Composition du jury

Examinateur : Mme Hélène Chepfer – LMD/X
Rapporteur : M. Serge Planton – CNRM/GMGEC
Rapporteur : M. Alex Hall – UCLA
Examinateur : M. Steven Sherwood – CCRC
Examinateur : M. Jean-Louis Dufresne – LMD/IPSL
Invitée : Mme Anne Lifermann – CNES
Directrice de thèse : Mme Sandrine Bony – LMD/IPSL

Résumé

Le dernier rapport du GIEC affirme que la réponse radiative des nuages bas à un réchauffement climatique a un rôle prédominant dans la dispersion des sensibilités climatiques simulées par les modèles de climat. Ainsi, comprendre les mécanismes qui contrôlent le comportement des nuages bas s’avère crucial. Cependant, la complexité des modèles couplés océan-atmosphère et le nombre important de processus impliqués rendent l’analyse de cette réponse difficile. Pour simplifier cette étude et identifier les processus les plus critiques sous-jacents aux rétroactions nuageuses, une analyse de la réponse des nuages à un changement climatique est effectuée en utilisant le modèle de climat de l’IPSL dans une hiérarchie de configurations.
La comparaison entre trois configurations de modèles (couplé, atmosphérique et aquaplanète) utilisant les mêmes paramétrisations physiques montre que la réponse des nuages à un réchauffement est dominée par la diminution des nuages bas dans les régimes de faible subsidence. L’utilisation d’un modèle uni-colonne, forçé par des conditions dynamiques correspondant à ces régimes, permet de reproduire à la fois le profil vertical nuageux simulé par la version 3D et sa réponse à un réchauffement de la surface (à la condition d’ajouter un forçage stochastique sur la vitesse verticale). Nous testons la sensibilité de cette réponse aux forçages appliqués et aux paramètres incertains des paramétrisations physiques du modèle atmosphérique. A travers une analyse en bilan d’énergie statique humide (MSE), nous identifions plusieurs mécanismes : (1) Robuste : Dans les régimes subsidents, la relation de Clausius-Clapeyron prédit que le réchauffement de l’atmosphère augmente le gradient vertical de MSE, entraînant une intensification de l’import de faible MSE de la troposphère libre dans la couche limite. Le bilan de MSE relie changements d’advection verticale et d’effets radiatifs des nuages. (2) Dépendants de la physique du modèle : Le couplage des schémas de convection peu profonde, de turbulence et de nuages permet à l’intensification du transport vertical de faible MSE de rendre moins nécessaire l’effet refroidissant des nuages pour équilibrer le bilan énergétique (robustesse de la rétroaction positive du modèle). L’amplitude de la réponse est proportionnelle à l’effet refroidissant des nuages du climat présent. Cet effet est influencé par les paramètres incertains de la physique qui modifient l’intensité de la rétroaction positive beta entre refroidissement radiatif nuageux, humidité relative et fraction nuageuse (auto-maintenance des nuages bas). Afin de comparer et d’évaluer ce mécanisme de rétroaction, nous effectuons une comparaison des caractéristiques nuageuses de certains modèles atmosphériques CMIP5. Ces modèles simulent une robuste rétroaction positive des nuages bas tropicaux. Nous discuterons de l’utilisation de la variabilité saisonnière pour anticiper l’amplitude des réponses nuageuses et pour dessiner un test observationnel pertinent à leur évaluation.