnet, SW, LH, LW, and SH), followed by the SSP2-4.5 scenario, and finally the SSP1-2.6 scenario.