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ROCA

Remy Roca 

le 13 Janvier 2000 a 10:30 a l'ecole Polytechnique dans l'amphitheatre Carnot.


Titre : Contribution a l'etude de la vapeur d'eau, de la convection et de
leurs interactions dans les Tropiques a l'aide d'observations de satellites
et de modeles.

Jury:   
        Michel Desbois                  examinateur
        Claude Klapisz                  examinateur
        Jean-Jacques Morcrette          Rapporteur
        Laurence Picon                  directrice de these
        Raymond Pierrehumbert           examinateur
        Jean-Luc Redelsperger           Rapporteur

Resume :

La vapeur d'eau est un des principaux gaz a effet de serre et est impliquee
dans d'importantes boucles de retroactions climatiques. Dans les regions
inter-tropicales, la distribution d'humidite est intimement liee a la
convection. L'objet de cette these est de valider la representation de la
convection tropicale et de l'humidite de la troposphere libre subtropicale
dans les modeles de circulation generale a l'aide des
observations du canal vapeur d'eau de METEOSAT et d'etudier les mecanismes
qui regissent certains aspects de l'interaction entre la convection et la
vapeur d'eau .

Dans un premier temps, nous avons mis au point une methodologie de
comparaison directe des simulations de MCG avec les observations. Cette
approche dite "modele-vers-satellite" consiste a simuler avec un modele de
transfert radiatif les temperatures de brillance METEOSAT a partir des
profils de temperature, d'humidite et de nebulosite du MCG. Le modele de
transfert radiatif utilise provient du CEPMMT. En ciel clair ses resultats
sont en tres bon accord (env. 1K) avec le modele utilise operationnellement
par l'agence EUMETSAT pour l'etalonnage du radiometre.
En utilisant un ensemble de donnees compose de profils thermodynamiques du
Centre europeen, de produits nuageux deduits de METEOSAT et d'images du
satellite, il est ensuite montre que les incertitudes associees aux calculs
en ciel nuageux sont faibles (de l'ordre de 3K). Certains problemes lies a
l'etalonnage du capteur sont aussi corriges de maniere a minimiser les
erreurs methodologiques dans le cadre des comparaisons avec le MCG.

Un ensemble de runs climatologiques du modele de circulation generale du
LMD est ensuite compare avec METEOSAT. Le diagnostic revele certains
defauts des simulations: la ZCIT simulee est trop large et la troposphere
libre subtropicale est trop humide par rapport  aux observations. D'une
maniere generale, le modele se comporte mieux sur l'ocean que sur les
regions continentales. Malgre ces problemes, il
est montre que le modele reproduit avec succes le fort assechement observe
au cours du cycle saisonnier de la zone de subsisdence a grande echelle de
l'atlantique sud de meme en ce qui concerne l'evolution saisonniere de
l'extension spatiale des regions convectives.
 
Dans une seconde partie, nous nous sommes concentres sur l'etude du
distribution de la vapeur d'eau dans les subtropiques et de la convection
tropicale, principaux problemes des simulations souleves par
le diagnostique.L'approche "modele-ver-satellite" est mise en oeuvre pour
valider des champs d'humidite reconstruits en utilisant le modele
conceptuel simplifie d'advection-condensation de Pierrehumbert et des
champs de vents analyses. Les mesures de METEOSAT-3 et -4 couvrant
l'ensemble de l'atlantique tropical sont utilisees. Les simulations sont en
excellent accord avec les observations satellite. Le modele est ensuite
utilise pour mettre en evidence l'importance des tourbillons transitoires
de grandes echelles dans la distribution d'humidite de la troposphere
subtropicale. Le faible role de l'eau nuageuse comme source pour les
subtropiques est aussi souligne.

A partir d'observations du geostationaire indien INSAT-1B, il est montre
que les systemes convectifs qui forment la ZCIT couvrent un large spectre
d'echelle allant de 500 a un million km2. Les proprietes radiatives et
structurelles des systemes nuageux pour differentes classes de convection
sont calculees. L'analyses revele l'existence d'une taille critique des
systemes convectifs au-dessous et au-dessus de laquelle, les dependences
d'echelle des proprietes des nuages sont inversees. Le role dominant de la
convection organisee a meso-echelle dans le climat de l'ocean indien est
souligne.
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