Dissertations / Theses: 'Modes de variabilité climatique'

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Boucharel, Julien. "Modes de variabilité climatique dans l'océan Pacifique tropical : quantification des non-linéarités et rôle sur les changements de régimes climatiques." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00720706.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous nous sommes consacrés au problème d'interaction d'échelles selon deux angles distincts : d'une part une approche globale et grande échelle du système climatique qui nous a permis d'étudier la modulation basse fréquence d'ENSO, d'autre part une démarche plus locale au cours de laquelle nous avons étudié plus particulièrement la dynamique du Pacifique tropical est et du système de courants de Humboldt au large du Pérou. La première partie a été motivée par une approche relativement récente dans la communauté des climatologues. Il s'agit de la question cruciale de la variabilité basse fréquence d'ENSO, et de la possibilité que celle-ci puisse émerger " simplement " du système climatique tropical, sans action extérieure qu'elle soit stochastique ou en lien avec la variabilité des plus hautes latitudesDans ce contexte particulier, il est alors question de mécanismes nonlinéaires pour expliquer comment la stabilité d'ENSO peut être influencée par la variabilité climatique. Ceci a servi d'hypothèse de travail pour l'ensemble de cette thèse. Nous avons ainsi abordé la possibilité qu'ENSO pouvait être rectifié sur des échelles de temps longues (interdécennales) par la modulation de la nonlinéarité elle-même. Pour cela, nous avons utilisé des méthodes mathématiques originales qui nous ont permis d'une part de détecter des changements brusques (statistiquement significatifs) de l'état moyen du Pacifique tropical et d'autre part d'accéder à un proxy de la nonlinéarité intégrée dans le système tropical. En combinant ces deux démarches, nous avons pu mettre en évidence une boucle de rétroaction auto entretenue sur des échelles de temps longues qui serait pilotée par des mécanismes nonlinéaires qui auraient la capacité de faire interférer diverses échelles temporelles et ainsi de transférer l'énergie des basses fréquences (état moyen du pacifique tropical) vers les hautes fréquences (oscillation australe) et vice-versa. Dans la seconde partie de cette thèse nous nous sommes focalisés sur la modélisation climatique du Pacifique tropical oriental. En effet, cette région, pourtant au cœur des préoccupations de la communauté scientifique en raison de son écosystème parmi les plus productifs de la planète, reste mal connue du point de vue des processus océanographiques et climatiques. En particulier, les modèles climatiques globaux présentent des biais importants dans cette région en terme d'état climatologique moyen. Nous avons testé, dans une approche de modélisation haute résolution, différentes sources possibles de ces biais : les caractéristiques bathymétriques des îles Galápagos (mal représentées dans les modèles globaux) capables de par leur position équatoriale de modifier la circulation régionale moyenne et donc le bilan thermodynamique; ou alors les processus associés aux mélanges turbulents (et par extension les processus nonlinéaires) à l'aide d'un modèle régional. Pour ce faire, nous avons procédé à des expériences de sensibilité qui nous ont permis d'une part de relativiser le rôle de l'archipel des Galápagos comme source de biais et d'autre part de mettre en exergue le rôle de la variabilité intra-saisonnière dans la rectification de l'état moyen du Pacifique tropical est.

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Awo, Founi Mesmin. "Modes interannnuels de la variabilité climatique de l'Atlantique tropical, dynamiques oscillatoires et signatures en salinité de surface de la mer." Thesis, Toulouse 3, 2018. http://www.theses.fr/2018TOU30171/document.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous avons abordé plusieurs thématiques liées aux modes de variabilité climatique dans l'Atlantique tropical à l'échelle interannuelle. Les analyses statistiques nous ont permis dans un premier temps de mettre en évidence les deux principaux modes dominants de cette variabilité interannuelle: un mode équatorial et un mode méridien. Le mode équatorial est responsable d'anomalies de température de surface de la mer (SST) principalement dans le Golfe de Guinée et est identifié par des variations de la pente du niveau de la mer dans la bande équatoriale. Il est dû à des rétroactions dynamiques entre le vent, le niveau de la mer et la SST. Quant au mode méridien, il se manifeste par des fluctuations inter-hémisphériques de SST et est contrôlé par des rétroactions dynamiques et thermodynamiques entre le vent, l'évaporation et la SST. L'évaluation du couplage de ces variables clés du mode méridien nous a permis de proposer un modèle conceptuel pour expliquer les principaux mécanismes responsables des oscillations du mode méridien. Le modèle a montré que le mode méridien résulte de la superposition d'un mécanisme auto-entretenu basé sur les rétroactions positives et négatives générant des oscillations régulières de haute fréquence (2-3 ans) et d'un autre mécanisme d'oscillation basse fréquence (4-9 ans) lié à l'influence d'ENSO du Pacifique Est. Comme l'évolution de ces deux modes est fortement liée au déplacement méridien de la zone de convergence intertropicale (ITCZ) qui transporte les pluies, nous avons ensuite identifié la signature de ces modes sur la salinité de la surface de la mer à l'aide observations in situ et d'une simulation numérique régionale. Les processus océaniques et/ou atmosphériques responsables de la signature de chaque mode ont été également identifiés grâce à un bilan de sel dans la couche de mélange du modèle validé. Le bilan de sel a révélé que le forçage atmosphérique, lié à la migration de l'ITCZ, contrôle la région équatoriale tandis que l'advection, due à la modulation des courants, du gradient vertical et le mélange à la base de la couche de mélange, explique les variations de SSS dans les régions sous l'influence des panaches. [...]
In this thesis, we investigate several topics related to the interannual climatic modes in the tropical Atlantic. Statistical analyses allows us to extract the two main dominant modes of interannual variability: an equatorial mode and a meridional mode. The equatorial mode is responsible for Sea Surface Temperature (SST) anomalies mainly found in the Gulf of Guinea and is linked to variations of the sea-level slope in the equatorial band. It is due to dynamic feedbacks between zonal wind, sea level and SST. The meridional mode is characterised by inter-hemispheric SST fluctuations and is controlled by dynamic and thermodynamic feedbacks between the wind, evaporation and SST. After quantifying the coupling between key variables involved in the meridional mode, we develop a conceptual model to explain the main mechanisms responsible for meridional mode oscillations. The model shows that the meridional mode results from the superposition of a self-sustaining mechanism based on positive and negative feedbacks generating regular oscillations of high frequency (2-3 years) and another low frequency oscillation mechanism (4-9 years) related to the influence of ENSO. As the evolution of these two modes is strongly linked to the meridional shift of the Intertropical Convergence Zone (ITCZ) and associated rainfall maximum, we identify the signature of these modes on Sea Surface Salinity (SSS) using in situ observations and a regional numerical simulation. Oceanic and/or atmospheric processes responsible for the signature of each mode are also identified through a mixed-layer salt budget in the validated model. The salt balance reveals that the atmospheric forcing, related to the ITCZ migration, controls the equatorial region while the advection, due to the modulation of current dynamics, the vertical gradient and mixing at the base of the mixed layer, explains SSS variations in regions under the influence of plumes. Finally, we study the Equatorial Kelvin wave characteristics and influences on the density that are involved in the meridional and equatorial mode connection processes, using a very simplified model of gravity wave propagation along the equator. After a brief description of this model, which was initially constructed to study dynamics in the equatorial Pacific, we apply it to the specific case of the equatorial Atlantic by validating its analytical and numerical solutions under adiabatic conditions. [...]

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Goursaud, Sentia. "Variabilité climatique récente de l'Antarctique : apports des enregistrements issus de carottes de névé." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAU037/document.

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Abstract:

Documenter la variabilité climatique récente est nécessaire à la compréhension des mécanismes en jeu, associés au rôle du bilan de masse de l’Antarctique pour l’élévation du niveau des mers globale. Les enregistrements issus des carottes peu profondes d’Antarctique sont des données précieuses, complémentaires aux observations instrumentales et satellitaires, pour couvrir en continu l’ensemble du continent. Mesurés le long de ces carottes de glace, les isotopes stables de l’eau sont traditionnellement utilisés pour quantifier les changements passés de la température locale.Cette thèse doctorale a été initiée dans le cadre du programme de l’Agence Nationale de la Recherche ASUMA (“Improving the Accurancy of SUrface Mass balance of Antarctica”), ayant pour objectif de reconstruire et identifier les processus contrôlant la variabilité spatio-temporelle du bilan de masse de surface (BMS) de la Terre Adélie. J’ai utilisé des données d’isotopes stables de l’eau enregistrées dans des carottes de névé, des simulations atmosphériques produites par le modèle atmosphérique de circulation générale de haute résolution ECHAM5-wiso équipé des isotopes stables de l’eau, des réanalyses atmosphériques, des rétro-trajectoires, ainsi que des observations instrumentales satellitaires et de surface.Dans une première partie, j’ai évalué les capacités du modèle ECHAM5-wiso à simuler les températures de l’Antarctique, le BMS, le δ18O et le d-excess (ci-après, d-excess), comme prérequis à l’exploitation du modèle pour interpréter les compositions isotopiques. J’ai développé des diagnostics pour les relations δ18O-température et d-excess- δ18O sur l’ensemble du continent de l’Antarctique, en montrant que les différences issues des pentes des relations δ18O-température spatiales, inter-annuelles et saisonnières. Au sein du groupe de travail international de PAGES (Past Global Changes) Antarctica2k, j’ai utilisé des calibrations établies issues du modèle ECHAM5-wiso pour reconstruire la température de 7 régions d’Antarctique à partir d’une synthèse d’enregistrements de δ18O issus de carottes de glace couvrant les 2 000 dernières années.Dans une seconde partie, de nouveaux enregistrements issus de deux carottes de névé extraites en Terre Adélie, la S1C1 et la TA192A, ont été exploités, couvrant respectivement les périodes 1947-2007 et 1998-2014. Les BMS reconstruits décrivent une grande variabilité spatiale (74,11 ± 14,1 cm w.e. y-1 et 21,8 ± 6,9 cm w.e. y-1 pour la TA192A et la S1C1 respectivement), cohérente avec les données de balise disponibles. En utilisant une base de données mise à jour des isotopes stables de l’eau de l’Antarctique, j’ai montré que les valeurs moyennes isotopiques de Terre Adélie appartiennent à l’intervalle des valeurs côtières de l’Antarctique. Des analyses statistiques montrent une absence de relation entre nos enregistrements avec la température de surface locale à l’échelle inter-annuelle, mais des relations significatives avec des rétro-trajectoires atmosphériques et des simulations isotopiques suggérant que les isotopes de l’eau de la Terre Adélie fournissent des indications de la variabilité de la dynamique atmosphérique et du transport d’humidité, aux échelles saisonnière et inter-annuelle.Les analyses de cette thèse ont été limitées par la quantité d’enregistrements isotopiques disponibles pour la Terre Adélie, ainsi que par le manque de compréhension des effets de dépôt et de post-dépôt. Il est donc nécessaire d’exploiter les nouvelles carottes de névé extraites au cours du programme ASUMA, et d’effectuer en continu des mesures de la composition isotopique des précipitations, de la vapeur d’eau et de la neige de surface de Terre Adélie, en combinaison avec des outils de simulations atmosphériques, tels que des rétro-trajectoires associées à un diagnostic des sources d’humidité, et des modèles atmosphériques de circulation générale et régionaux équipés des isotopes stables de l’eau
Documenting recent Antarctic climate variability is needed in order to understand the mechanisms at play, associated with the role of Antarctic mass balance for global sea level rise. Proxy records from Antarctic shallow firn cores are precious data, which complement instrumental and remote sensing observations to continuously cover the whole continent. Within these ice cores, water stable isotopes are commonly used to quantify past changes in local temperature.This PhD thesis was initiated within the French Agence Nationale de la Recherche “Improving the Accurancy of SUrface Mass balance of Antarctica” (ASUMA) project, which aims to reconstruct and to identify the processes controlling the spatio-temporal variability of the surface mass balance (SMB) in Adélie Land. I used water stable isotopes records from recently drilled shallow firn cores, as well as atmospheric simulations performed with the high resolution atmospheric general circulation model ECHAM5-wiso model, equipped with water stable isotopes, atmospheric reanalyses and back-trajectories, instrumental and remote sensing climate observations.In a first part, I assessed the skills of the ECHAM5-wiso with respect to Antarctic temperature, SMB, δ18O and deuterium excess (hereafter d-excess), as a prerequisite for the exploitation of the model to interpret isotope compositions. I developed Antarctic-wide diagnostics of the δ18O-temperature and d-excess- δ18O relationships, showing differences in the spatial, seasonal and interannual δ18O-temperature slopes. Within the international working group of PAGES (Past Global Changes) Antarctica 2k, I used the calibrations inferred from ECHAM5-wiso to reconstruct temperatures over 7 Antarctic regions from a synthesis of ice core δ18O records spanning the past 2,000 years.In a second part, new water stable isotope records from two firn core drilled in Adélie Land, the S1C1 and the TA192A, were investigated, covering the periods 1947-2007 and 1998-2014 respectively. The reconstructed SMB display a high spatial variability (74.1 ± 14.1 cm w.e. y-1 and 21.8 ± 6.9 cm w.e. y-1 for the TA192A and S1C1 respectively), consistent with Adélie Land stake data. Using an updated database of Antarctic water stable isotope datasets, I showed that the mean isotopic values (δ18O and d-excess) in Adélie Land are in line with the range of Antarctic coastal values. Statistical analyses show no relationship between our records and local surface air temperature, at the inter-annual scale, but significant relationships with atmospheric back-trajectories and isotopic simulations, suggesting that water stable isotopes in Adélie Land provide fingerprints of the variability of atmospheric dynamics and moisture transport, at the seasonal and inter-annual scales.The analyses performed during this PhD thesis have been limited by the few available Adélie Land water stable isotope records, and by the lack of understanding of deposition and post-deposition processes. Further work is thus needed to exploit the new firn cores drilled within the ASUMA project, and to monitor continuously Adélie Land water stable isotopes in precipitation, surface water vapour and surface snow, in combination with tools of atmospheric simulations such as back-trajectory simulations provided with moisture sources diagnostics, as well as water stable isotopes-enabled atmospheric general and regional circulation models

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Sylla, Adama. "Variabilité inter-annuelle à décennale et réponse aux forçages anthropiques de l’upwelling sénégalo-mauritanien." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS675.

