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Soutenance de thèse de Victor ROUSSEAU :  » Étude des interactions océan-atmosphère sur le Gulf Stream : apport de la haute résolution sur la représentation des mécanismes physiques et des impacts climatiques. »

  Mardi 17 novembre 2020 à 14h00

  Thèses Cerfacs       SALLE ADMIN (WEBEX)    

Résumé :
Le but de cette thèse est de comprendre le rôle des fronts de température de surface de l’océan (SST) dans les interactions océan-atmosphère sur la région du Gulf Stream (GS). Nous étudions la réponse de l’atmosphère au front de SST localement, au sein de la couche limite atmosphérique marine (MABL), mais également dans la troposphère libre. Par ailleurs, nous quantifions l’impact du front de SST sur la circulation atmosphérique en Atlantique Nord et en Europe. Nous nous focalisons sur la saison d’hiver (Décembre-Janvier-Février), les contrastes de température entre l’océan et l’atmosphère étant les plus marqués durant cette saison, ce qui induit de forts échanges en terme de flux de chaleur turbulents. Dans cette optique, nous réalisons et analysons des expériences numériques basées sur le modèle atmosphérique global ARPEGEv6, forcé en surface par des données de SSTs observées à haute résolution (1/4°).
Dans la première partie de cette thèse, nous étudions les deux mécanismes principaux proposés par la littérature pour expliquer la réponse de l’atmosphère au front de SST dans la région du Gulf Stream. Ces mécanismes sont ceux du mélange vertical et de l’ajustement de pression. Dans cette étude, nous utilisons deux ensembles de simulations réalisées avec deux configurations d’ARPEGEv6 : une configuration basse résolution (140 km) et une configuration haute résolution (50 km). Nous étudions spécifiquement la réponse de la divergence du vent en surface, un prédicteur important de l’influence du front de SST sur la MABL. Là où les études antérieures utilisaient majoritairement des moyennes mensuelles pour étudier la réponse de la divergence du vent au front de SST, nos résultats montrent le rôle clé des perturbations synoptiques atmosphériques pour moduler la contribution relative de chacun de ces deux mécanismes de la MABL, et pour générer de la divergence du vent de surface en hiver. Nous montrons plus particulièrement qu'une grande partie de la divergence du vent simulée en moyenne sur l'hiver est due aux épisodes cycloniques qui ont lieu au cours de situations extrêmes au-dessus de la région du GS. La comparaison des résultats entre la version haute et basse résolution du modèle atmosphérique, montre que l’impact de l’augmentation de la résolution du modèle est faible comparée à la variabilité interne climatique et aux incertitudes observationnelles.
Afin de mieux isoler l’influence du front de SST sur l'atmosphère, nous avons réalisé des expériences idéalisées dans lesquelles les SSTs de la région du GS sont spatialement filtrées. Cette expérience « lissée »(« smooth ») est comparée à une expérience de contrôle dans laquelle le même modèle d’atmosphère est forcé à l’échelle globale par des SSTs à très haute résolution (1/12°). La comparaison entre ces deux expériences montre que la variabilité liée à la méso-échelle de la SST influence localement les mécanismes de la MABL, mais également la troposphère libre dans son ensemble. En particulier, la bande de précipitation sur le GS est atténuée dans l’expérience smooth. Un gradient de SST mieux résolu dans la région du GS affecte également les routes dépressionnaires et les transports de chaleur et d’humidité par les tourbillons atmosphériques. En particulier, on montre que le front de SST  provoque un décalage vers le nord des transports de chaleur et d’humidité par les tourbillons atmosphériques. Ceci est en accord avec un décalage vers le nord du courant jet. La réponse du jet la plus intense est située sur l’Atlantique Nord, mais est également visible sur le bassin Pacifique. On montre ensuite qu’en accord avec la réponse du courant jet, les régimes de temps en Atlantique Nord sont également influencés par la présence du front de SST. Par conséquent, la réponse de la circulation atmosphérique de grande échelle induit des changements de températures et de précipitations sur l’Europe, suggérant une influence non négligeable du front de SST lié au GS sur les régions plus en aval.

Composition du jury :
Fabio D’Andrea, LMD, Rapporteur
Florian Sévellec, LOPS, Rapporteur
Riwal Plougonven, LMD, Rapporteur
Benoît Vannière, NCAS, Examinateur
Hervé Giordani, CNRM, Examinateur
Serge Chauzy, LA, Examinateur
Emilia Sanchez-Gomez, CERFACS, Directrice de thèse
RYm Msadek, CERFACS, Co-directrice de thèse