Composition du jury

M. Hubert Gallée, LGGE, Grenoble Rapporteur
M. Patrick Mascart, LA, Toulouse Rapporteur
Mme Françoise Guichard, CNRM, Toulouse Examinatrice
Mme Pascale Braconnot, LSCE, Gif-sur-Yvette Examinatrice
M. Alain Chédin, LMD, Palaiseau Examinateur
M. Jean-Yves Grandpeix, LMD, Paris Examinateur
M. Frédéric Hourdin, LMD, Paris Directeur de thèse
M. Hervé Letreut, LMD, Palaiseau Directeur de thèse

Résumé

L’objectif principal de cette thèse est d’améliorer la représentation du cycle
diurne des nuages convectifs dans les modèles de circulation générale
atmosphérique grande échelle. La sous-estimation des nuages bas, le
déclenchement prématuré des précipitations convectives ainsi que leur arrêt
prématuré en fin d’après-midi sont des biais communs à la plupart des modèles
de climat. L’amélioration de ces différents aspects passe notamment par une
représentation plus réaliste des mouvements convectifs de la couche limite
atmosphérique.
Pour cela, les processus en jeu dans la turbulence de couche limite, la
convection peu profonde et profonde sont étudiés en se basant sur des
observations et des simulations haute résolution. Les développements sont
testés principalement dans une version uni-colonne du modèle LMDZ, développé au
Laboratoire de Météorologie Dynamique, sur des cas particuliers de convection
continentale, peu profonde et profonde, observés sur le site ARM en Oklahoma.
Pour essayer de prendre en compte toutes les échelles de turbulence observées
dans la couche limite convective, on combine à un schéma diffusif classique une
paramétrisation en flux de masse représentant les structures cohérentes de la
couche limite: le modèle du thermique nuageux. La représentation explicite d’un
panache ascendant entraînant et détraînant, ainsi que d’une subsidence
compensatoire dans l’environnement, permet d’améliorer le cycle diurne de la
couche limite et des cumulus qui se forment par beau temps. Cette meilleure
représentation des nuages de couche limite permet aussi de contrôler
le cycle diurne de la convection plus profonde associée aux orages. En effet,
le dégagement de chaleur associé au développement des cumulus au cours de la
journée induit une vitesse verticale de plus en plus forte dans le panache. La
vitesse maximale atteinte permet d’évaluer une énergie de soulèvement fournie
par la couche limite. Si cette énergie dépasse l’inhibition convective, la
convection profonde se déclenche, et son intensité dépend des processus
sous-jacents, de couche limite d’une part, et liés à l’existence de poches
froides se formant sous le système convectif d’autre part. Le couplage entre
processus de couche limite, convection nuageuse profonde et poches froides
permet de retarder le déclenchement des précipitations de plusieurs heures
et de les maintenir plus tard dans la soirée.
Enfin, les développements effectués sont exploités afin de représenter la
convection induite par les feux de biomasse dans les Tropiques. Initialisé par
les caractéristiques des feux dans ces régions, le modèle du thermique nuageux
devient celui du pyro-thermique nuageux, avec des panaches qui restent confinés
dans la couche limite mais peuvent aussi percer jusqu’à la moyenne troposphère.
Les différentes paramétrisations évoquées sont en cours d’intégration dans la
nouvelle version 3D de LMDZ, en vue des simulations climatiques à effectuer
dans le cadre du prochain rapport du Groupe d’experts Intergouvernemental sur
l’Evolution du Climat (GIEC).