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Abstract:

La région océanique située au large des côte sénégalaises et mauritaniennes est l’une des zones le plus productives dans le monde en raison du système d’upwelling qui a lieu en hiver. Cette saisonnalité est très spécifique à cette région. Ce système d’upwelling se distingue donc des autres upwellings classiquement appelés upwelling de bord est (EBUSs: Eastern Boundary Upwelling Systems) tels que le système des Canaries, de la Californie, du Pérou-Chili et du Benguela et qui sont maximum en été. Le devenir de ces upwellings sous l’effet du changement climatique a récemment reçu beaucoup d’attention. Les premières études ont suggéré que leur intensité pourrait augmenter à l’avenir, mais les observations récentes ne permettent pas de dégager des preuves solides. Le système d’upwelling sénégalo-mauritanien est en grande partie exclu de ces études, malgré son rôle crucial pour le développement socio-économique des populations riveraines, dont la nourriture et le revenu dépendent fortement des ressources halieutiques. Dans ce contexte, cette thèse propose une caractérisation de la représentation de ce système dans les modèles de climat de la basse CMIP5 et de sa réponse sous l’effet de l’augmentation des gaz à effet de serre. Notre analyse est basée sur les caractéristiques de l’upwelling en termes de forçage du vent et de signature de la température de surface de la mer. Malgré une certaine diversité dans la capacité des modèles à représenter ce système d’upwelling, les résultats suggèrent que son intensité pourrait au contraire diminuer à l’avenir, principalement en raison de la réduction de la force du vent. D’autre part, cette thèse propose une première analyse de la variabilité inter-annuelle à décennale de l’intensité de ce système à partir de réanalyses. Les indices de caractérisation de l’intensité de l’upwelling ne sont pas toujours cohérents entre eux sur la période historique mais ils suggèrent une variabilité à l’échelle de temps décennale marquée. Le lien avec l’AMV n’est pas robuste, à la différence du lien avec l’intensité de la mousson au cours de la saison opposée. Le mécanisme liant ces deux systèmes est en partie expliqué par les modulations saisonnières de la position hivernale de la zone de convergence intertropicale
The oceanic region located off the Senegalese and Mauritanian coasts is one of the most productive one in the world ocean. This is due to the upwelling system, which occurs during the winter season in this region. This seasonality is very specific. In particular, it differs from the well-known upwelling systems located along the eastern coast of the tropical oceans but further poleward such as along Morocco and the Iberian peninsula, the Californian coast, the Peru-Chili and the Benguela. These upwelling systems are maximum in summer. Several studies have investigated their sensitivity to global warming. Early studies have suggested that their intensity may increase in the future, but recent observations do not clear give robust evidence of this behavior. The winter senegalo-mauritanian upwelling system has been largely excluded from these studies, in spite of its crucial role for the socio-economical development of the populations of the surrounding region, whose food and income strongly depend on the halieutic resources. In this context, this study proposes an evaluation of the representation of this system in the CMIP5 climate models, and its response to climate change. Our analysis is based on characteristics of the upwelling in terms of wind forcing and sea surface temperature signature. In spite of some diversity in the model’s ability to represent the senegalo-mauritanian upwelling system, the results suggest that its intensity may rather decrease in the future, primarily because of a reduction of the wind forcing. In a second hand we propose an analysis of the inter-annual to decadal variability of the intensity of the upwelling based on recent reanalyses. This study focuses on the link with the monsoon and with large scale climate modes such as the North Atlantic Oscillation (NAO), Atlantic Multi- decadal Oscillation (AMO). The link with the decadal variations of the West African Monsoon (WAM) during the opposite season is relatively clear. It is associated with anomalous trajectories of the ITCZ. The indices characterizing the upwelling are not always correlated with each other, showing that they are not yet very robust. They nevertheless indicate a marked variability at the decadal timescale partly associated with the AMO

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Moreau, Melanie. "Variabilité climatique centre/est Pacifique au cours du dernier millénaire reconstruite à partir d’analyses géochimiques sur des coraux massifs." Thesis, Bordeaux, 2014. http://www.theses.fr/2014BORD0213/document.

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Abstract:

L’océan Pacifique est le siège de variabilités climatiques interannuel et multi-décennale, El Niño Southern Oscillation (ENSO) et la Pacific Decadal Oscillation (PDO), dont les répercussions (via des téléconnections) peuvent être mondiales. Des impacts importants sur les populations, les activités socio-économiques et sur l’environnement ont été attribuées à ENSO. Il est alors primordial d’améliorer notre compréhension de la dynamique Pacifique et notamment du phénomène ENSO ainsique son évolution sous l’effet du changement climatique.Les mesures géochimiques (Sr/Ca et 818O) réalisées sur les coraux constituent des enregistrements paléoclimatiques de choix pour l’étude de l’évolution d’ENSO et sont essentielles pour mettre en perspective la dynamique actuelle du climat par rapport à sa dynamique passée. Après avoir évaluer la robustesse du paléothermomètre géochimique corallien (Sr/Ca), cette thèse a permis la reconstruction de température de surface océanique (SST) à partir de coraux de l’atoll de Clipperton (Pacifique tropical Est) et de l’archipel des Marquises (Pacifique tropical centre) couvrantplusieurs parties du dernier millénaire. Nos résultats suggèrent que la structure spatiale d’ENSO étaitplutôt stable au cours des deux derniers siècles, montrant majoritairement une structure de type ENSOcanonique (Est Pacifique) par opposition à l’ENSO Modoki (centre Pacifique). Bien qu’encore débattue, cette structure spatiale pourrait avoir évoluée très récemment, en liaison avec le changement climatique global (et cela pourrait continuer dans le futur). A l’échelle décennale, nos deux zones d’étude (centre et Est Pacifique) sont influencées par la PDO.Les résultats de cette thèse tendent également à suggérer que l’activité d’ENSO actuelle (sous l’effet du forçage anthropique) n’est pas atypique à l’échelle du dernier millénaire. En effet, son intensité et sa fréquence étaient plus fortes au début du petit âge glaciaire (LIA, 16ème siècle). La comparaison deces résultats avec un ensemble de simulations climatiques (PMIP3) montre que la variabilité ENSO estbien reproduite par ces modèles climatiques mais qu’ils échouent à reproduire correctement l’état moyen des températures du Pacifique
The Pacific Ocean is the place of interannual and multi-decadal climate variabilities, namely the El Niño Southern Oscillation (ENSO) and the Pacific Decadal Oscillation (PDO). There can have globals impacts via teleconnections. Major impacts on populations, economic and environmental activitieshave been attributed to ENSO. It is therefore essential to improve our understanding of the Pacificdynamic, particularly ENSO activity and its evolution under recent climate change.Geochemical measurements (Sr/Ca and 818O) performed on corals are relevant paleoclimatic records for studying the evolution of ENSO and are essential to put into perspective the current climatedynamic in comparison to past climate.After an evaluation of the robustness of the coral geochemical paleothermometer (Sr/Ca), we present the reconstruction of sea surface temperature (SST) from Eastern tropical Pacific coral (Clippertonatoll) and central tropical Pacific coral (Marquesas archipelago) covering several parts of the last millennium. Our results suggest that ENSO spatial pattern was relatively stable over the past two centuries, mainly indicating an eastern Pacific ENSO pattern (canonical) in comparison to the centralPacific ENSO (Modoki). Although still debated, this spatial pattern could have recently changed dueto global climate change (and this could continue in the future). At the decadal timescale, both studiedareas (central and eastern Pacific) are influenced by the PDO.The results of this Phd thesis also suggest that the present day ENSO activity (under the influence ofanthropogenic forcing) is not atypical throughout the last millennium. The intensity and frequency of ENSO were stronger in the early Little Ice Age (LIA, 16th century). These results are compared withan ensemble of climate simulations (PMIP3) and indicate that ENSO variability is correctly reproduced by numerical climate models but that these models fail to correctly reproduce the mean temperature state of the Pacific

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Savean, Marie. "Modélisation hydrologique distribuée et perception de la variabilité hydro-climatique par la population du bassin versant de la Dudh Koshi (Népal)." Thesis, Montpellier 2, 2014. http://www.theses.fr/2014MON20222/document.

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Abstract:

Les ressources en eau de l'Himalaya, vitales pour 800 millions de personnes, proviennent majoritairement de la mousson et de la fonte de la cryosphère. L'impact du changement climatique sur ces ressources, particulièrement important dans cette région selon le GIEC (2007), est un questionnement majeur à l'échelle de la chaîne himalayenne. Dans ce contexte, la quantification des composantes pluviales, nivales et glaciaires du bilan hydrologique est primordiale. A cet effet, un modèle hydrologique conceptuel distribué (HDSM) a été développé pour estimer la répartition de ces composantes dans les écoulements de la rivière Dudh Koshi de 2001 à 2005. Son bassin versant (3 700 km²), dont le point culminant est le Mont Everest, est situé à l'est du Népal. Les surfaces enneigées, calées à partir de données satellitaires, ainsi que les débits, sont correctement simulés par le modèle. Toutefois, le facteur de fonte glaciaire est surestimé, entrainant une composante glaciaire d'environ 60% des débits annuels, contre 5% selon la littérature. Cette surestimation compense une sous-estimation significative des précipitations, notamment solides. Après une correction des précipitations, les composantes pluviale, nivale et glaciaire expliquent respectivement, 63%, 9% et 29% des débits annuels de la Dudh Koshi sur la période 20012005. Pour compléter cette modélisation, les perceptions de la population sur les variations hydro-climatiques, obtenues à partir d'enquêtes dans les villages, ont été comparées aux données quantitatives utilisées et simulées par le modèle HDSM de 1977 à 2007. Cette comparaison la sous-estimation des précipitations solides. Les résultats mettent aussi en évidence une diminution significative des précipitations (totales, liquides et solides) en décembre, et une augmentation significative, non perçue par la population, des températures annuelles mesurées sur les 30 dernières années. Les deux approches, par modélisation et par enquêtes, soulignent les incertitudes importantes des données hydro-climatiques du bassin versant de la Dudh Koshi. Ces incertitudes limitent la compréhension des processus hydro-nivoglaciaires et l'estimation des impacts du changement climatique sur la ressource en eau de ce bassin. Les perceptions, bien qu'elles soient également associées à des incertitudes, apportent des informations complémentaires cruciales pour améliorer ces connaissances et la critique des données quantitatives de ce milieu de haute montagne himalayenne
The Himalayan water resources, vital for 800 millions of people, come mainly from the monsoon and from the melting of the cryosphere. The impact of the climate change on these resources, especially significant in the area, is a major issue in the Himalayan range. In this context, the assessment of the rainfall, snowmelt and icemelt components of the water balance is crucial. Consequently, a distributed conceptual hydrological model (HDSM) was developed to estimate the contribution of each component to the Dudh Koshi River flows from 2001 to 2005. The Dudh Koshi River basin (3 700 km²), with the Mount Everest as highest peak, is located in Eastern Nepal. The snow cover areas, calibrated with satellite data, and as well as the runoff are correctly simulated by the model. Nevertheless, the ice degree-day factor is overestimated, leading to an icemelt contribution around 60% of annual discharge, against 5% in the literature. This overestimation offsets a significant underestimation of precipitation, especially solid precipitation. After a correction of the precipitation, the contributions of rainfall, snowmelt and icemelt represent respectively 63%, 9%, and 29% of the Dudh Koshi annual discharge from 2001 to 2005. To complete this modeling, perceptions of the population on the hydro-climatic variability, obtained by interviews in the villages, were compared to the quantitative data used and simulated by the model HDSM from 1977 to 2007. This comparison confirms the underestimation of precipitation, especially solid. These results also show a significant decrease of precipitation in December and a significant increase, not perceived by population, of the measured annual temperature on the last thirty years. Both approaches by modeling and interviews highlight large uncertainties on the hydro-climatic data of the Dudh Koshi River basin. These uncertainties limit the understanding of hydrological and cryospheric processes and the assessment of climate change impacts on the water resources of this basin. Although they are also uncertain, the perceptions bring crucial complementary information to improve this knowledge and the analysis of the quantitative data of this high mountain Himalayan area

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Qasmi, Saïd. "Sensibilité du climat européen à la variabilité multidécennale de l'Atlantique Nord." Thesis, Toulouse 3, 2018. http://www.theses.fr/2018TOU30367.

