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Processus associés aux évènements du mode climatique Chile Niño/Niña à travers une hiérarchie de modèles couplés océan-atmosphère

[Subject to defense authorization]

École doctorale: ED173 « Sciences de l’Univers, de l’Environnement et de l’Espace »

https://youtube.com/live/13oB3OQFjBY?feature=share

^{La région océanique du Pacifique Sud-Est (PSE) le long des côtes du Pérou/Chili est l'une des zones les plus productives au monde du fait de la remontée d'eau froides (upwelling) et riches en nutriments. Ceci en fait une région clef pour la sécurité alimentaire et les activités socio-économiques des pays de la région. Par ailleurs, ces dernières années, les vagues de chaleur marine ont suscité une attention accrue de la communauté scientifique en raison de leurs impacts néfastes sur les écosystèmes et la perspective qu'elles deviennent plus fréquentes avec le réchauffement climatique. Dans le PSE, un type particulier de vague de chaleur marine peut persister plusieurs mois, appelé Niño côtier de part leurs similitudes dynamiques avec les El Niños du Pacifique tropical. Ces Niños côtiers exercent une influence principalement dans les régions côtières, mais ils pourraient aussi interagir avec la variabilité climatique à l’échelle du Pacifique. Renforcer notre capacité à prévoir ces événements représente un défi majeur, avec des implications sociétales évidentes pour les pays situés le long de la côte ouest de l’Amérique du Sud.}

^{Dans cette thèse, nous avons étudié les mécanismes sous-jacents aux événements Niño côtiers du Chili en nous appuyant sur une gamme de modèles, allant des modèles conceptuels simples et basés sur des observations, jusqu’aux modèles régionaux de complexité intermédiaire et les modèles climatiques. Dans un premier temps, nous démontrons que les modèles de type Hasselman présentent une capacité relativement limitée à rendre compte de la variabilité interannuelle du Niño du Chili. Cependant, en tenant compte d’un taux de croissance variant saisonnièrement, il est possible d’interpréter l’énergie dans la bande de fréquence proche de l'annuel comme résultant d’un processus de résonance combinée entre l’ENSO et le cycle annuel. Nous analysons ensuite 62 modèles climatiques globaux participant au projet d'intercomparaison des modèles couplés (CMIP, phases 5 et 6). Cette analyse révèle que ces modèles sont capables de simuler de manière réaliste de nombreuses propriétés du Niño du Chili, y compris son amplitude, sa saisonnalité ainsi que sa structure thermique horizontale et verticale. Ils suggèrent également l'existence d'une diversité dans la structure horizontale de la température de surface de la mer, avec des événements culminant dans la région côtières alors que d'autres présentes leur maximum de température au large. L’évaluation du réalisme de cette diversité est rendue difficile par la trop courte période du jeu d'observations. Les modèles ont également tendance à simuler trop d’événements froids (« Chile Niña »), ce qui se traduit par une asymétrie positive plus faible que dans les observations. Étant donné la performance relativement satisfaisante des modèles CMIP, nous étudions les changements des propriétés du Niño du Chili en réponse au changement climatique, en nous basant sur un sous-groupe de modèles capables de simuler de manière réaliste la non-linéarité d'ENSO (Oscillation Australe El Niño). Nous observons une augmentation modeste mais significative de la variabilité du Niño du Chili, attribuable à une intensification de l’amplitude des événements plutôt qu’à une hausse de leur fréquence. Cette augmentation de la variabilité est interprétée comme étant le résultat de l’accroissement de la variance de l’ENSO, ainsi que du renforcement de la rétroaction de la thermocline (« thermocline feedback » en anglais) au large des côtes du Chili central.}

^{Pour approfondir la compréhension des facteurs influençant le phénomène Niño du Chili, un modèle atmosphérique régional (RegCM) couplé à une couche de mélange océanique passive (« slab ocean » en anglais) est développé, et des expériences de sensibilité aux forçages aux frontières ont été menées. L’analyse suggère que le phénomène Niño du Chili peut émerger d’une dynamique purement interne, et peut être interprété comme un mode faiblement instable résultant du couplage entre l’océan et l’atmosphère à travers les échanges de flux de chaleur et excité par du bruit atmosphérique. L’expérience de contrôle indique également que certains événements Niño du Chili nécessitent d’être précédés par un El Niño à l’échelle du bassin de forte intensité pour se développer pleinement. Un bilan de chaleur de la couche de mélange océanique issu des différentes simulations et d’une réanalyse vient compléter l'analyse. Nous discutons enfin les perfectives de ce travail.}

Jury

Diego NARVÁEZ	University of Concepción, Chili	Rapporteur
Pascal OETTLI	Chiba University, Japon	Rapporteur
Emilia SANCHEZ-GOMEZ	Météo-France, Toulouse	Examinatrice
Oscar PIZARRO	University of Concepción, Chili	Examinateur
Fabien SOLMON	LAERO, Toulouse	Co-encadrant de thèse
Boris DEWITTE	CECI/CERFACS/IRD, Toulouse	Directeur de thèse
Cristian MARTINEZ-VILLALOBOS	University Adolfo Ibáñez, Chili	Invité