Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Interaction mer-atmosphère – Arctique“

L’étude de l’atmosphère arctique présente un intérêt scientifique grandissant, la température de sa surface augmentant deux à trois plus fois rapidement que dans le reste du monde. Par la modulation qu’ils exercent sur le rayonnement, les nuages apparaissent comme un élément crucial du bilan d’énergie du système océan-glace-atmosphère en Arctique. Pourtant, la formation et la persistance de ces nuages sont toujours mal représentées dans les modèles atmosphériques, de même que la couche limite où ils se forment et résident. Dans le cadre du projet innovant IAOOS, un système d’observation intégré à bord de bouées dérivant dans l’océan arctique a permis de collecter simultanément et en temps réel des informations relatives à l’état des couches supérieures de l’océan, de la basse atmosphère et de la glace de mer arctique. Une partie de ces observations a été effectué lors de la campagne de terrain N-ICE au nord du Svalbard en 2015. Les travaux menés dans le cadre de cette thèse visent à mieux quantifier les différents termes du bilan d’énergie à la surface dans des conditions environnementales et de surface variées et d’améliorer la représentation dans le modèle régional Polar-WRF des nuages dans la couche limite arctique
The study of the Arctic atmosphere is of growing scientific interest, as its surface temperature increases two to three times faster than in the rest of the world. Clouds are a key element in the energy balance of the ocean-ice atmosphere system in the Arctic because of the modulation they exert on the radiation. However, the formation and persistence of these clouds are still poorly represented in atmospheric models, as well as the boundary layer where they reside. A better understanding of the feedbacks between clouds and ice surfaces is crucial to analyze and predict the evolution of the Arctic climate. As part of the IAOOS project, an integrated observing system aboard buoys drifting in the Arctic Ocean collected simultaneous real-time information on the state of the upper ocean, the lower atmosphere and the Arctic sea ice. Part of these observations coincided with the N-ICE field campaign north of Svalbard in 2015. The work carried out in this thesis aims at better quantifying the different terms of the surface energy balance under various environmental and surface conditions and to improve the representation in the regional model Polar-WRF of clouds in the Arctic boundary layer

Afin de mieux comprendre les processus et les interactions entre l'atmosphère, la glace de mer et l'océan en arctique, un financement EQUIPEX a permis de développer et déployer le projet IAOOS (Ice-Atmosphere-Ocean-Observing-System) de réseau de bouées multi-instrumentées. Pour la partie atmosphère un LiDAR rétrodiffusion innovant a été développé pour répondre aux contraintes du projet et de l'environnement arctique. Un modèle analytique du rapport signal sur bruit en air clair a permis de préciser les paramètres clés de la conception. Des simulations numériques ont ensuite permis d'affiner les performances du système. Un prototype évolutif a été réalisé dans le planning serré de cet EQUIPEX, avant la mise en œuvre d'une première bouée complète au Pôle Nord en avril 2014, qui a fonctionné jusqu'en décembre 2014. Un second déploiement de deux bouées a ensuite été réalisé à l'occasion de la campagne N-ICE de janvier à juin 2015, dont l'une était équipée d'une version polarisée du LiDAR. Les deux campagnes ont permis d'obtenir des premières statistiques de la distribution des aérosols et des nuages en arctique central avec un système LiDAR autonome. Les premiers résultats montrent la présence de couches d'aérosols assez fréquentes au printemps dans la moyenne troposphère et des nuages bas très fréquents. Les mesures LiDAR ont été utilisées pour effectuer une estimation des flux infrarouge et visible descendants. Les résultats des deux premiers déploiements et les comparaisons avec des analyses et des sorties du modèle WRF fournissent des premiers éléments sur l'apport que pourra présenter ce réseau de bouées multi-instrumentées en région centrale arctique
To improve our knowledge of the processes and interactions which occur in Arctic between atmosphere, sea ice and ocean, an EQUIPEX funding was granted to the IAOOS project. This improvement will be reached by deploying a network of multi-instrumented buoys. For the atmospheric analyses an innovative backscattering LiDAR meeting with constraints of the project and arctic environment has been developed. An analytical model of signal to noise ratio in clear sky led to the instrumental key parameters, and numerical simulations helped in improving the system performances. An evolutive prototype has been realized within the tight planning of this EQUIPEX. The first whole equiped buoy was deployed close to the north pole in April 2014 and worked until the beginning of December 2014. A second deployment of two buoys, including a polarized version, was then realized within the N-ICE campaign from January to June 2015. These first campaigns gave first statistics of aerosols and clouds distribution in the central arctic region with an autonomous LiDAR. First results show frequent aerosols layers in mid-troposphere during spring, as well as a high occurence of very low clouds. LiDAR measurements were also used to estimate downwelling longwave and shortwave at surface. Results obtained from these first deployments and comparisons with analysis and outputs from the WRF model show a first overview of what can be expected from this network of multi-instrumented buoys in the central arctic region