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Abstract:

La tendance au réchauffement d'origine anthropique observée au cours du XXè siècle en Europe est ponctuée par des fluctuations expliquées en partie par la variabilité interne du climat. Les mécanismes physiques entre la Variabilité Atlantique Multidécennale (AMV), dont la composante interne module une partie de la variabilité atmosphérique, et le climat européen sont étudiés dans cette thèse. Une étude des modèles climatiques montre une grande diversité dans la simulation de la téléconnexion entre l'AMV et la température estivale en Europe. La sous-estimation moyenne de son intensité par rapport aux observations contribue notamment à expliquer les incertitudes qui entachent les prévisions décennales du climat. Des expériences numériques utilisées pour isoler les mécanismes d'influence de l'AMV sur le climat européen indiquent que l'AMV est susceptible de significativement moduler la température, les précipitations et l'occurrence d'événements extrêmes, en hiver et en été
The anthropogenic warming trend observed during the 20th century in Europe is characterized by fluctuations, which are partly explained by internal climate variability. The physical mechanisms between the Atlantic Multidecadal Variability (AMV, whose internal component contributes to shape atmospheric variability), and the European climate are investigated in this thesis. A comprehensive study of climate models shows a great diversity in the simulation of the teleconnection between the AMV and European summer temperature. The underestimation of its intensity relative to the observations contributes to explain the uncertainties within the decadal climate predictions. Numerical experiments used to assess the mechanisms of influence of the AMV on the European climate indicate that the AMV is likely to significantly modulate temperature, precipitation and the occurrence of extreme events in winter and summer

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Darmaraki, Sofia. "Canicules océaniques en Méditerranée : détection, variabilité passée et évolution future." Thesis, Toulouse 3, 2019. http://www.theses.fr/2019TOU30072.

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Abstract:

L'objectif principal de ce travail de thèse est d'étudier la variabilité passée et l'évolution future des épisodes de températures océaniques anormalement chaudes en Méditerranée. Ces évènements, appelés canicules océaniques ou Marine Heatwaves en anglais (MHW), sont connues pour exercer une pression considérable sur les écosystèmes marins et les pêcheries associées un peu partout dans le monde. Nous proposons une nouvelle méthode de détection automatique des MHWs d'été basée sur le 99ème centile de la température quotidienne de la surface de la mer (TSM) en climat présent et tenant compte de la diversité géographique de la zone. La probabilité d'occurrence des MHWs et leurs caractéristiques spatio-temporelles sont ensuite étudiées. D'autres indicateurs intégrés tels que la durée, l'intensité, l'extension spatiale maximale ou la sévérité permettent de compléter la description des MHWs. Au cours de cette thèse et en fonction des applications, la méthode de détection est appliquée à différents types de données : observations in-situ aux bouées, produit satellitaire et différents modèles haute résolution et couplés haute fréquence du système climatique régional (RCSMs pour Regional Climate System Model en anglais) y compris le nouveau modèle CNRM-RCSM6 et l'ensemble Med-CORDEX multi-modèle (5) et multi-scénarios (3). L'algorithme de détection est d'abord testé sur la MHW de 2003 afin de montrer qu'il est peu sensible aux différents paramètres de réglage. L'évaluation des simulations rétrospectives et historiques montrent que les RCSMs sont capables dans l'ensemble de bien reproduire l'occurrence et les caractéristiques des MHWs observées par satellite. Nous étudions ensuite la variabilité passée des MHWs de surface (1982-2017) ainsi que leurs facteurs explicatifs en utilisant le modèle CNRM-RCSM6. Nous examinons, leurs caractéristiques entre 20-55 m de profondeur, là où la plupart des mortalités de masse liées au stress thermique des écosystèmes méditerranéens ont été observées dans le passé. L'analyse indique une augmentation de la durée et de l'intensité des évènements de surface au fil du temps, tandis que les MHWs de 2003, 2012 et 2015 sont détectées comme les évènements les plus sévères de la période. Par ailleurs, pour la canicule 2003 des différences importantes dans la contribution des échanges air-mer et de la diffusion vertical de chaleur sont mis en évidence pour les différents sous-bassins méditerranéens. Nous montrons également que la tension de vent joue un rôle clé sur l'intensité des anomalies de température en surface ainsi que leur propagation verticale. Enfin, nous utilisons l'ensemble Med-CORDEX de RCSMs pour évaluer l'évolution future des MHWs dans la région sur la période 1976-2100. Nos résultats suggèrent des évènements plus longs et plus sévères au fur et à mesure que le réchauffement climatique s'intensifie. D'ici à 2100 et dans le cadre du scénario le plus pessimiste (RCP8.5), les simulations projettent au moins une MHW de longue durée chaque année, jusqu'à 3 mois plus longue, environ 4 fois plus intense et 40 fois plus sévère que les évènements actuels. On s'attend à ce qu'elles se produisent entre juin et octobre, affectant au plus fort de leur extension l'ensemble du bassin. Cette évolution s'explique principalement par une augmentation de la TSM moyenne, mais l'augmentation de la variabilité quotidienne de la TSM joue également un rôle notable. Jusqu'au milieu du 21ème siècle, les caractéristiques des MHWs augmentent indépendamment du choix du scénario d'émission, dont l'influence devient plus évidente à la fin de la période. Enfin, l'analyse individuelle des modèles révèle différentes familles de réponses au changement climatique. Ces différences s'expliquent plus probablement par le choix du modèle global forçant, plutôt que par les biais individuels des modèles régionaux
The Mediterranean Sea is considered a "Hot Spot" region for future climate change and depending on the greenhouse emission scenario, the annual mean basin sea surface temperature (SST) is expected to increase from +1.5 °°C to +3 °°C at the end of the 21st century relative to present-day. This significant SST rise is likely to intensify episodes of extreme warm ocean temperatures in the basin, named as Marine heatwaves (MHWs), that are known to exert substantial pressure on marine ecosystems and related fisheries around the world. In this context, the main aim of this PhD work is to study the past variability and future evolution of MHWs in the Mediterranean Sea. We propose a detection method for long lasting and large-scale summer MHWs, using a local, climatological 99th percentile threshold, based on present-climate daily SST. MHW probability of occurrence and characteristics in terms of spatial variability and temporal evolution are then investigated, using additional integrated indicators (e.g. duration, intensity, spatial extension, severity) to describe past and future events. Within the PhD and depending on the applications, the detection method is applied to various datasets : In-situ observation at buoys, high-resolution satellite product, various high- resolution and fully-coupled Regional Climate System Models including the recently developed CNRM-RCSM6 and the multi-model (5), multi-scenario (3) Med-CORDEX ensemble. The detection method is first tested on the 2003 MHW in order to assess its sensitivity to various tuning parameters. We conclude that its characterization is partly sensitive to the algorithm setting. Hindcast and historical mode simulations show that models are able to capture well observed MHW characteristics. We then assess past surface MHW variability (1982-2017) and their underlying driving mechanisms using the CNRM-RCSM6 model. We examine their characteristics from surface to 55m depth, where most thermal stress-related mass mortalities of Mediterranean ecosystems have been observed in the past. The analysis indicates an increase in duration and intensity of surface events with time, while MHWs of 2003, 2012 and 2015 are identified as the most severe events of the period. In particular, an anomalous increase in shortwave radiation and a lower-than-normal vertical diffusion and latent heat loss appeared to be responsible for the development of the MHW 2003, with wind playing a key role in the intensity of temperature anomalies at the sea surface. Differences on the dominant forcing, however, are sometimes evident in the different subbasin.We finally use the Med-CORDEX RCSM ensemble to assess the future MHW evolution in the basin over 1976-2100. Our results suggest longer and more severe events with higher global-warming rates. By 2100 and under RCP8.5, simulations project at least one long- lasting MHW every year, up to 3 months longer, about 4 times more intense and 42 times more severe than present-day events. Their occurrence is expected between June-October affecting at peak the entire basin. Their evolution is found to mainly occur due to an increase in the mean SST but an increase in daily SST variability plays also a noticeable role. Up to mid-21st century MHW characteristics rise independently of the choice of the emission scenario, whose influence becomes more evident by the end of the period

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Lecerf, Rémi. "Suivi des changements d'occupation et d'utilisation des sols d'origine anthropique et climatique à l'échelle régionale par télédétection moyenne résolution (application à la Bretagne)." Phd thesis, Université Rennes 2, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00337099.

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Abstract:

Les données de télédétection disponibles jusqu'à présent ne permettaient pas d'envisager un suivi spatio-temporel détaillé de l'occupation et de l'utilisation des sols à l'échelle régionale dans des régions au paysage très fragmenté, en raison de leur résolution temporelle trop faible ou de leur couverture spatiale trop limitée. Les objectifs de cette thèse étaient d'une part d'évaluer des séries temporelles d'images de télédétection à moyenne résolution spatiale pour effectuer ce type de suivi et d'autre part d'identifier et de caractériser les changements d'usage des terres en région agricole intensive à travers l'évolution de deux indicateurs, le taux de couverture hivernale des sols et le ratio céréales-prairies. Pour cela, des séries temporelles MODIS ont été constituées sur la région Bretagne entre 2000 et 2008. Une chaîne de prétraitements et de traitements complète a été mise en œuvre. Elle comprend des méthodes déjà utilisées sur des images de télédétection, mais qui ont dû être adaptées aux séries temporelles MODIS, et des méthodes originales, notamment pour la phase de reconstruction des séries temporelles. Les résultats montrent des tendances d'évolution comme la diminution des prairies au détriment des céréales ou l'augmentation de l'implantation d'intercultures. Ils mettent aussi en évidence des changements ponctuels comme l'augmentation des céréales en 2006 et 2008 et du maïs en 2001. Les principaux facteurs de changements d'occupation et d'utilisation agricole du sol, qui sont des conditions climatiques particulières ou des changements de pratiques agricoles en fonction du contexte politique ou socio-économique, ont été identifiés

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Fumière, Quentin. "Impact du changement climatique sur les précipitations extrêmes dans le sud-est de la France : apport des modèles résolvant la convection profonde." Thesis, Toulouse 3, 2019. http://www.theses.fr/2019TOU30239.

