Diversité des événements El Niño/La Niña et de leurs impacts océaniques et atmosphériques dans le Pacifique Sud

Diversity of El Niño/La Niña events and their oceanic and atmospheric impacts in the South Pacific

• Auteur / Autrice : Bastien Pagli
• Direction : Sophie Cravatte, Takeshi Izumo
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la nature
• Date : Inscription en doctorat le 08/11/2022
• Etablissement(s) : Polynésie française
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale du Pacifique (Faaa ; 2005-....)

Mots clés

Mots clés libres

Enso

Polynésie française

Couplage océan/atmosphere

Réchauffement climatique

Vagues de chaleur marine

Intelligence artificielle

Enso

French Polynesia

Ocean / Atmosphere coupling

Global warming

Marine Heatwaves

Artificial Intelligence

Résumé

Le Pacifique tropical est le siège des événements El Niño et La Niña (El Niño Southern Oscillation; ENSO), qui affectent le climat global tous les ~2 à ~7 ans. ENSO est le premier mode de variabilité interannuelle du climat, avec d’importants impacts environnementaux et socio-économiques, notamment en Polynésie Française. Cependant, chaque événement est différent, entrainant une diversité de leurs impacts qui a été peu étudiée et est encore mal comprise dans le Pacifique Sud, notamment en Polynésie Française. On n’y a pas encore de vision physique claire, à la fois de l’océan et de l’atmosphère, de ces impacts et de leur diversité. Ils sont donc difficiles à prévoir. L’objectif de cette thèse, proposée au sein de l’Unité Mixte de Recherche Ecosystèmes Insulaires Océaniens (EIO) de l’Université de Polynésie Française (UPF) dans le cadre de l’école doctorale du Pacifique, est de mieux quantifier et comprendre la diversité d’ENSO et de ses impacts physiques océaniques et/ou atmosphériques dans le Pacifique Sud, avec un focus sur la Polynésie Française. La thèse s’intéressera notamment aux impacts sur les vagues de chaleur marine à grande échelle. Elle évaluera la capacité des modèles de climat actuels à simuler cette diversité d’impacts, ainsi que la prévisibilité des impacts d’ENSO dans les prévisions d’ensemble opérationnelles. En fin de thèse, on s’intéressera potentiellement aussi à l’influence du réchauffement climatique anthropique sur ces impacts d’ENSO. La thèse s’appuiera sur les nombreuses observations disponibles, notamment des satellites, sur des réanalyses océaniques et atmosphériques, sur la base de données numériques des modèles CMIP (Coupled Model Intercomparison Project) associé au Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC ; en anglais : Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) et des prévisions des centres opérationnels (e.g. Météo-France, ECMWF, Mercator Oceans). Des expériences de sensibilité dans des modèles conceptuels d’ENSO et des modèles de complexité intermédiaire, en particulier le ‘Linear Continuously Stratified (LCS) model’, seront utilisés pour mieux comprendre les mécanismes en jeu. On tentera aussi d’utiliser des méthodes d’intelligence artificielle (machine learning/deep learning) pour la prévisibilité des impacts d’ENSO et de leur diversité. La thèse se fera en interaction avec mes collègues de l’UPF Keitapu Maamaatuaiahutapu (océanographe physicien ; MC à l’UPF) et Marania Hopuare (physicienne de l’atmosphère ; MC à l’UPF), de Météo-France en Polynésie Française (Victoire Laurent ; DIRPF/EC) et aussi de l’IRD, notamment Morgan Mangeas (DR IRD, ENTROPIE, pour la modélisation de processus spatio- temporels complexes avec des méthodes d’intelligence artificielle appliquées à notre domaine). La thèse se fera en coordination avec deux thèses très complémentaires sur les vagues de chaleur marines, l’une au LEGOS (Toulouse) focalisée sur le Pacifique Sud-Ouest (doctorante : Shilpa Lal ; encadrant principal : Sophie Cravatte ; co-encadrants : Christophe Menkes et Awnesh Singh ; début vers avril 2022) et l’autre à l’IFREMER (Nouvelle-Calédonie) focalisée sur les lagons du Pacifique Sud (doctorant : Romain Legendre ; encadrants : Sophie Cravatte et Christophe Menkes). Les impacts scientifiques attendus sont une meilleure compréhension de la diversité des impacts des événements El Niño/La Niña dans le Pacifique Sud et en Polynésie Française, et donc, à terme, une meilleure prévision saisonnière.

The tropical Pacific is home to El Niño and La Niña events (El Niño Southern Oscillation; ENSO), which affect global climate every ~2 to ~7 years. ENSO is the primary mode of interannual climate variability, with important environmental and socio-economic impacts, especially in French Polynesia. However, each event is different, resulting in a diversity of impacts which has been little studied and is still poorly understood in the South Pacific, especially in French Polynesia. There is not yet a clear physical vision, both of the ocean and the atmosphere, of these impacts and their diversity. They are therefore difficult to predict. The objective of this thesis, proposed within the Unité Mixte de Recherche Ecosystèmes Insulaires (EIO) of the University of French Polynesia (UPF) within the framework of the Pacific doctoral school, is to better quantify and understand the diversity of ENSO and its physical impacts (oceanic and atmospheric) in the South Pacific, with a focus on French Polynesia. The thesis will focus on the impacts on large-scale marine heat waves. It will evaluate the ability of current climate models to simulate this diversity of impacts, as well as the predictability of ENSO impacts in operational ensemble forecasts. At the end of the thesis, we will potentially study the influence of anthropogenic global warming on these ENSO impacts. The thesis will rely on the numerous available observations, including satellite, oceanic and atmospheric reanalysis, the numerical database of the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP) associated with the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) and forecasts from operational centers (e.g. Météo-France, ECMWF, Mercator Oceans). Sensitivity experiments in conceptual ENSO models and models of intermediate complexity, in particular the 'Linear Continuously Stratified (LCS) model', will be used to better understand the mechanisms at play. We will also try to use artificial intelligence methods (machine learning/deep learning) for the predictability of ENSO impacts and their diversity. The thesis will be done in interaction with my colleagues from UPF Keitapu Maamaatuaiahutapu (oceanographer physicist; MC at UPF) and Marania Hopuare (atmospheric physicist; MC at UPF), from Météo-France in French Polynesia (Victoire Laurent; DIRPF/EC) and also from IRD, notably Morgan Mangeas (DR IRD, ENTROPIE, for the modeling of complex spatiotemporal processes processes with artificial intelligence methods applied to our domain). The thesis will be coordinated with two very complementary theses on marine heat waves, one at LEGOS (Toulouse) focused on the South-West Pacific (PhD student : Shilpa Lal ; supervisor principal supervisor : Sophie Cravatte; co-supervisors: Christophe Menkes and Awnesh Singh; start around April 2022) and the other at IFREMER (New Caledonia) focused on the lagoons of the South Pacific (PhD student: Romain Legendre; supervisors: Sophie Cravatte and Christophe Menkes). The expected scientific impacts are a better understanding of the diversity of impacts of El Niño/La Niña events in the South Pacific and in French Polynesia, and thus, in the long run, a betterseasonal forecasting.