Afin de mieux comprendre les processus et les interactions entre l'atmosphère, la glace de mer et l'océan en arctique, un financement EQUIPEX a permis de développer et déployer le projet IAOOS (Ice-Atmosphere-Ocean-Observing-System) de réseau de bouées multi-instrumentées. Pour la partie atmosphère un LiDAR rétrodiffusion innovant a été développé pour répondre aux contraintes du projet et de l'environnement arctique. Un modèle analytique du rapport signal sur bruit en air clair a permis de préciser les paramètres clés de la conception. Des simulations numériques ont ensuite permis d'affiner les performances du système. Un prototype évolutif a été réalisé dans le planning serré de cet EQUIPEX, avant la mise en œuvre d'une première bouée complète au Pôle Nord en avril 2014, qui a fonctionné jusqu'en décembre 2014. Un second déploiement de deux bouées a ensuite été réalisé à l'occasion de la campagne N-ICE de janvier à juin 2015, dont l'une était équipée d'une version polarisée du LiDAR. Les deux campagnes ont permis d'obtenir des premières statistiques de la distribution des aérosols et des nuages en arctique central avec un système LiDAR autonome. Les premiers résultats montrent la présence de couches d'aérosols assez fréquentes au printemps dans la moyenne troposphère et des nuages bas très fréquents. Les mesures LiDAR ont été utilisées pour effectuer une estimation des flux infrarouge et visible descendants. Les résultats des deux premiers déploiements et les comparaisons avec des analyses et des sorties du modèle WRF fournissent des premiers éléments sur l'apport que pourra présenter ce réseau de bouées multi-instrumentées en région centrale arctique
To improve our knowledge of the processes and interactions which occur in Arctic between atmosphere, sea ice and ocean, an EQUIPEX funding was granted to the IAOOS project. This improvement will be reached by deploying a network of multi-instrumented buoys. For the atmospheric analyses an innovative backscattering LiDAR meeting with constraints of the project and arctic environment has been developed. An analytical model of signal to noise ratio in clear sky led to the instrumental key parameters, and numerical simulations helped in improving the system performances. An evolutive prototype has been realized within the tight planning of this EQUIPEX. The first whole equiped buoy was deployed close to the north pole in April 2014 and worked until the beginning of December 2014. A second deployment of two buoys, including a polarized version, was then realized within the N-ICE campaign from January to June 2015. These first campaigns gave first statistics of aerosols and clouds distribution in the central arctic region with an autonomous LiDAR. First results show frequent aerosols layers in mid-troposphere during spring, as well as a high occurence of very low clouds. LiDAR measurements were also used to estimate downwelling longwave and shortwave at surface. Results obtained from these first deployments and comparisons with analysis and outputs from the WRF model show a first overview of what can be expected from this network of multi-instrumented buoys in the central arctic region