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Abstract:

Le pourtour méditerranéen, plus particulièrement le Sud-Est de la France, est affecté par des épisodes de pluies intenses pendant l'automne. Déterminer l'évolution future de ces événements est un enjeu scientifique et de société majeur. L'objectif de cette thèse est d'étudier, à très haute résolution spatiale et aux échelles climatiques, la représentation passée et l'évolution future de ces événements de pluies intenses. L'approche utilisée est basée sur l'analyse des simulations d'une famille de modèles de climat régionaux à convection profonde explicite (cprcms, 2-3 km) et sur l'exploitation d'une nouvelle base de données d'observations des précipitations kilométrique et horaire : comephore.L'évaluation des cprcms met en évidence une forte valeur ajoutée des cprcms par rapport aux rcms (Regional Climate Models) à convection paramétrée (12,5 km) pour la représentation des précipitations extrêmes quotidiennes et surtout horaires. Cette valeur ajoutée est robuste à des changements de configurations de cnrm-arome (version, domaine et modèle forceur). Il est également montré que cette valeur ajoutée est vérifiée dans 4 autres paires cprcm/rcm issues du programme cordex fps-convection. L'étude des effets du changement climatique à la fin du 21 ème siècle dans un scénario à forte émission de gaz à effet de serre à partir de simulations de 10 ans des quatre cprcms ne permet pas d'obtenir une évolution significative des précipitations extrêmes même sur le signe du changement attendu. Il est très probable que la variabilité naturelle du climat domine la réponse future des précipitations extrêmes sur des périodes de 10 ans. En revanche, une simulation de scénario de 30 ans avec cnrm-arome selon le scénario rcp8.5 pour la fin du siècle suggère une augmentation des précipitations extrêmes quotidiennes et surtout horaires sur les Cévennes et plus particulièrement sur le Roussillon où l'augmentation des précipitations horaires pourrait dépasser les 15% par degré de réchauffement. Par ailleurs, il a été montré que les cprcms peuvent nettement modifier la réponse des pluies au changement climatique simulées par les rcms à résolution standard. A l'avenir, des simulations d'au moins 30 ans semblent nécessaires pour obtenir des résultats robustes dans les exercices internationaux multi-modèles. Ce travail constitue la première exploitation scientifique intensive du modèle arome en mode climat. Les résultats obtenus ouvrent de nombreuses possibilités pour son usage futur pour étudier le climat à très haute résolution et en particulier les événements extrêmes
The Mediterranean region and more particularly the South-East of France are affected by intense rainfall episodes during the autumn. Determining the future evolution of these events is a major scientific and societal challenge. The objective of this PhD thesis is to study at very high resolution and at climate scales the past representation and future evolution of these intense rainfall events. The approach here is based on the analysis of simulations of a family of explicit deep convection regional climate models (cprcms, 2-3 km) and on the exploitation of a new database of kilometric and hourly precipitation observations : comephore. The evaluation of the cprcms revealed a high added-value of explicit convection models compared with parameterized convection models (12.5 km) for the representation of daily and especially sub-daily extreme precipitation. The robustness of this added value has been showed to changes in cnrm-arome configurations (version, domain and model driving).The added value was also verified in 4 other rcm/cprcm pairs from the cordex fps-convection program. The study of precipitation changes based on 10-year simulations of the four cprcms did not provide a significant response of change in extreme precipitation. It is very natural climate variability is likely to dominate the future response of extreme precipitation over periods of 10 years, which implies that even at the end of the 21st century and in a scenario with high green house-gases emissions, it is likely that some decades will be wetter and others less so than decades of the current climate. It is therefore necessary to extend the simulations to increase the robustness of multi-model results. In addition, the 10-year change results with cnrm-arome are not representative of the changes over 30 years. The 30-year scenario simulation with cnrm-arome according to the rcp8.5 projection for the end of the century suggests an increase in extreme daily and especially hourly precipitation in the Cévennes and more particularly in Roussillon (+15% per degree of warming). In scenario mode, it was possible to show that cprcms can significantly change the rain response to climate change simulated by standard resolution rcms. This work is the first intensive scientific exploitation of the arome model in climate mode. The results obtained open up many possibilities for its future use to study climate at very high resolution and in particular extreme events

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Bernardes, Parracho Ana Claudia. "Etude de la tendance et de la variabilité de la vapeur d'eau atmosphérique à l'aide de modèles de climat et d'observations du réseau GNSS mondial." Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066524/document.

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Abstract:

La vapeur d'eau est une composante clé du système climatique. Sa distribution et sa variabilité sont des sources d'incertitude dans les modèles climatiques. L'utilisation d'observations et des réanalyses des Contenus Intégrés en Vapeur d'Eau (CIVE) peut faciliter leur évaluation. Dans ce travail, des données CIVE-GPS retraitées du réseau mondial ont été utilisées pour la période 1995-2010. Afin d'évaluer les incertitudes et les inhomogénéités dans les séries GPS, une comparaison globale avec les données de réanalyse ERA-Interim a été faite. Un bon accord général a été trouvé sur les moyennes, la variabilité et les tendances ait été trouvé. Des interruptions et inhomogénéités ont été constatées dans les séries GPS, ainsi que les problèmes de représentativité dans les zones côtières et de topographie complexe. Dans ERA-Interim, des tendances trop fortes ont été constatées dans certaines régions. ERA-Interim a aussi été comparé avec d'autres réanalyses (MERRA-2, ERA-20C, 20CR), et des différences ont été trouvées dans les tendances de les CIVE sur l'Afrique, l'Australie et l'Antarctique. Enfin, les jeux de données CIVE-GPS et CIVE-ERA-Interim ont été utilisés pour évaluer quatre configurations du modèle de circulation générale atmosphérique LMDZ avec deux physiques, libres et guidées avec les vents d'ERA-Interim. Il a été trouvé que la nouvelle physique est plus humide aux latitudes tropicales. Sans guidage, pour les deux physiques, le modèle présente des difficultés à reproduire les tendances et la variabilité obtenues par GPS et par ERA-Interim. Cela confirme l'importance de la dynamique à grande échelle pour les tendances et la variabilité des CIVE
Water vapour is a key component of the Earth’s climate system, and its distribution and variability are sources of uncertainty in climate models. The use of long-term integrated water vapour (IWV) observations and reanalyses can help in their assessment. This work pioneered the use of reprocessed GPS IWV data for 1995-2010, converted from estimates of Zenith Total Delay. The conversion was assessed, with the goal of producing a high quality long-term IWV data set. Due to uncertainties in the GPS observations and homogeneity concerns, a global comparison with ERA-Interim reanalysis data was made. Although a general good agreement in means, variability and trends was found, issues in both data sets were highlighted. In GPS, gaps and inhomogeneities in the time series were evidenced, as well as representativeness differences in coastal areas and regions of complex topography. In ERA-Interim, too strong trends in certain regions were found. ERA-Interim was also compared with other reanalyses (MERRA-2, ERA-20C, 20CR), and differences were found in the IWV trends over Africa, Australia, and Antarctica. Finally, GPS and ERA-Interim IWV were used to assess four configurations of the LMDZ atmospheric general circulation model with two different physics and with or without nudging towards ERA-Interim wind fields. Impact of the model physics on the IWV mean was found, with the new physics being moister at tropical latitudes. Overall, the model free runs in both physics have difficulty reproducing the trends and variability observed in ERA-Interim and GPS. This is improved with the nudging, which confirms the importance of large-scale dynamics on IWV trends and variability

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Pacoureau, Nathan. "Influence de la variabilité climatique, de l’abondance de proies, de la densité-dépendance et de l'hétérogénéité individuelle chez des prédateurs supérieurs longévifs : de l’individu à la population." Thesis, La Rochelle, 2018. http://www.theses.fr/2018LAROS026/document.

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Abstract:

Une question fondamentale en écologie des populations est l’identification des facteurs influençant la dynamique d’une population. L’objectif principal de cette thèse est de déterminer quelles sont les réponses démographiques et populationnelles de prédateurs marins supérieurs face aux fluctuations d’abondance de leurs proies, aux variations climatiques, à la densité-dépendance tout en tenant compte de l’hétérogénéité inter et intra-individuelle (âge, expérience, sexe, qualité ou stratégie). Pour ce faire, nous nous baserons sur l’analyse de suivis à long-terme individuels et populationnels d’oiseaux marins longévifs et prédateurs apicaux phylogénétiquement très proches dans deux biomes contrastés : le labbe de McCormick Catharacta maccormicki sur l’archipel de Pointe Géologie en Antarctique et le labbe subantarctique Catharacta lonnbergi sur l’archipel des Kerguelen en milieu subantarctique. Nous tirerons parti d’estimations d’abondances de leurs proies respectives : le manchot Adélie Pygoscelis adeliae et le manchot empereur Aptenodytes forsteri en Antarctique, et le pétrel bleu Halobaena caerulea et le prion de Belcher Pachyptila belcheri à Kerguelen. Ces jeux de données offrent une opportunité unique de pouvoir déterminer et quantifier simultanément les différentes sources de variabilité dans les changements de taille de populations naturelles occupant l’un des niveaux trophiques les plus élevés des réseaux alimentaires antarctiques et subantarctiques. Nous avons mis en évidence de la variation dans plusieurs traits vitaux des deux populations influencées par les performances des individus et de l’hétérogénéité individuelle latente. Nous discutons des mécanismes par lesquels la variabilité climatique, l’abondance de proie et la densité de population peuvent affecter différentiellement les différentes classes d’âges de chaque trait vital, et les conséquences potentielles de futurs changements environnementaux
A fundamental endeavor in population ecology is to identify the drivers of population dynamics. The main objective of this thesis is to determine what are the demographic and population responses of superior marine predators to the fluctuations of their prey abundance, to climatic variations, to density-dependence while taking into account inter and intra individual heterogeneity (age, experience, sex, quality or strategy). To do this, we analysed long-term individual and population-based monitoring of long-lived seabirds and phylogenetically close apical predators in two contrasting biomes: the south polar skua Catharacta maccormicki at Pointe Géologie archipelago, Antarctica, and the brown skua Catharacta lonnbergi on the sub-Antarctic Kerguelen Archipelago. We will use direct abundance of their respective prey: Adélie penguin Pygoscelis adeliae and emperor penguin Aptenodytes forsteri in Antarctica, and the blue petrel Halobaena caerulea and the thin-billed prion Pachyptila belcheri prion in Kerguelen islands. These datasets provide a unique opportunity to simultaneously disentangle and quantify the different sources of variability driving variation in natural populations occupying one of the highest trophic levels of the Antarctic and sub-Antarctic food webs. We found variation in several vital traits of both populations influenced by individual performance and latent individual heterogeneity. We discuss the mechanisms by which climatic variability, prey abundance, and population density can differentially affect the different age classes of each age class, and the potential consequences of future environmental changes

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Hublart, Paul. "Exploring the use of conceptual catchment models in assessing irrigation water availability for grape growing in the semi-arid Andes." Thesis, Montpellier, 2015. http://www.theses.fr/2015MONTS181.

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Abstract:

La thèse explore l’utilisation de modèles hydrologiques globaux pour estimer la disponibilité en eau agricole dans le contexte des Andes chiliennes semi-arides. Dans cette région, l’approvisionnement en eau des cultures irriguées de fonds de vallée durant l’été dépend de précipitations se produisant sous forme de neige à haute altitude lors de quelques évènements hivernaux. L’influence des phénomènes ENSO et PDO induit par ailleurs une forte variabilité climatique à l’échelle inter-annuelle, marquée par l’occurrence d’années extrêmement sèches ou humides. La région connaît aussi depuis les années 1980 une progression importante de la viticulture irriguée. Afin de prendre en compte les variations saisonnières et inter-annuelles de la disponibilité et de la consommation en eau d’irrigation, une chaîne de modélisation intégrée a été développée et différentes méthodes de quantification/réduction des incertitudes de simulation ont été mises en œuvre. Les écoulements naturels ont été simulés avec un modèle hydrologique global de type empirique/conceptuel prenant en compte les processus d’accumulation et d’ablation de la neige. En parallèle, les besoins en eau d’irrigation ont été estimés à l’échelle du bassin à partir de modèles phénologiques orientés processus et d’une approche simple du bilan hydrique du sol. Dans l’ensemble, une approche holistique et parcimonieuse a été privilégiée afin de maintenir un niveau d’abstraction mathématique et de représentation des processus équivalent à celui des modèles de bassin couramment utilisés. Afin d’améliorer l’utilité et la fiabilité des simulations obtenues en contexte de changement ou de forte variabilité climatique, l’effet des températures extrêmes sur le développement des cultures et l’impact des pertes en eau par sublimation à haute altitude ont fait l’objet d’une attention particulière. Ce cadre de modélisation conceptuel a été testé pour un bassin typique des Andes semi-arides (1512 km2, 820–5500 m a.s.l.) sur une période de 20 ans incluant une large gamme de conditions climatiques et des pratiques agricoles non-stationnaires (évolution des variétés de vigne, des surfaces et modes d’irrigation, etc). L’évaluation des modèles a été réalisée dans un cadre bayésien en faisant l’hypothèse d’erreurs auto-corrélées, hétéroscédastiques et non-gaussiennes. Différents critères et sources de données ont par ailleurs été mobilisés afin de vérifier l’efficacité et la cohérence interne de la chaîne de modélisation ainsi que la fiabilité statistique et la finesse des intervalles de confiance obtenus. De manière alternative, une caractérisation des erreurs de structure et de l’ambiguïté propre au choix du modèle hydrologique a été réalisée de manière non-probabiliste à partir d’une plate-forme de modélisation modulaire. Dans l’ensemble, la prise en compte explicite de la consommation en eau des cultures a mis en valeur certaines interactions entre paramètres hydrologiques et permis d’améliorer la fiabilité des simulations hydrologiques en année sèche. Finalement, une étude de sensibilité à différents seuils d’augmentation de la température et de la concentration en CO2 a été effectuée afin d’évaluer l’impact potentiel des changements climatiques sur le comportement de l’hydrosystème et la capacité à satisfaire la demande en eau d’irrigation dans le futur
This thesis investigates the use of lumped catchment models to assess water availability for irrigation in the upland areas of northern-central Chile (30°S). Here, most of the annual water supply falls as snow in the high Cordillera during a few winter storms. Seasonal snowpacks serve as natural reservoirs, accumulating water during the winter and sustaining streams and aquifers during the summer, when irrigation demand in the cultivated valleys is at its peak. At the inter-annual timescale, the influence of ENSO and PDO phenomena result in the occurrence of extremely wet and dry years. Also, irrigated areas and grape growing have achieved a dramatic increase since the early 1980s. To evaluate the usefulness of explicitly accounting for changes in irrigation water-use in lumped catchment models, an integrated modeling framework was developed and different ways of quantifying/reducing model uncertainty were explored. Natural streamflow was simulated using an empirical hydrological model and a snowmelt routine. In parallel, seasonal and inter-annual variations in irrigation requirements were estimated using several process-based phenological models and a simple soil-water balance approach. Overall, this resulted in a low-dimensional, holistic approach based on the same level of mathematical abstraction and process representation as in most commonly-used catchment models. To improve model reliability and usefulness under varying or changing climate conditions, particular attention was paid to the effects of extreme temperatures on crop phenology and the contribution of sublimation losses to water balance at high elevations. This conceptual framework was tested in a typical semi-arid Andean catchment (1512 km2, 820–5500 m a.s.l.) over a 20–year simulation period encompassing a wide range of climate and water-use conditions (changes in grape varieties, irrigated areas, irrigation techniques). Model evaluation was performed from a Bayesian perspective assuming auto-correlated, heteroscedastic and non-gaussian residuals. Different criteria and data sources were used to verify model assumptions in terms of efficiency, internal consistency, statistical reliability and sharpness of the predictive uncertainty bands. Alternatively, a multiple-hypothesis and multi-criteria modeling framework was also developed to quantify the importance of model non-uniqueness and structural inadequacy from a non-probabilistic perspective. On the whole, incorporating the effects of irrigation water-use led to new interactions between the hydrological parameters of the modeling framework and improved reliability of streamflow predictions during low-flow periods. Finally, a sensitivity analysis to changes in climate conditions was conducted to evaluate the potential impacts of increasing temperatures and atmospheric CO2 on the hydrological behavior of the catchment and the capacity to meet future water demands

