Composition du jury

Michel Desbois examinateur
Claude Klapisz examinateur
Jean-Jacques Morcrette Rapporteur
Laurence Picon directrice de thèse
Raymond Pierrehumbert examinateur
Jean-Luc Redelsperger Rapporteur

Résumé

La vapeur d’eau est un des principaux gaz a effet de serre et est impliquée dans d’importantes boucles de rétroactions climatiques. Dans les régions inter-tropicales, la distribution d’humidité est intimement liée a la convection. L’objet de cette thèse est de valider la représentation de la convection tropicale et de l’humidité de la troposphère libre subtropicale dans les modèles de circulation générale à l’aide des observations du canal vapeur d’eau de METEOSAT et d’étudier les mécanismes qui régissent certains aspects de l’interaction entre la convection et la vapeur d’eau.
Dans un premier temps, nous avons mis au point une méthodologie de comparaison directe des simulations de MCG avec les observations. Cette approche dite « modèle-vers-satellite » consiste a simuler avec un modèle de transfert radiatif les températures de brillance METEOSAT à partir des profils de température, d’humidité et de nébulosité du MCG. Le modèle de transfert radiatif utilise provient du CEPMMT. En ciel clair ses résultats sont en très bon accord (env. 1K) avec le modèle utilise opérationnellement par l’agence EUMETSAT pour l’étalonnage du radiomètre. En utilisant un ensemble de données compose de profils thermodynamiques du Centre européen, de produits nuageux déduits de METEOSAT et d’images du satellite, il est ensuite montre que les incertitudes associées aux calculs en ciel nuageux sont faibles (de l’ordre de 3K). Certains problèmes lies a l’étalonnage du capteur sont aussi corriges de manière a minimiser les erreurs méthodologiques dans le cadre des comparaisons avec le MCG.
Un ensemble de runs climatologiques du modèle de circulation générale du LMD est ensuite compare avec METEOSAT. Le diagnostic révèle certains défauts des simulations: la ZCIT simulée est trop large et la troposphère libre subtropicale est trop humide par rapport aux observations. D’une manière générale, le modèle se comporte mieux sur l’océan que sur les régions continentales. Malgré ces problèmes, il est montre que le modèle reproduit avec succès le fort asséchement observe au cours du cycle saisonnier de la zone de subsidence à grande échelle de l’atlantique sud de même en ce qui concerne l’évolution saisonnière de l’extension spatiale des régions convectives.
Dans une seconde partie, nous nous sommes concentres sur l’étude du distribution de la vapeur d’eau dans les subtropiques et de la convection tropicale, principaux problèmes des simulations soulevés par le diagnostique.L’approche « modèle-vers-satellite » est mise en oeuvre pour valider des champs d’humidité reconstruits en utilisant le modèle conceptuel simplifie d’advection-condensation de Pierrehumbert et des champs de vents analyses. Les mesures de METEOSAT-3 et -4 couvrant l’ensemble de l’atlantique tropical sont utilisées. Les simulations sont en excellent accord avec les observations satellite. Le modèle est ensuite utilise pour mettre en évidence l’importance des tourbillons transitoires de grandes échelles dans la distribution d’humidité de la troposphère subtropicale. Le faible rôle de l’eau nuageuse comme source pour les subtropiques est aussi souligne.
A partir d’observations du géostationnaire indien INSAT-1B, il est montre que les systèmes convectifs qui forment la ZCIT couvrent un large spectre d’échelle allant de 500 à un million km2. Les propriétés radiatives et structurelles des systèmes nuageux pour différentes classes de convection sont calculées. L’analyses révèle l’existence d’une taille critique des systèmes convectifs au-dessous et au-dessus de laquelle, les dépendances d’échelle des propriétés des nuages sont inversées. Le rôle dominant de la convection organisée à meso-échelle dans le climat de l’océan indien est souligne.