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Résumé : 

L’étude de la variabilité climatique dans les moyennes et hautes latitudes est très complexe, principalement en raison des nombreux mécanismes physiques mis en jeu. Cette variabilité climatique résulte de deux contributions majeures : la variabilité interne associée à des processus internes au système climatique et la variabilité forcée qui est liée aux forçages externes, qui peuvent être d’origine naturelle (comme le volcanisme, les aérosols naturels) ou anthropique (GES, aérosols anthropiques). Ces forçages externes jouent un rôle important sur le climat et sa variabilité. Le défi de la recherche climatique est de comprendre leurs effets sur le climat et leurs rôles face à la variabilité interne. Cette thèse a comme objectif une meilleure compréhension des rôles respectifs de la variabilité interne et des différents forçages externes sur la variabilité passée de la circulation atmosphérique dans les deux hémisphères et de l’activité synoptique associée, ainsi que de leur évolution pour le climat futur en utilisant des ré-analyses atmosphériques et des simulations issues du modèle de climat CNRM-CM5.

Nous nous sommes intéressés dans un premier temps à l’étude des changements des modes annulaires dans les hémisphères nord et sud, appelés respectivement NAM (Northern Annular Mode) et SAM (Southern Annular Mode). Nous montrons que la tendance positive observée du SAM sur la période 1960-1990 en été austral est bien reproduite par le modèle. Cependant, celle-ci est reproduite lorsque la diminution d’ozone stratosphérique et l’augmentation des gaz à effet de serre sont toutes deux prescrites au modèle, alors que certaines études suggéraient qu’elle était principalement expliquée par la seule présence de l’ozone.

Nous nous sommes ensuite focalisés sur les changements de circulation atmosphérique dans l’hémisphère nord. Ceux-ci sont plus complexes que dans l’hémisphère sud. En effet, l’augmentation des GES provoque un réchauffement global différent suivant l’altitude : maximum dans la haute troposphère tropicale ainsi qu’aux hautes latitudes en surface. Ce dernier est en réalité expliqué par la fonte de la banquise Arctique. De nombreux processus physiques et de nombreuses rétroactions sont mis en jeu et rendent la compréhension des changements compliquée. Pour cela, nous avons mis en place un protocole expérimental avec le modèle couplé CNRM-CM5 pour séparer l’effet direct des GES (réchauffement de l’atmosphère) de l’effet indirect (fonte de la banquise Arctique et rétroaction sur l’atmosphère). Cette fonte est responsable de l’augmentation des flux de chaleur entre l’océan et l’atmosphère qui perturbe ensuite la circulation atmosphérique. Nous montrons que la diminution de glace de mer Arctique pourrait être à l’origine de la réponse barocline dans l’hémisphère nord.

Enfin, la dernière partie de cette thèse a fait l’objet d’une étude plus spécifique, puisque l’on s’est intéressé aux évolutions passée et future des dépressions atmosphériques nord Atlantique. De nombreuses incertitudes persistent en raison de processus complexes mettant en jeu la vapeur d’eau, le gradient méridien de température et la stabilité statique. Nous retrouvons la réponse tripolaire dans le RCP8.5, mentionnée dans le 5ème rapport du GIEC, qui correspond à une diminution dans la partie sud du domaine Atlantique nord et la mer Méditerranée, une augmentation sur les îles Britanniques et la Scandinavie et une diminution à l’est du Groenland. Nous montrons que ce signal est peu robuste sur la période dite historique en raison de la forte variabilité interne associée aux systèmes dépressionnaires.

Jury:

Emilia SANCHEZ-GOMEZ, Directeur de thèse

Fabrice Chauvin, Codirecteur de thèse

Gwendal Rivière, Rapporteur

Laurent Li, Rapporteur,

Masa Kageyama, Rapporteur,

Hervé Douville, Examinateur