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Somot, Samuel. "Modélisation climatique du bassin méditerranéen : variabilité et scénarios de changement climatique." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00165252.

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Abstract:

Les flux air-mer, la convection profonde et la cyclogénèse sont étudiés en Méditerranée
grâce au développement d'un modèle régional couplé (AORCM). Il reproduit correctement
ces processus et permet de quantifier et d'étudier leur variabilité climatique. Le couplage
régional a un impact significatif sur le nombre de cyclogénèses intenses en hiver et sur
les flux et précipitations associés. Il simule une variabilité interannuelle plus faible qu'en
mode forcé pour les flux et la convection et permet de comprendre les rétroactions
qui la pilotent. L'impact régional d'un scénario climatique est analysé avec les modèles
non-couplés : le nombre de cyclogénèses diminue, les pluies associées augmentent au
printemps et en automne et diminuent en été. En outre, la Méditerranée se réchauffe,
se sale et sa circulation thermohaline s'affaiblit fortement. Cette thèse conclut de plus à
la nécessité des AORCMs pour étudier l'impact du changement climatique en Méditerranée.

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Trolliet, Mélodie. "Développement d’une méthodologie pour l’évaluation de l’incidence des variabilités interannuelles et de plus long-terme de la ressource solaire sur l’analyse de risque financier d’un projet de centrale solaire photovoltaïque." Thesis, Université Paris sciences et lettres, 2020. http://www.theses.fr/2020UPSLM040.

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Abstract:

Cette thèse se propose de contribuer à la caractérisation des variations de long terme de l’éclairement, dans un contexte d’analyse de risque financier de grandes centrales solaires photovoltaïques. L’utilisation d’indicateurs statistiques (e.g. P90) et de l’hypothèse de stationnarité temporelle de l’éclairement a été questionnée. Cela a mené à une caractérisation fine des variations de long terme de l’éclairement grâce à un outil de décomposition temps-fréquence développé au cours de cette thèse. Nous avons distingué trois classes de variabilité : la variabilité intra-annuelle, la variabilité annuelle à décennale, et la variabilité multi-décennale. Pour la première classe, l’utilisation de quatre ans de données historiques est suffisante pour prendre en compte de manière correcte l’ensemble des variations de l’éclairement. Pour la seconde classe, l’utilisation de 30 années de données historiques est recommandée. Pour la variabilité multi-décennale, l’utilisation de plus de 30 années de données est préconisée. Les trois classes de variabilité ont été analysées pour des bases de données de natures diverses : mesures de long terme du réseau GEBA, données satellitales CLARA-A2, données de ré-analyse MERRA-2, et données issues du modèle climatique IPSL-CM6A-LR. Une grande diversité des structures de variabilité en fonction de la base de données considérée a été observée
This PhD thesis proposes to contribute to the characterization of long-term variations in irradiance, in a context of financial risk analysis of large solar photovoltaic power plants. The use of statistical indicators (e.g. P90) and the hypothesis of temporal stationarity of the irradiance has been questioned. This led to a fine characterization of the long-term variations of the irradiance thanks to a time-frequency decomposition tool developed during this thesis. We distinguished three classes of variability: intra-annual variability, annual to decadal variability, and multi-decadal variability. For the first class, the use of four years of historical data is sufficient to correctly take into account all the variations in irradiance. For the second class, the use of 30 years of historical data is recommended. For multi-decadal variability, the use of more than 30 years of data is encouraged. The three classes of variability have been analyzed for various types of databases: long-term measurements from the GEBA network, CLARA-A2 satellite data, MERRA-2 re-analysis data, and data from the IPSL-CM6A-LR climate model. A great diversity of variability structures according to the database considered was observed

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Badameli, Kossi Simvèilé Mondomsiba. "La variabilité climatique et la production agricole au Togo." Bordeaux 3, 1996. http://www.theses.fr/1996BOR30041.

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Abstract:

Le climat actuel du togo connait une crise d'assechement depuis les annees 1970. Cette crise a commence par une premiere phase aigue de deficits pluviometriques en 1972-73. Le record de secheresse est connu en 1977 au togo meridional et 1983 au togo septentrional. La correspondance entre les plaines et la chaine atakorienne au niveau des oscillations climatiques n'est donc pas parfaite. Quant a la pluviosite mensuelle, sa modification remonte aux annees 1960. Celle-ci se traduit par un report sur les mois de juin a aout de la pluviometrie des mois d'octobre a novembre. Cette modification pose le probleme de l'adaptation des systemes paysans a ces conditions nouvelles et compromet les chances de succes des programmes de developpement agricole. Les rendements agricoles sont relativement bas et variables d'une annee a l'autre ; le regime pluviometrique tres aleatoire etant principalement responsable de cette situation. Le rayonnement solaire recu et la temperature etant assez eleves ces deux parametres ne constituent pas des facteurs limitant la production
The present climate in togo is one characterised by a drought crisis which dates back to the 70s. It started with by a first sharp phase of pluviometric deficits in 1972-73. Southern togo had its drought in 1977 and northern togo in 1983. This shows, therefore, that plains and atakora mountains have different and varying climatic oscillations. We see a change in the repartition of the seasonal rainfall since the beginning of the 60s. Rainfall for the second season is transferred to the first season. This change, as well as the introduction of new plants, present a serious problem of adaptation of peasant farming methods to new conditions and make the numerous agricultural development programmes fail. Generatly, production is relatively low and varies year after yaer. Such a situation is mainly due to the very uncertain precipitation. Sunshine and temperatives are quite high. These two parameters are not factors which limit production

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Arzel, Olivier. "Mécanismes de variabilité climatique interdécennale dans des modèles idéalisés." Brest, 2004. http://www.theses.fr/2004BRES2008.

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Abstract:

Plusieurs observations in-situ et satellitales montrent des variations prononcées de la température de surface de la mer (SST) sur des échelles de temps décennales à interdécennales dans l'Atlantique nord. A l'aide de modèles idéalisés purement océaniques ou couplés océan-atmosphère, nous étudions les mécanismes pouvant mener à de telles variations. Nous nous concentrons sur la partie éventuellement prévisible du système climatique. Notre étude se décompose en trois parties. Tout d'abord nous nous intéressons à la variabilité décennale impliquant uniquement les interactions entre les vents de surface et la circulation poussée par les vents dans un modèle couplé très simple. Nous mettons en évidence un mode couplé actif, et concluons qu'il n'est pas réaliste. La voie naturelle est ensuite de considérer la dynamique de la circulation thermohaline Atlantique à travers un modèle océanique 3D idéalisé à basse résolution. En analysant principalement les sources de variance de densité et la structure des perturbations, nous mettons en évidence les caractéristiques fondamentales à deux types de variabilité interdécennale associés à un forçage air-mer constant et aux conditions mixtes (rappel sur la SST et flux d'eau douce constant) dans le but de les différencier. Ce type d'approche devrait permettre d'identi. Er quel type de variabilité, flux ou mixte (s'il y a), est à l'oeuvre dans des modèles couplés plus complexes et plus réalistes. La dernière partie de notre étude s'attache à examiner la robustesse des oscillations précédentes dans un modèle couplé simplifié, avec une atmosphère axisymétrique dynamique résolvant un cycle hydrologique interactif. A l'aide des diagnostiques précédemment définis, nous montrons que la variabilité interdécennale, qui émerge spontanément, est un mode purement océanique forcé par des flux air-mer constants de chaleur et d'eau douce. Malgré la simplicité des modèles utilisés dans cette thèse, nous espérons reproduire une partie de la variabilité interdécennale observée.

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Espinoza, Villar Jhan Carlo. "Impact de la variabilité climatique sur l'hydrologie du bassin amazonien." Paris 6, 2009. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00379116.

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Abstract:

La variabilité hydro-climatique du bassin amazonien est analysée pour la première fois à partir de données in situ provenant de cinq pays, pendant les 40 dernières années. Une diminution des débits d’étiage et le maintien de forts débits de crues dans le cours principal de l’Amazone, en particulier depuis le début des années 1990, sont liées à une forte diminution des pluies et des débits annuels dans le sud-ouest du bassin et à une augmentation des pluies et des crues dans le nord-ouest, c’est-à-dire essentiellement à la variabilité des régions andines. Pour expliquer la variabilité hydrologique nous avons recours à des indices océano-atmosphériques et aux types de temps en Amérique du Sud tropicale. Ceux-ci sont définis au moyen des données de réanalyses ERA40 et d’une méthode neuronale. Ils sont liés principalement au passage de perturbations extratropicales qui modifient l’orientation des flux méridiens à l’est des Andes et font alterner convergence et divergence dans le sud-ouest et le nord-ouest du bassin.

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Espinoza, Jhan Carlo. "Impact de la variabilité climatique sur l'hydrologie du bassin amazonien." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00379116.

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Abstract:

La variabilité hydro-climatique du bassin amazonien pendant les 40 dernières années est analysée pour la première fois à partir de données /in situ/ provenant de la totalité du bassin amazonien. L'importance des régions andines dans la variabilité pluriannuelle de l'hydrologie est mise en évidence. Ainsi, une diminution des débits d'étiage et le maintien de forts débits de crues dans le cours principal de l'Amazone, en particulier depuis le début des années 1990, sont liées à une forte diminution des pluies et des débits annuels dans le sud-ouest du bassin et à une augmentation des pluies et des crues dans le nord-ouest.
L'explication de la variabilité hydrologique fait appel à des indices océano-atmosphériques mensuels et à des types de temps quotidiens. Ceux-ci sont définis pour l' Amérique du Sud tropicale au moyen des données de réanalyses ERA40 et d'une méthode neuronale. Les caractéristiques et la succession des types de temps sont liées principalement au passage de perturbations extratropicales qui modifient l'orientation des flux méridiens à l'est des Andes et font alterner convergence et divergence dans le sud-ouest et le nord-ouest du bassin.
La fréquence des types de temps permet de reconstituer en partie les pluies et d'expliquer aussi bien la variabilité hydrologique aux pas de temps inter et pluri annuels que l'occurrence de crues et d'étiages exceptionnels.

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Ouzeau, Gaëlle. "Influence de la stratosphère sur la variabilité et la prévisibilité climatique." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00983111.

