Composition du jury

Présidente du jury
Sabrina Speich Professeur, Laboratoire de Météorologie Dynamique, Ecole Normale Supérieure de Paris, PSL.
Rapporteurs
Jean-Pierre Chaboureau, Physicien d’Observatoire au Laboratoire d’Aérologie de l’Université de Toulouse.
Pierre Gentine, Full Professor at Columbia University, director of the LEAP Institute.
Examinateurs
Sandrine Bony, Directrice de recherche CNRS, Laboratoire de Météorologie Dynamique, Sorbonne Université.
Rémy Roca, Directeur de recherche CNRS, Laboratoire d’études en Géophysique et océanographie spatiales.
Jan Haerter , Professor at Potsdam University and Niehls Bohr Institute.
Directrice et Co-Directrice
Caroline Muller, Assistant Professor at the Institute of Science and Technology in Austria.
Camille Risi, Chargée de recherche CNRS, Laboratoire de Météorologie Dynamique, Sorbonne Université.

Résumé

La convection atmosphérique fait référence aux mouvements d’air verticaux dans lesquels les nuages se forment, et on parle de convection profonde lorsque ces mouvements couvrent toute la hauteur de la troposphère. Quand la convection profonde s’organise, elle peut prendre diverses formes, dont celle de systèmes convectifs méso-échelle (MCSs) qui désignent des ensembles nuageux caractérisés par une échelle horizontale de l’ordre de la centaine de kilomètres, et d’une durée de vie de plusieurs heures. L’exemple le plus spectaculaire est sans doute le cyclone tropical, dont les vents en rotation sont parmi les plus forts de notre planète. Il en existe d’autres types, comme les lignes de grains qui décrivent un alignement d’orages sur plusieurs centaines de kilomètres. Ces systèmes convectifs méso-échelles sont à l’origine de la plupart des événements extrêmes tels que les fortes pluies et les crues soudaines. Pourtant, leur organisation reste peu comprise et donc peu prise en compte dans les estimations climatiques. Plus précisément, l’échelle caractéristique de la centaine de kilomètres des MCSs est inférieure à la résolution spatiale des modèles climatiques globaux, qui traitent donc les systèmes convectifs profonds comme des phénomènes sous-maille. Leur dynamique est alors calculée à l’aide de paramétrisation, c’est-à-dire d’un modèle réduit des équations des fluides. Cependant, du fait du manque de connaissances théoriques sur le développement de la convection, les modèles de paramétrisation actuels ne parviennent pas à anticiper la formation de phénomènes extrêmes et peinent à prédire leur évolution avec le réchauffement climatique. Cette barrière scientifique fait partie des grands défis énoncés par le World Climate Research Program (WCRP) : Nuages, circulation et sensibilité climatique. Ce projet de thèse cherche 1) à clarifier les mécanismes physiques à l’origine de la formation des système convectifs méso-échelle tropicaux sur océans, 2) à comprendre les précipitations extrêmes qui leur sont associées. Ce travail porte en particulier sur les lignes de grains, et s’appuie sur des simulations numériques, l’élaboration de modèles théoriques et la confrontation à des données d’observations satellitaires. A terme, l’objectif de cette thèse sera de contribuer à l’amélioration des modèles de paramétrisation de l’organisation de la convection dans les tropiques, et cherchera à déterminer si les lignes de grains vont devenir plus fréquentes et plus intenses avec le réchauffement climatique, et si oui pourquoi.

Abstract

Atmospheric convection refers to the vertical air movements in which clouds form, and deep convection denotes when these movements cover the entire height of the troposphere. When deep convection is organized, it can take a variety of forms, including mesoscale convective systems (MCSs), which are cloud clusters with a horizontal scale of around a hundred kilometers and a lifetime of several hours. The most spectacular example is undoubtedly the tropical cyclone, whose rotating winds are among the strongest on our planet. There are other types, such as squall lines, which describe a line of thunderstorms several hundred kilometres long. These mesoscale convective systems are responsible for most extreme events, such as heavy rain and flash floods. However, little is known about how they are organized, and therefore little account is taken of them in climate estimates. More specifically, the characteristic scale of 100 km or so of MCSs is lower than the spatial resolution of global climate models, which therefore treat deep convective systems as sub-mesh phenomena. Their dynamics are then calculated using parametrization, i.e. a reduced model of the fluid equations. However, due to a lack of theoretical knowledge about the development of convection, current parametrization models are unable to anticipate the formation of extreme phenomena and have difficulty predicting their evolution with global warming. This scientific barrier is one of the major challenges set out by the World Climate Research Program (WCRP): Clouds, circulation and climate sensitivity. This thesis project aims 1) to clarify the physical mechanisms behind the formation of tropical mesoscale convective systems over oceans, 2) to understand the extreme precipitation associated with them. This work focuses in particular on squall lines, and is based on numerical simulations, the development of theoretical models and comparisons with data from satellite observations. Ultimately, the aim of this thesis will be to contribute to the improvement of parameterization models for the organisation of convection in the tropics, and will seek to determine whether squall lines will become more frequent and more intense with global warming, and if so why.