Dynamiques du blocage atmosphérique et son lien avec les événements de températures extrêmes.

Dynamics of atmospheric blocking and its link to extreme temperature events

• Auteur / Autrice : Vinita Deshmukh
• Direction : Gwendal Riviere, Sebastien Fromang
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences du climat, de l'atmosphère et des océans, terrestres et planétaire
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de l'environnement d'Île-de-France
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMD - Laboratoire de Météorologie Dynamique
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole normale supérieure

Mots clés

Mots clés libres

Dynamiques atmosphérique

Extrêmes de température sur l'Europ

Blocage atmosphérique

Atmospheric Dynamics

Extreme temperature weather in Europe

Atmospheric blocking

Résumé

L'objectif principal du travail de thèse est d'étudier la dynamique et la prévisibilité à moyens termes (jusqu'à 15 jours) des blocages atmosphériques qui amènent aux vagues de froid en hiver et aux vagues de chaleur en été sur l'Europe. L'analyse portera plus particulièrement sur les phases de formation et de décroissance des régimes de blocage. L'approche reposera sur des expériences numériques effectuées avec le nouveau modèle de circulation atmosphérique de l'IPSL/LMD appelé DYNAMICO, qui inclut un coeur dynamique nouveau qui permet d'effectuer des simulations à très hautes résolutions. Dans un premier temps, le travail sera mené à partir de la version sèche du modèle et consistera à analyser une simulation longue (~100 ans) pour laquelle le forçage du modèle a été optimisé pour que la climatologie du modèle soit réaliste et représente une saison donnée (les simulations considérées sont des simulations avec saison perpétuelle). Diverses statistiques de blocages et des autres régimes de temps sur l'Atlantique Nord seront fournies et comparées aux données de réanalyses. Les transitions préférentielles vers et sortant du blocage seront plus spécifiquement étudiées. Ensuite, l'étudiant(e) analysera et comparera des simulations longues du modèle avec différentes résolutions. Pour étudier les précurseurs d'échelles synoptique et planétaire des blocages, l'étudiant(e) détectera tous les analogues de grande échelle de formation des blocages dans la simulation longue de référence. Pour mieux comprendre pourquoi certains analogues n'aboutissent pas aux blocages, de nombreuses simulations de sensibilité courtes seront effectuées en initialisant le modèle avec diverses combinaisons de ces analogues d'échelle planétaire et synoptique. Cette approche qui repose sur un problème aux valeurs initiales sera ensuite appliquée aux précurseurs qui permettent de sortir des situations de blocage pour tester certaines hypothèses formulées dans des études antérieures. Dans un second temps, DYNAMICO avec toute la physique sera utilisé en forçant le modèle avec des températures de surface de la mer constantes. L'analyse précédente sera répétée dans cette configuration plus réaliste pour étudier comment l'humidité change les statistiques de blocage et l'occurrence des températures extrêmes sur l'Europe. A la fin, la même approche sera suivie en faisant tourner le modèle avec des températures de surface de la mer plus chaudes pour identifier des changements possibles de comportement des blocages dans le climat futur.

The main objective of the PhD work is to investigate the dynamics and medium-range predictability (up to ~15 days) of atmospheric blocking and explain the existence of preferred paths toward blocking, which often leads to European winter cold spells and summer heat waves. The methodology relies on numerical experiments made with the new IPSL-LMD atmospheric model called DYNAMICO, which includes a new dynamical core that enables high spatial resolutions to be reached. The PhD student will initially consider the dry version of DYNAMICO and will analyse a long-term (~100 years) simulation in which the model forcing is designed to obtain a realistic climatology for a given season (perpetual winter and perpetual summer simulations will be considered). Statistics of blockings and weather regimes will be provided and compared to re-analysis datasets. Preferred transitions toward and from the blocking regime will be more specifically investigated. Next, the PhD student will analyse and compare long-term runs of the model with different spatial resolutions. In order to investigate synoptic and large-scale precursors of these transitions, the PhD student will detect all the large-scale circulation analogues of blocking onsets in the long-term reference simulation. To better understand why some large-scale analogues do not lead to blocking, many short-term sensitivity experiments will be performed by initializing the model with various combinations of these large-scale analogues and synoptic disturbances. The same initial value approach will be applied to precursors of blocking decay to test some existing hypotheses formulated in earlier studies. As a second stage, DYNAMICO with full physics will be run with fixed sea surface temperatures (SSTs). The above analysis will be repeated in this more realistic configuration to see how moisture affects the statistics of blocking and the occurrence of temperature extremes. Finally, the same approach will be applied to a simulation with warmer SSTs, to identify possible changes in weather regime statistics and extreme temperature events in future climates.