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Abstract:

Les moyennes et hautes latitudes de l'hémisphère nord sont caractérisées par une forte variabilité climatique en hiver, incluant l'occurrence d'évènements extrêmes tels que les vagues de froid ou les tempêtes, et présentent une faible prévisibilité aux échéances mensuelle à saisonnière dans les systèmes opérationnels. Un nombre croissant d'études montre qu'au delà du couplage océan-atmosphère, le couplage troposphère-stratosphère contribue également à la variabilité climatique à ces échelles de temps. Cette thèse vise à mieux comprendre l'influence de la stratosphère sur la variabilité climatique hivernale à nos latitudes, et à quantifier sa contribution potentielle à la prévisibilité climatique saisonnière en comparaison de la contribution océanique. Dans un premier temps, un état des lieux des connaissances sur le couplage troposphère-stratosphère est dressé et la variabilité inter-annuelle du vortex stratosphérique polaire est revisitée par le biais d'analyses composites sur la base des réanalyses atmosphériques du CEPMMT. Ensuite, les principaux outils de cette thèse sont présentés et validés, à savoir le modèle ARPEGE-Climat et la technique de " nudging " permettant de relaxer (guider) le modèle vers les réanalyses. Comme beaucoup de modèles, les versions 4 et 5 d'ARPEGE-Climat en configuration T63L31 simulent un vortex stratosphérique polaire nettement décalé vers le sud, ce qui peut avoir des conséquences négatives sur la variabilité simulée via la modification des interactions ondes-écoulement moyen. Si la faible résolution verticale dans la stratosphère est souvent mise en avant pour expliquer le manque de prévisibilité dans les modèles, nos travaux sur la version 5 d'ARPEGE-Climat montrent que l'augmentation de la résolution verticale et l'élévation du toit du modèle à 0.1 hPa ne suffisent pas pour obtenir un climat plus réaliste, que ce soit en termes d'état moyen, de variabilité ou de prévisibilité à l'échelle saisonnière. C'est pourquoi, tout au long de cette thèse, la technique de la relaxation de la stratosphère vers les réanalyses issues du CEPMMT a été exploitée afin de montrer, de manière idéalisée, sa forte influence sur la variabilité climatique hivernale aux extra-tropiques de l'hémisphère nord, par rapport au seul forçage par les températures de surface de la mer observées. L'étude des hivers 1976-1977 et 2009-2010 via la réalisation de simulations d'ensemble avec et sans nudging a permis de confirmer la contribution de la stratosphère à la phase négative de la NAO et aux fortes anomalies négatives de température observées sur l'Europe du nord. La généralisation des ensembles à la période 1958-2007 (avec initialisation au 1er Novembre) confirme l'impact positif du nudging extra-tropical mais montre un effet très limité du nudging équatorial qu'il conviendrait d'évaluer de manière plus précise en augmentant la taille des ensembles. Ainsi, si elle confirme l'importance de la stratosphère pour la prévision saisonnière hivernale à nos latitudes, cette thèse ouvre de nombreuses perspectives concernant les mécanismes qui sous tendent le couplage troposphère-stratosphère et l'intérêt d'une prévision statistico-dynamique consistant à relaxer le modèle ARPEGE-Climat vers une stratosphère prévue de manière statistique.

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Froidurot, Stéphanie. "Approche multi-échelle pour l'évaluation de la pluie dans les modèles climatiques régionaux.Etude dans le sud-est de la France." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAU017/document.

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Abstract:

Sur le bassin méditerranéen, les projections climatiques pour la fin du siècle indiquent un assèchement des étés accompagné d'une intensification des précipitations.Dans ce contexte, la caractérisation de la pluviométrie de la région est nécessaire pour appréhender son évolution future.Les modèles climatiques régionaux (RCM) sont des outils essentiels pour la compréhension du climat régional et pour la projection de son évolution.L'objectif de cette thèse est alors de caractériser et d'évaluer la pluie simulée par les RCM dans le sud-est de la France, typique des régions méditerranéennes côtières.La description de la pluie observée aux mêmes échelles que les RCM en est un préalable.La pluie observée et simulée est caractérisée en termes de valeurs et de structure spatiale et temporelle de l'occurrence et de l'intensité.Les liens entre ces caractéristiques et les processus physiques sous-jacents sont explorés grâce à une analyse par type de temps.Dans les modèles, le volume annuel total d'eau apporté par la pluie sur l'ensemble de la région d'étude est proche des valeurs observées.Ce volume n'est toutefois pas réparti également dans le temps et dans l'espace dans les observations et dans les simulations.Parmi les multiples caractéristiques de la pluie observée et simulée, cette étude souligne l'influence des forçages du relief et des processus liés au cycle diurne de l'énergie solaire à la fois sur le déclenchement et sur l'intensité des précipitations.Ainsi, la pluie se produit préférentiellement en fin d'après-midi, en lien avec le chauffage diurne de la surface.Cependant, dans les modèles, le maximum d'occurrence est plus précoce que dans les observations, ce qui suggère une réponse trop rapide du schéma de convection au cycle diurne des flux de surface, liée à l'absence de la phase de transition entre la convection peu profonde et la convection profonde dans la majorité des schémas.Par ailleurs, au sein du domaine d'étude, l'influence du relief sur les caractéristiques de la pluie est plus marquée pour les Cévennes que pour les Préalpes.Les RCM reproduisent cette influence du relief sur les caractéristiques de pluie.Toutefois, les contrastes entre plaines et reliefs sont plus accentués dans les modèles que dans les observations, notamment lorsque le forçage de grande échelle est faible et la convection dominante dans la région d'étude.L'accentuation du contraste entre plaine et montagne dans les modèles semble donc provenir d'une trop grande sensibilité des schémas de convection au relief qui favorise la convergence et l'instabilité de la masse d'air
Climate projections for the end of the century indicate drier summers and more intense precipitation in the Mediterranean.In this respect, the characterization of rainfall in the region is necessary to understand its future changes.Regional climate models (RCM) are essential tools to understand the regional climate and to project its future evolution.This thesis aims at characterizing and evaluating rainfall simulated by RCM in Southeast France, typical of the mediterranean coastal regions.The description of observed rainfall at the same scales as RCM is a prerequisite.Observed and simulated rainfall is described in terms of values and spatial and temporal structure of occurrence and intensity.Weather types are used to explore the relation between rainfall features and the underlying physical processes.In the RCM, the annual total volume of water precipitated over the study region is closed to the observed values.However, this total volume is not distributed the same in space and time in the RCM simulations and in the observations.Among the multiple facets of the rainfall climatology, this study highlights the influence of the relief and of the solar cycle both in the triggering and in the intensity of rain.Rain appears to occur preferentially in the late afternoon, in connection with the daytime heating of the surface.However, the maximum of rain occurrence simulated by the RCM is earlier than in the observations, suggesting a too quick response of the convection scheme to the diurnal cycle of surface fluxes, in relation to the absence of transition between shallow and deep convection in most schemes.Besides, within the study region, the orographic forcing appears to be quite different for the two ranges of the domain and is much more pronounced over the Cévennes.The RCM reproduce the influence of the topography on rainfall features.Yet, the contrast between plains and mountains is more pronounced in the models than in the observations, especially when the large-scale forcing is weak and the convection is prevailing in the study area.The contrast accentuation between plain and relief in the models seems to be due to a too high sensitivity of the convection schemes to the air mass convergence and instability favored by the relief

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Joly, Mathieu. "Le rôle des océans dans la variabilité climatique de la mousson africaine." Phd thesis, Université Paris-Est, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00397206.

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Abstract:

Les océans expliquent une part importante de la variabilité des pluies de mousson en Afrique de l'ouest. Quels sont les mécanismes physiques de ces interactions océan- atmosphère ? Comment sont-elles reproduites par les modèles de climat ? Ces deux questions sont ici abordées, en séparant d'emblée les échelles de temps interannuelles et décennales, et en confrontant les simulations réalisées pour le 4e rapport du Groupe intergouvernemental d'experts sur l'évolution du climat (GIEC) aux données observées du xxe siècle. À l'échelle interannuelle, les anomalies de température à la surface du Pacifique équatorial, du golfe de Guinée, et de la Méditerranée sont statistiquement liées aux anomalies des pluies d'Afrique de l'ouest. La question de la stationnarité de ces liens au cours du xxe siècle est brièvement abordée. Les mécanismes physiques sont ensuite appréhendés dans les réanalyses atmosphériques et dans les simulations couplées du GIEC. Pour comprendre le comportement du modèle du Centre national de recherches météorologiques (CNRM), différentes expériences de sensibilité sont réalisées en prescrivant à l'océan une tension de vent réanalysée, sur le Pacifique tropical ou sur tout globe. Une simulation atmosphérique avec des températures de surface prescrites est aussi utilisée pour discuter du rôle du couplage océan-atmosphère. Étant donné le caractère saisonnier de la mousson africaine, le phasage temporel de la variabilité océanique doit être considéré avec attention. Dans les modèles couplés, les biais de l'El Niño-Southern Oscillation (ENSO) et de l'Atlantic Niño conduisent en effet à des interactions océan-mousson différentes de celles observées. À terme, une meilleure compréhension et simulation de la variabilité océanique et de ses influences pourrait permettre d'améliorer les scores de prévision saisonnière sur l'Afrique de l'ouest

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Bréant, Camille. "Variabilité régionale de la densification de la neige polaire lors des grandes transitions climatiques." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLV104/document.

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Abstract:

Le déphasage entre augmentation de température et augmentation de gaz à effet de serre (GES) dans l'atmosphère lors des grandes transitions climatiques passées est estimé grâce aux mesures effectuées dans les carottes de glace polaires dans la phase glace pour la température et dans la phase gaz (bulles d’air piégées) pour la concentration en GES. Ce déphasage est encore mal contraint et, pour résoudre ce problème, il est nécessaire de mieux comprendre le processus mécanique de transformation de neige en glace près de la surface de la calotte (centaine de mètres supérieurs, le névé). En l'absence de fusion, la transformation de la neige (matériau à porosité ouverte en contact avec l'atmosphère) en glace (matériau contenant des bulles d'air isolées) s'effectue progressivement sous l'action des gradients de température près de la surface, puis sous l'action du poids des couches de neige situées au-dessus. Selon les conditions de température et précipitation, ce processus peut prendre quelques décennies à plusieurs millénaires et s'étend sur une centaine de mètres de profondeur. Il contrôle la différence d'âge entre la glace et les gaz qu'elle renferme. La prédiction de la profondeur de piégeage des gaz représente un enjeu majeur pour la paléoclimatologie en particulier sur la séquence des changements relatifs de température et de concentration en gaz à effet de serre.Un modèle thermo-mécanique de densification de la neige a été conçu et développé au LGGE en intégrant la formulation des processus mécaniques, des propriétés thermiques, et des critères de piégeage des gaz. Les performances de ce modèle peuvent être testées et améliorées grâce à des études de structure de névés actuels (densité, rapport porosité ouverte/fermée, …). Pour les périodes plus anciennes, des mesures d’isotopes des gaz inertes d15N et d40Ar) dans l’air piégé dans les carottes de glace polaire permettent d’obtenir des informations directes sur les variations passées de la structure du névé (e.g. épaisseur de la zone diffusive). Les larges divergences observées en Antarctique entre les sorties de modèle de densification et les mesures isotopiques de gaz piégé dans la glace génèrent une grande incertitude sur les reconstructions climatiques passées et comprendre ce désaccord est un défi majeur de la paleoclimatologie actuelle.Dans le cadre de cette thèse, nous avons pris en compte les influences de la dépendance à la température des énergies d'activation et des impuretés (poussières) sur la vitesse de densification. Cela a permis de concilier les données et le modèle. Les résultats du modèle modifié sont globalement cohérents avec les profils de densité mesurés pour des névés actuels et les données d'isotopes de gaz inertes pour les déglaciations (aussi appelées terminaisons). Nous avons également présenté de nouvelles mesures à haute résolution de d15N et d40Ar pour les terminaisons 2 (129-138ka) et 3 (243-251ka) des carottes antarctiques de Dôme C et Vostok. Nous avons montré que les différentes évolutions de d15N entre les différents sites et différentes déglaciations s’expliquaient largement par les différences de taux d’accumulation qui contrôlent la profondeur de transition neige-glace. Nous avons aussi montré que l’utilisation des isotopes de l’air était un complément important à l’utilisation des isotopes de l’eau pour contraindre la dynamique climatique locale en Antarctique de l’Est lors des déglaciations
The phasing between increases in temperature and greenhouse gas concentrations during large climatic variations in the past is classically estimated using analyses in polar ice cores, in the ice phase for the temperature and in the gas phase (trapped air bubbles) for the concentration of greenhouse gases. This phasing is still insufficiently constrained and solving this problem requires a better understanding of the mechanical process of snow to ice metamorphism near to the top of the ice sheet (i.e. the firn, about 100 m deep). In the absence of melting, the transformation of snow (a material with open porosity in contact with the atmosphere) into ice (a material containing isolated bubbles) occurs progressively as a response to temperature gradients near the surface, and the weight of overlying snow in deeper layers. Depending on temperature and precipitation conditions, this process occurs in a few decades to several millennia and a ~100 meters depth range. It controls the age difference between the ice and the entrapped gases. Predicting the gas trapping depth is a major issue in paleoclimatology, especially in order to understand the phasing between temperature changes and changes in greenhouse gas concentrations.A thermo-mechanical model of snow densification has been developed at LGGE, it includes the main mechanical processes, the thermal properties of ice, and gas trapping criteria. The model performances can be tested and improved using experimental studies of modern firns (density, open/closed porosity ratio, etc). For firnification under ancient climates, measurements of isotopes of inert gases (d15N et d40Ar) in the air trapped in ice cores provide direct informations about past variations of firn structure (e.g. diffusive zone thickness). Large differences between firn densification model outputs and gas isotopic data are obtained in Antarctica, and imply a large uncertainty on past climatic reconstructions. Understanding this discrepancy is a major issue in paleoclimatology.As part of this thesis work, we took into account the effects of the temperature dependence of activation energies and impurities (dust) on the firn densification speed. It allowed to reconcile the model results with available data. The modified model results show an overall consistency with measured density profiles of present-day polar firns and isotopes of inert gases over deglaciations (also called terminations). We also analyze new high resolution measurements of d15N and d40Ar over Terminations 2 (129-138ka) and 3 (243-251ka) on the Dome C and Vostok ice cores. We have shown that the different evolutions of d15N between different sites and different deglaciations are largely explained by differences in accumulation rates that control the snow/ice transition depth. We also showed that the use of air isotopes was an important complement to the use of water isotopes to constrain local climatic dynamics in eastern Antarctica during deglaciations

