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MALLET


Polar lows dans l'hémisphère Nord: influence de l'environnement de grande échelle, de sa variabilité et de ses modifications avec le changement climatique

Le 26-06-2013


Membres du jury :
Jean-Pierre Chaboureau (rapporteur)
Haraldur Olafsson (rapporteur)
Hervé Le Treut (examinateur)
Christophe Cassou (examinateur)
Marie-Noëlle Houssais (examinateur)
Chantal Claud (directeur de thèse)

Résumé :
Les polar lows (PLs) sont d'intenses dépressions maritimes qui affectent les régions polaires en hiver. Ils se développent en quelques heures seulement et sont associés à des vents violents, de fortes précipitations, une très faible visibilité et une mer déchainée. De ce fait, ils impactent significativement les activités humaines côtières et maritimes aux hautes latitudes. Leur faible extension spatiale et temporelle, la complexité de leur développement, et le manque d'observations conventionnelles à ces latitudes contribuent à leur mauvaise représentation dans les réanalyses atmosphériques et les modèles de climat, rendant leur étude délicate. De la même manière, leur prévision est largement perfectible: certains cas ne sont prévus que quelques heures avant leur arrivée et il arrive que de fausses alertes soient lancées. Il est néanmoins possible d'étudier les PLs à travers leurs conditions de formation. Le but de cette thèse est d'étudier l'influence de l'environnement de grande échelle, de sa variabilité et de ses modifications avec le changement climatique, sur le développement des PLs dans l'hémisphère Nord.
Dans un premier temps, l'environnement de grande échelle conduisant au développement de PLs est caractérisé. Dans ce but, l'ensemble des observations homogènes de PLs disponibles et des réanalyses atmosphériques (ERA-I pour la période la plus récente, NCEP/NCAR sinon) est utilisé. On montre que sur une fenêtre de huit jours centrée sur la date de développement des PLs, des conditions particulières existent sur de larges étendues centrées sur les zones de formation des PLs: advection de masses d'air froid sur mer libre de glace, faible stabilité statique, présence de précurseurs d'altitude sous la forme d'anomalies de tourbillon potentiel (PV). Les PLs se développent après une phase de mise en place progressive des conditions synoptiques favorables, leur déclenchement étant marqué par une intensification des anomalies de vent et de PV. Des différences entre les régions de formation sont mises en évidence, notamment au niveau des basses couches atmosphériques (direction des flux, baroclinicité, ...) et du comportement des anomalies de PV, indiquant une hétérogénéité dans l'influence relative des différents forçages.
Une seconde partie est consacrée à étudier l'influence de la variabilité atmosphérique sur les PLs. A l'échelle de temps des PLs, deux approches de cette variabilité peuvent être considérées: les structures de téleconnection et les régimes de temps. On montre que les quatre régimes de temps déterminés sur la région Atlantique Nord/Europe sont discriminants pour la formation de PLs: en mers de Norvège et de Barents, deux tiers des PLs observés se forment en « Altantic Ridge » ou dans la phase négative de l'Oscillation Nord Atlantique (NAO), alors qu'en mer du Labrador, une grande majorité des PLs observés se développent durant la phase positive de la NAO. Les diverses oscillations caractérisant la variabilité atmosphérique du Pacifique Nord, comme l'Oscillation Arctique ou la El Niño/Southern Oscillation, présentent des influences spatialement contrastées sur les PLs.
La dernière partie est une étude exploratoire de l'évolution du comportement des PLs dans le cadre du changement climatique. Celui-ci est susceptible d'influencer la répartition et les fréquences d'apparition des PLs en modifiant les conditions de grande échelle contrôlant leur genèse. L'étude porte d'abord sur le rôle de la glace de mer et de son évolution sur les PLs. Finalement, l'évolution de variables clefs dans le développement de PLs est étudié à partir de la simulation climatique ECHAM5/MPI-OM. Les résultats de cette étude suggèrent une diminution de l'activité des PLs, avec de fortes disparités régionales, ainsi que des changements dans la distribution saisonnière.
Les résultats de cette thèse renforcent les connaissances sur les PLs et fournissent de nouveaux éléments pour améliorer leur prévision à court et plus long terme.
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