Ma thèse porte sur l’« Étude des dessalures à la surface d’un océan stratifié à partir d’observations satellitaires et de mesures in-situ », dans deux régions majeures vis-à-vis du cycle de l’eau et illustrant la forte variabilité de la salinité à la surface de l’océan (SSS) : les régions de fortes précipitations et l’océan Arctique. Mes travaux se sont tout d’abord concentrés sur la relation entre dessalures et fortes précipitations. Cette étude a permis de déterminer la relation entre l’anomalie de SSS et le taux de pluie instantané (RR). J’ai montré, via des composites de spectres d’autocorrélation, que l’historique de la pluie jouait un rôle négligeable dans la plupart des conditions de vent, en comparaison au taux de pluie instantané. Ces résultats ont démontré un comportement inattendu par rapport aux observations in-situ et mis en avant l’aspect déterminant des échelles spatiales considérées. Ils ont motivé une étude approfondie de l’effet de l’hétérogénéité de la salinité au sein d’un pixel, sur la mesure satellitaire et à partir de mesures in-situ. Après avoir étudié les signaux de faible salinité associés aux pluies tropicales, je me suis concentré sur les signaux de faible salinité observés à la surface de l’océan Arctique, dont une grande partie provient des panaches de fleuves. J’ai pu dériver des champs de salinité en Arctique présentant des performances supérieures à une réanalyse, dans les zones de forte variabilité et dans les zones proches de la glace. Ils ouvrent donc le champ à de nouvelles études, tant aux échelles saisonnières qu'interannuelles
My thesis relates to the “Study of freshening over the surface of a stratified ocean from satellite observations and in-situ measurements”, in two major regions considering the water cycle and illustrating the high variability of the sea surface salinity (SSS): regions of high precipitations and the Arctic Ocean. My work first focused on the relationship between freshening and heavy precipitation. This study determined the relationship between the SSS anomaly and the instantaneous rainfall rate (RR). I then showed, via autocorrelation spectra composites, that rainfall history played a negligible role in most wind conditions, compared to instantaneous rainfall rate. These results demonstrated an unexpected behavior compared to in-situ observations and highlighted the determining aspect of the spatial scales considered. They motivated an in-depth study of the salinity heterogeneity effect within a pixel, on satellite measurement and from in-situ measurements. After studying the low salinity signals associated with tropical rains, I focused on the low salinity signals observed at the surface of the Arctic Ocean, much of which comes from river plumes. I was able to derive arctic salinity fields that performed better than reanalysis, in areas of high variability and in areas close to sea ice. These new SSS product open the field to new studies, both at seasonal and inter-annual scales

La circulation méridienne de retournement de l'Atlantique (AMOC) se compose d'un courant chaud vers le nord en surface et d'une branche froide vers le sud en profondeur. Elle apporte énormément de chaleur aux latitudes moyennes de l'hémisphère Nord et joue donc un rôle important dans la régulation du climat de la région de l'Atlantique Nord et au-delà. Cette thèse étudie le mécanisme moteur et les impacts climatiques de la variabilité centennale à multi-centennale de l'AMOC dans un modèle de la circulation générale de l’océan et de l’atmosphère. La variabilité de l'AMOC est amplifiée par les flux d’eau douce en Arctique, et est modulée par une rétroaction négative liée au transport d'eau douce à travers le détroit de Fram entre l'océan Arctique et l'Atlantique Nord, avec un changement avec un retard de plusieurs décades. La thèse étudie également les impacts climatiques de cette variabilité basse fréquence de l'AMOC et les changements du transport d'énergie associés. Dans le modèle, une forte AMOC induit un large réchauffement dans l'hémisphère nord et un déplacement vers le nord de la zone de convergence intertropicale dans l’Atlantique Nord. Les impacts climatiques de l’AMOC sont expliqués par l'augmentation du transport d'énergie océanique vers le nord induite par l'intensification de l'AMOC, causant un transport anormal d'énergie vers le sud dans l'atmosphère. Cette réponse dans l'atmosphère est amortie par les changements de la circulation océanique induite par le vent dans l’Indo-Pacifique
The Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) consists of a warm northward current on the surface and a cold southward branch in the deep. It brings tremendous heat into the mid-latitudes in the Northern Hemisphere and thus plays an important role in governing the climate of the North Atlantic region and beyond. This thesis investigates the driving mechanism and climate impacts of a centennial to multi-centennial variability of the AMOC. The AMOC intensity is modulated by the delayed freshwater exchanges through the Fram Strait between the Arctic Ocean and the North Atlantic. The thesis also investigates the climate impacts of this low-frequency AMOC variability and associated energy transport changes. The impacts of a strong AMOC mainly include a wide warming in the Northern Hemisphere, a northward displacement of the intertropical convergence zone and more precipitations in the Northern mid-latitudes. The enhanced northward oceanic energy transport induced by intensified AMOC is compensated by the anomalous southward energy transport in the atmosphere, which leads to climate variations. This response in the atmosphere is damped by the Indo-Pacific Ocean