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Denis, Delphine. "Variabilité climatique holocène dans la zone marginale des glaces en Antarctique de l’Est." Thesis, Bordeaux 1, 2008. http://www.theses.fr/2008BOR13700/document.

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Abstract:

L’Holocène a été marqué par une variabilité plurimillénaire, ponctuée par une variabilité millénaire rapide. L’étude d’enregistrements à forts taux de sédimentation couplée à une approche multi-proxy s’avère indispensable pour comprendre la dynamique de la machine climatique au cours de l’Holocène à travers tous ses compartiments climatiques: cryosphère, océan, banquise, atmosphère et biosphère. Nous avons appliqué ce type d’approche multi-échelle et multi-proxy à deux enregistrements marins de la marge continentale Est Antarctique afin d’appréhender les variations climatiques d’une échelle plurimillénaire à séculaire au cours de l’Holocène dans l’environnent singulier de la zone marginale des glaces. Cette étude a permis de caractériser la réponse des différents compartiments climatiques en Antarctique aux variations d’ordre plurimillénaire à millénaire et de documenter la cohérence spatiale de ces changements à l’échelle de l’Antarctique grâce à une comparaison modèle-donnée. Cette approche a permis de souligner les forçages climatiques intervenant à l’échelle du forçage orbital et de documenter les connections inter sous-systèmes climatiques, mettant en lumière le rôle clé de la banquise. A l’échelle sub-Milankovitch, les compartiments climatiques affichent aussi des réponses synchrones mais les facteurs forçant restent à éclaircir
The present Holocene interglacial period was affected by long-term and rapid millennial short-term climatic changes. Multi-proxy high-resolution studies are crucial to better understand the climatic system via all the sub-systems involved: crysophere, ocean, sea ice, atmosphere, and biosphere. A multi-scale and multi-proxy approach on two high resolution marine sediment cores off East Antarctica allowed us to provide accurate reconstructions of Milankovitch and sub-Milankovitch climatic variability of the sea ice zone. We characterized the response of climatic sub-systems to long- and short-term climatic changes and documented the spatial coherence of these changes over Antarctic thanks to coupled model-data comparison. This study highlights the forcing factors involved at Milankovitch timescales, the relationships linking the different climatic components and particularly the key role played by sea ice in the Earth climate. Forcing factors acting at the sub-Milankovitch timescales are less clear although sub-systems components display synchronous response

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Lepetz, Virginie. "Réchauffement climatique, dessins dorsaux et variabilité environnementale chez le lézard vivipare, Lacerta vivipara." Paris 6, 2009. http://www.theses.fr/2009PA066278.

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Abstract:

Le lézard vivipare présente une certaine plasticité de ses dessins dorsaux. Deux morphotypes sont distingués (linéaire (L) et réticulé (R)) dont la production est principalement déterminée par les températures environnementales prénatales. Au niveau individuel, ils montrent des différences de stratégies d’investissements énergétiques dépendantes de la température. Aux niveaux populationnel et temporel, les relations entre taux d’immigration et fréquence des morphotypes, corrélés à l’augmentation des températures, impliquent des changements dans la composition des populations. Ainsi, les relations entre les morphotypes et la température affectent tous les niveaux biologiques de l’organisme. L’élévation des températures favorise le morphotype R au détriment du morphotype L, au niveau individuel comme au niveau populationnel. Ces résultats peuvent supposer que les morphotypes ne sont pas complètement neutres à la sélection naturelle et qu’ils pourraient, à terme, refléter des stratégies alternatives pour faire face au réchauffement climatique.

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Fleury, Sophie. "Laminations sédimentaires et variabilité climatique et océanographique haute-fréquence sur la marge péruvienne." Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0068/document.

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Abstract:

Le Système d’Upwelling Péruvien (PUS) et la Zone à Oxygène minimum (OMZ) qui y est associée font partie des régions les plus marquées par les variations climatiques de type El Niño Southern Oscillation (ENSO), tant à l’échelle interannuelle qu’à l’échelle décennale. Or, peu d’enregistrements de l’impact de l’ENSO sur cette zone géographique atteignent ces résolutions temporelles, malgré des conditions propices à la conservation de dépôts sédimentaires laminés.Nous avons analysé ces archives sédimentaires à l’échelle de la lamine et en utilisant des marqueurs sédimentologiques, micro paléontologiques et géochimiques afin de retracer les variations de tous les paramètres susceptibles de répondre aux changements climatiques(précipitations, productivité, dénitrification, températures océaniques de surface). Cette approche nous a permis de disposer d’un enregistrement complet des conditions environnementales dans l’OMZ du Pérou à des échelles pluri-annuelle à multidécennale, ce qui est inégalé sur des périodes au-delà du dernier millénaire. Nous avons ainsi pu mettre en évidence une forte empreinte de la circulation de Walker sur le PUS. Cet impact est modulé par les régions extra tropicales de l’hémisphère Nord, en particulier par l’Oscillation Nord-Atlantique (NAO) à l’échelle multidécennale, par la circulation thermohaline à l’échelle centennale et par l’Anticyclone Sibérien à l’échelle millénaire
The Peruvian Upwelling System (PUS) and the corresponding Oxygen Minimum Zone (OMZ) are part of the regions where the imprint of climatic variations due to El Niño Southern Oscillation (ENSO) at the interannual and multidecadal timescales is the strongest. However,only a few records of ENSO-like climatic variability reach such short timescales in thisgeographical area, despite prevailing conditions favorable to the preservation of laminatedsediments. We analyzed these sedimentary archives at the scale of the lamination, using sedimentology, micropaleontology and geochemistry. The aim was to trace variations in all parameters responding to climatic changes (rainfall, productivity, denitrification, sea surfacetemperatures). This approach has provided a full record of environmental conditions in thePeruvian OMZ at multiannual and multidecadal timescales for the first time on time intervals exceeding the last millennium. We thus evidenced a strong imprint of the Walker circulation on the PUS. This impact is paced by the extratropical northern hemisphere, especially by the North Atlantic Oscillation (NAO) at the multidecadal timescale, by the thermohaline circulation at the centennial timescale and by the Siberian High at the millennial timescale

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Peres, Guénola. "Identification et quantification in situ des interactions entre la diversité lombricienne et la macro-bioporosité dans le contexte polyculture breton. Influence sur le fonctionnement hydrique du sol." Rennes 1, 2003. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007432.

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Abstract:

Quatre questions ont orienté notre travail mené en conditions naturelles dans trois systèmes culturaux (prairie permanente, prairie temporaire, monoculture mai͏̈s) et deux contextes pédo-climatiques en Bretagne : 1) Quelle est l'influence des différents contextes agro-pédo-climatiques sur les peuplements lombriciens (abondance, biomasse, biodiversité, stade de développement)? 2) Comment évolue l'interaction entre les peuplements lombriciens et la macroporosité observée au terrain sur un profil de sol, en fonction des différents systèmes culturaux et des contextes pédo-climatiques ? 3) Comment la géométrie des réseaux de galeries naturels appréciée en trois dimensions par tomographie aux rayons X, varie-t-elle en fonction des espèces lombriciennes présentes et des contextes agro-pédo-climatiques ? 4) Quelle est l'influence de l'interaction entre les lombriciens et la macroporosité, sur la conductivité hydraulique à saturation du sol (mesurée et simulée) ?

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Mialon, Arnaud. "ETUDE DE LA VARIABILITÉ CLIMATIQUE DES HAUTES LATITUDES NORD, DÉRIVÉE D'OBSERVATIONS SATELLITES MICRO-ONDES." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011322.

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Abstract:

Le suivi des milieux sub-polaires est important, tant ils devraient évoluer face à l'augmentation des températures attendue dans ces régions au cours des prochaines décennies. Pour pallier au manque de stations météorologiques affectant les hautes latitudes, la télédétection spatiale est une
alternative intéressante, offrant une couverture spatiale quasi-globale. Ce projet s'inscrit dans le développement de méthodes pour extraire de
ces données des informations relatives à la surface des latitudes nord (>50°N). Pour cela, les données du capteur SSM/I (special sensor microwave imager), situées dans la gamme spectrale des micro-ondes, présentent certains avantages : indépendantes des radiations solaires ; faible influence atmosphérique. L''approche basée sur les températures de brillance à 19 et 37 GHz, aboutit à trois paramètres géophysiques de surface : une cartographie quotidienne de l'étendue du couvert nival de 1988 à 2002 ; une étendue de l'eau de surface (étendues d'eau libre, petits lacs, réservoirs, milieux humides associés à une végétation peu dense) ; une température caractérisant la surface et l'air proche du sol.
Pour pallier à la variation quotidienne de l'heure d'acquisition des données satellites, une méthode de normalisation des températures aboutit à une serie horaire. Ceci permet l' étude d'indicateurs climatiques, comme la somme des degrés jours positifs. Les tendances confirment les tendances climatiques observées : augmentation de la température (+0.8 +/- 0.4 °c pour l'ensemble du territoire canada/alaska entre 1992 et 2002)
et diminution de la superficie du couvert nival. Ces bases de données originales présentent également un intérêt pour la validation des
modèles de climat à l'échelle régionale.

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Houndenou, Constant. "Variabilité climatique et maïsiculture en milieu tropical humide : l'exemple du Bénin, diagnostic et modélisation." Dijon, 1999. http://www.theses.fr/1999DIJOL033.

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Abstract:

A partir d'une approche systémique, on identifie la variabilité climatique sur la période 19311990 et on évalue ses conséquences agroclimatiques sur les indices de satisfaction des besoins en eau à chaque phénophase de deux variétés de maïs (cycle court de 90 jours et cycle long de 1. 20 jours) à l'aide d'un modèle de simulation de bilan hydrique des cultures. Le découpage de la période 1931-1990 en deux normales 1930-1960 et 1961-1990 montre que le Bénin traverse une péjoration climatique depuis deux décennies et que le climat béninien du sud a beaucoup plus varié que le climat soudanien au nord du pays. Cette péjoration climatique se manifeste par une réduction de la durée des saisons agricoles, une diminution du potentiel pluviométrique accompagnée d'une réduction du nombre de jours de pluie et une hausse des températures. La baisse de la pluviométrie couplée au réchauffement thermique et à l'action anthropique induit une dégradation du milieu écologique, une modification du bilan hydrique des cultures et un désarroi au niveau du monde paysan qui se réfère à la métaphysique pour expliquer le phénomène climatique. Le diagnostic agroclimatique de la culture du maïs dans ce contexte de péjoration climatique atteste une réduction des indices de satisfaction des besoins en eau du maïs précoce de 90 jours au cours de la deuxième saison des pluies au sud du Bénin. Ainsi, le risque de stress hydrique est permanent au sud-ouest du pays dans la zone littorale. Cette situation s'explique par le dérèglement du cycle pluviométrique saisonnier par rapport à la longueur du cycle végétatif du maïs à cycle court de 90 jours. En revanche, on ne note pas de modification importante des indices de stress agroclimatique pour le maïs de 120 jours sur les deux périodes. Au contraire cette variété de maïs se porte bien dans le Borgou car elle bénéficie surtout de l'arrière effet de la fumure du coton. Dans le sud, il bénéficie aussi de l'atténuation de la petite saison sèche intercalaire. Le dérèglement pluviométrique saisonnier et son corollaire la réduction de l'indice de satisfaction des besoins en eau, met la campagne agricole du maïs de la deuxième saison dans une situation inconfortable. Pour surmonter la péjoration climatique et pallier ses conséquences agronomiques, les agriculteurs adoptent des stratégies anti-risques en accord avec les agents d'encadrement du développement.

