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Soutenance de thèse : Saloua PEATIER : ‘ Explorer l’incertitude des rétroactions climatiques à partir d’un ensemble de simulations atmosphériques avec perturbation des paramètres ‘

  Mercredi 30 novembre 2022 à 15h00

  Thèses Cerfacs       Salle de conférence Jean-Claude ANDRÉ, CERFACS, Toulouse    

Lien you tube : https://youtu.be/jMltW3QmBM4

Résumé :

L'incertitude liée à la calibration des modèles de climat est rarement représentée lors des estimations du paramètre de rétroaction climatique. Les ensembles en paramètres perturbés (PPE) sont des ensembles de simulations pour lesquels les paramètres physiques ont été perturbés selon un échantillonnage défini. L'objectif principal de cette thèse est d'explorer la dépendance des rétroactions climatiques (et principalement nuageuses), aux valeurs des paramètres d'un modèle atmosphérique. Les méthodes développées et les résultats obtenus sont basés sur un PPE du modèle ARPEGE-Climat 6.3, composante atmosphérique du modèle CNRM-CM6-1. Le PPE perturbe simultanément 30 paramètres du modèle, issus des schémas de la turbulence, de la convection, de la microphysique des nuages et de leurs propriétés radiatives. Le premier chapitre de la thèse permet d’illustrer les compromis spatiaux qui peuvent être faits par les erreurs des modèles lors d’une calibration objective. Ces compromis interrogent sur la potentielle diversité des réponses climatiques au sein du PPE. Le deuxième chapitre s'attaque justement à cette question en proposant une méthode d'optimisation quasi-automatique pour la sélection d'un sous-ensemble de calibrations présentant une diversité de valeurs du paramètre de rétroaction λ. En dépit de l'approximation introduite par l'utilisation d'émulations statistiques, 15 simulations configurées avec différentes combinaisons de valeurs des 30 paramètres du modèle ARPEGE-Climat sont identifiées, présentant un score comparable à celui de l'ensemble multi-modèle CFMIP6 tout en couvrant un intervalle de sensilibité climatique à l’équilibre (ECS) de [4.1 – 6.1 K]. Ces résultats illustrent l'impact non négligeable de la calibration du modèle sur l'ECS, mettant en lumière l'importance de mieux quantifier l'incertitude de calibration dans les projections climatiques. La thèse a également permis d'explorer les représentations des nuages et de leurs rétroactions dans deux PPEs différents (le PPE d’ARPEGE-Climat et le PPE d’HadGEM3-GA7). Plusieurs différences majeures ont été constatées entre les deux modèles, notamment la réponse climatique des nuages hauts, conduisant à des rétroactions nuageuses SW et LW opposées d'un PPE à l'autre. De plus, les rétroactions des nuages hauts d’épaisseur optique moyenne (les nuages Hm) sont beaucoup plus importantes dans la simulation de référence CNRM-CM6-1 que dans le reste du PPE. Les paramètres liés à la microphysique des cristaux de glaces influencent beaucoup les variances des fractions nuageuses hautes dans les deux PPEs. Dans le cas du CNRM, le paramètre d'inverse du temps caractéristique pour l'auto-conversion solide domine à la fois les variances de la climatologie des nuages Hm, et celles de leurs rétroactions nettes tropicales. Les perspectives de ce travail de thèse comprennent un PPE de simulations couplées atmosphère-océan, qui permettrait une meilleur quantification de l’incertitude liée à la calibration des modèles dans les projections du climat futur.

Mots clés : modèles climatiques – incertitudes – calibration – sensibilité climatique – ensemble en paramètres perturbés

Jury :

Juliette MIGNOT – LOCEAN – Rapporteuse
Frédéric HOURDIN – LMD – Rapporteur
Fleur COUVREUX – CNRM – Examinatrice
Paul KUSHNER – Unviersité de Toronto – Examinateur
Céline MARI – LA – Examinatrice
Laurent TERRAY – CERFACS — Directeur de thèse
Benjamin SANDERSON – CICERO – Co-directeur de thèse

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