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MAURY


"Ondes dans la basse stratosphère équatoriale"

Vendredi 22 mars 2013

devant le le jury composé de:

Mme. Pascale Bouruet-Aubertot (LOCEAN):      Présidente
Mme. Elisa Manzini (Max Planck):                       Rapporteur
Mr. Daniel Cariolle (CERFACS):                           Rapporteur
Mme. Chantal Staquet (LEGI):                             Examinateur
Mr. Françis Codron (LMD):                                  Examinateur
Mr. François Lott (LMD):                                      Directeur de Thèse
Mr. Alain Hauchecorne (LATMOS):                      Invité


Résumé de la thèse:

Nous étudions les ondes de Kelvin et de Rossby gravité qui dominent la variabilité
synoptique dans la basse stratosphère équatoriale. Avec les ondes de gravité d'échelles
plus courtes, ces ondes équatoriales forcent l'Oscillation Quasi Biennale (OQB).

Dans les données, nous montrons que ces ondes sont en partie émises par les ondes
équatoriales couplées à la convection dans la troposphère. Comme ces ondes couplées
sont souvent faibles dans les Modèles de Circulation Général de l'Atmosphère (MCGA),
et nous prenons l'exemple du MCGA LMDz, ceux ci ont tendance à sous-estimer
les ondes dans la stratosphère. Nous montrons aussi qu'il existe d'autres forçages que
la convection équatoriale, et provenant des tropiques et des régions tempérées.
Ces mécanismes sont dominants dans LMDz, mais aussi présents dans les données,
comme l'illustre le phénomène de recharge stratosphérique que nous mettons en évidence.

La relation entre  variabilité des précipitations et les ondes équatoriales est aussi abordée
dans le cadre des simulation faites par l'IPSL pour CMIP5. Nous montrons en particulier,
qu'il  existe une relation significative entre l'ENSO et le forçage des ondes de Kelvin vers la
stratosphère, mettant ainsi en évidence un lien possible entre l'ENSO et la QBO.

Pour améliorer les ondes de Kelvin et de Rossby gravité dans LMDz, nous avons enfin augmenté
la résolution verticale du modèle et ajouté une paramétrisation stochastique des ondes de gravité
dues à la convection. Dans cette configuration, le modèle produit une QBO, et cette amélioration
de l'état moyen du modèle par les ondes de gravité fait qu'il simule mieux les ondes équatoriales
dans la basse stratosphère. 


Abstract:

We study the  Kelvin and  Rossby gravity waves that dominate the synoptic variability in the lower
equatorial stratosphere. Together with the gravity waves of much shorter scale, they force the
Quasi-Biennial Oscillation (QBO).

In observational datasets, we show that these large-scale waves are in part produced during the
life cycle of the convectively coupled waves in the troposphere. As these convectively coupled waves
are often underestimated in Atmospheric General Circulation Models (AGCMs), and we take as
representative the LMDz model, these models can have a tendency to underestimate the equatorial
waves in the stratosphere.  We also show that these waves can have other sources than the convection
in the equatorial regions, and can come from the subtropics and mid-latitudes. These sources are
dominant in LMDz, but also present in observations, as illustrated by the «stratospheric reloading»
phenomenon we have found.

The relation between the precipitations variability and the stratospheric equatorial waves is also
analysed in the CMIP5 simulations done at IPSL. In this context, we show that there exist a significant
relation between  the stratospheric Kelvin waves signal, and the ENSO. This show that there are potential
relations between  the ENSO and the QBO, at least in models.

To improve the Kelvin and the Rossby gravity waves in LMDz, we have then decreased its vertical gridspacing
and introduced a stochastic parameterization of the internal gravity waves due to convection. In this set-up,
the model produces a  QBO, and this improvement of the model zonal mean state makes that it simulates better
the equatorial waves in the lower stratosphere.



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