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Laurent, Carine. "Variabilité climatique basse-fréquence simulée en Atlantique Nord par un modèle couplé océan-atmosphère." Paris 6, 2000. http://www.theses.fr/2000PA066524.

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Mialon, Arnaud. "Étude de la variabilité climatique des hautes latitudes nord, dérivée d'observations satellites micro-ondes." Thèse, Université de Sherbrooke, 2005. http://savoirs.usherbrooke.ca/handle/11143/2749.

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Abstract:

Observing sub-polar ecosystems is important as they are suspected to change significantly in response to the expected increase in temperature for the next decades. To bypass the lack of meteorological stations in the Northern High Latitudes, remote sensing is an interesting alternative tool, covering almost the entire area. This project deals with the development of a method to derive surface parameters (>50ÀN) from satellite data. For this study, brightness temperature data acquired by the SSM/I (Special Sensor Microwave Imager) in the microwave spectrum are used because they are independent of solar radiation and weakly influenced by the atmosphere. Methods used are based on brightness temperatures measured at 19 and 37 GHz, which allow to derive three geophysical parameters related to climate variability: daily maps of snowcover between 1988 and 2002; a water surface extent (open water, small lakes, reservoirs, wetlands associated with low vegetation); a temperature characterizing the surface and the air above the ground. A method to normalize the temperature is presented to overcome the variation of the time of measurement. It leads to hourly series of temperature, This allows to study climate indicators such as the annual sum of positive degree days. Trends confirm observed climate evolution: increase of surface temperature (+0.8 +/- 0.4ÀC for Canada/Alaska between 1992 and 2002), decrease in snow extent cover. These original databases could also be useful for validation of regional climate model"--résumé abrégé par UMI.

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Michel, Clio. "Rôle du déferlement des ondes de Rossby dans la variabilité climatique aux latitudes tempérées." Thesis, Toulouse, INPT, 2012. http://www.theses.fr/2012INPT0091/document.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse a été d'analyser la dynamique de l'interaction entre les ondes baroclines (ou rail des dépressions) et la variabilité basse fréquence de l'atmosphère aux moyennes latitudes. Deux approches distinctes ont été suivies pour étudier le rôle des déferlements d'ondes baroclines sur les courants-jets, l'une reposant sur les données réanalysées et l'autre sur des simulations numériques. La première partie de la thèse a plus précisément consisté à étudier le lien entre les déferlements d'ondes de Rossby et les quatre régimes de temps sur l'Atlantique Nord en hiver en utilisant les réanalyses ERA40. Le calcul des fréquences d'occurrence des déferlements d'ondes a montré que ceux-ci tendent généralement à renforcer les régimes sauf le blocage scandinave qui est détruit par du déferlement cyclonique au sud du Groenland. Ensuite, les précurseurs des transitions entre régimes de temps ont été identifiés. Le premier précurseur est relié à la propagation linéaire d'anomalies basse fréquence (période supérieure à 10 jours). Ce précurseur n'est pas systématique mais il survient durant la transition du régime zonal vers le blocage environ une semaine avant ce dernier où il prend la forme d'un train d'ondes quasi-stationnaire excité par des anomalies convectives dans l'Atlantique subtropical. Le second précurseur plus systématique intervient au niveau des interactions non-linéaires entre les tourbillons transitoires haute et basse fréquences et a pu être relié aux déferlements d'ondes. La formation et la destruction du blocage scandinave ont ensuite été plus particulièrement étudiées en analysant respectivement les transitions préférentielles du régime zonal au blocage et du blocage vers l'anticyclone groenlandais en lien avec les dépressions de surface et les déferlements d'ondes. Les dépressions de surface atteignent les mêmes intensités pendant la formation et la destruction du blocage mais ne suivent pas les mêmes trajectoires. Pendant la formation du blocage, les dépressions de surface ont des trajectoires rectilignes se dirigeant vers le nord de la Scandinavie et sont liées à un déferlement anticyclonique. Pendant la destruction du blocage, les trajectoires des dépressions de surface sont courbées sur l'Atlantique Nord en direction du Groenland et sont reliées à du déferlement cyclonique qui favorise ainsi l'apparition de l'anticyclone groenlandais. Notre analyse suggère que cette différence de comportement provient de la forme de l'écoulement basse fréquence qui n'est pas le même pendant la formation et la destruction du blocage et qui favorise un certain type de déferlement plutôt qu'un autre. Dans la seconde partie de la thèse, nous avons analysé le lien entre les températures de surface de la mer (SSTs) et le comportement du rail des dépressions avec le modèle de circulation générale de l'atmosphère Arpège-Climat en mode aquaplanète pour mieux comprendre les téléconnexions telles que l'Oscillation Arctique et/ou l'Oscillation Nord-Atlantique d'un point de vue idéalisé
This thesis aims at analyzing the dynamics of the interaction between baroclinic waves (stormtrack) and the atmospheric low-frequency variability at midlatitudes. Two different approaches have been followed to study the impact of baroclinic wave breakings on jet-streams, one using reanalysis data and the other numerical simulations of a climate model. The first part of the PhD dealt with the link between Rossby wave breakings and the four weather regimes over the North Atlantic in winter using ERA40 reanalysis. The calculation of wave breaking frequencies showed that wave breakings tend to reinforce weather regimes except the Scandinavian blocking which is destroyed by cyclonic wave breaking south of Greenland. Then, precursors of weather regime transitions have been identified. The first precursor is linked to the linear propagation of low-frequency anomalies (period greater than ten days). This is not a systematic precursor but it occurs during the zonal to blocking transition about one week before this latter and is related to a quasi-stationary wave train excited by convective anomalies in the North Atlantic subtropics. The systematic second precursor is related to non-linear transient eddy interactions and has been linked to Rossby wave breakings. The link between the surface cyclones, Rossby wave breakings and the formation and decay of the Scandinavian blocking has been more precisely studied through the preferential transitions from the zonal weather regime to the blocking and from the blocking to the Greenland anticyclone. During the formation and decay of the blocking, surface cyclones reach the same intensities but do not follow the same trajectories. During the blocking formation, surface cyclones follow straight trajectories toward the north of Scandinavia and are linked to an anticyclonic wave breaking. Whereas during the blocking decay, surface cyclones trajectories are curved over the North Atlantic toward Greenland and are linked to a cyclonic wave breaking favouring the Greenland anticyclone formation. Our study suggests that this difference of behavior comes from the shape of the low-frequency flow which is not the same during the formation and the decay of the blocking and which can favour a particular type of wave breaking rather than another. The second part dealt with the link between sea surface temperatures (SSTs) and the storm-track in the atmospheric general circulation model Arpège-Climat in aquaplanet mode to better understand teleconnections such as the Arctic Oscillation and/or the North Atlantic Oscillation from an idealized point of view. We performed a sensitivity analysis of the eddy-driven jet variability to various stationary SST profiles

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Wei, Xi. "Une approche de modélisation pour diagnostiquer les impacts des changements globaux sur l'hydrologie, les sédiments en suspension et le carbone organique dans un bassin tropical asiatique : cas du fleuve Rouge (Chine et Vietnam)." Thesis, Toulouse 3, 2019. http://thesesups.ups-tlse.fr/4685/.

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Abstract:

Les bassins fluviaux asiatiques sont un important contributeur de matières en suspension et de carbone organique vers les océans. Cependant, ces bassins sont soumis à la variabilité climatique et aux activités humaines, modifiant le transport et le devenir de l'eau et des matières associées dans les fleuves, ainsi que les processus biochimiques côtiers. Le Fleuve Rouge est un bassin fluvial représentatif des fleuves asiatiques et joue un rôle important dans l'économie et l'agriculture en Chine et au Vietnam. Cependant, le manque de partage de données entre les pays et la difficulté des observations et des échantillonnages in situ rendent l'étude difficile pour l'ensemble du bassin, à la fois spatialement et temporellement. Afin de surmonter ces problèmes et de mieux comprendre la dynamique de transfert des ressources en eau et des matières et proposer des outils aux gestionnaires de l'eau, une utilisation interactive des mesures in situ, des observations de télédétection et des modélisations numériques est nécessaire. Ce travail propose de simuler la dynamique de transfert de l'eau, des sédiments en suspension (SS) et du carbone organique à l'échelle journalière dans le Fleuve Rouge, pour comprendre et quantifier leurs réponses aux impacts de la variabilité climatique et de la construction de barrages. Le modèle hydro-agro-environnemental à base physique SWAT, combinant les données de télédétection pour les variables climatiques, a été appliqué dans cette étude pour simuler les débits et les sédiments en suspension. Six barrages (dont quatre mis en service depuis 2008) ont été implémentés. Le modèle a été calibré sur la base des données de débit observées (Q) et de concentration de matières en suspension (CSC) de 2000 à 2013 au niveau de cinq stations de mesure à un pas de temps journalier. Un scénario simulant les impacts de la variabilité climatique et des barrages sur Q et SS a été simulé. Les concentrations et les flux de carbone organique pour ces mêmes conditions, ont été calibrés puis simulés via le même scénario afin de quantifier séparément les impacts de la variabilité climatique et des barrages sur le transfert de COD et de COP. Cette étude a mis en évidence les impacts importants des barrages sur les flux de sédiments (-80%) et sur le carbone organique (COP, -85%; COD, -13%) ainsi que les impacts de la variabilité climatique sur Q (-9%). Sans barrages, le bassin du Fleuve Rouge aurait un flux spécifique élevé en matières en suspension (779 t km-² an-1) par rapport aux autres bassins asiatiques, bien que son exportation en flux soit faible en comparaison. [...]
The Asian river basins are great contributors to sediments and organic carbon to the seas. However, these river basins are subject to the influence of climate variability and human activities, which alters the transport and fate of water and associated matter in rivers, and then modifies the coastal biochemical processes. The Red River is a representative Asian river basin and plays an important role in the economy and agriculture in China and Vietnam. However, lack of data sharing between countries and difficulty in in-situ observations and samplings, make the study through the whole basin difficult both spatially and temporally. In order to overcome these issues and better understand the water resources and matters transfer dynamics, interactive use of in-situ measurements, remote sensing observations and numerical modellings are necessary. This work proposed a modelling approach to simulate the transfer dynamics of water, suspended sediment (SS) and organic carbon at a daily scale in the Red River, and to understand and quantify their responses to the impacts of climate variability and dam constructions. The physical-based SWAT model, combining the remote sensing data, was used in this study to simulate the water regime and suspended sediment. Six dams (two were operated before the study period and the other four started operation since 2008) were implemented in this model. The model was calibrated based on observed discharge (Q) and suspended sediment concentration (SSC) data from 2000 to 2013 at five gauge stations (the outlets of the main tributaries and of the continent basin) at a daily time step. After Q and SSC calibrated under actual conditions, a scenario of natural conditions (without any dams inside the basin) was modelled to disentangle and quantify the impacts of climate variability and dams on Q and sediment fluxes (SF). Dissolved and particulate organic carbon (DOC, POC) were calibrated based on observed Q, SSC and in-situ organic carbon sampling data. According to these relationships, the organic carbon concentrations and fluxes under actual and natural conditions are calculated, in order to further quantify the impacts of climate variability and dams on DOC and POC transfer. This study highlighted the strong impacts of dams on sediment fluxes (-80%) and organic carbon (POC, -85%; DOC, -13%), and the impacts of climate variability on Q (-9%). Without dams, the Red River basin would have a high specific sediment yield (779 t km-2 yr-1) compared to other Asian river basins, though its sediment export was low compared to them. The high soil erosion due to precipitation, slope and agricultural practice in the middle part of the basin is the main factor contributing to the specific sediment yield. [...]

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De, smedt Sylvie. "Le bilan hydrologique régional: étude de sa variabilité à l'aide de simulations numériques." Phd thesis, ENGREF (AgroParisTech), 2004. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00000687.

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Abstract:

A l'occasion de ce travail de thèse, nous avons souhaité contribuer aux études d'impacts du changement climatique sur le bilan d'eau en Europe. Nous avons utilisé les outils de la modélisation du climat, modèle de circulation générale et schéma de surface, et nous nous sommes placés à l'interface entre l'atmosphère et la surface. Ce travail s'est décomposé en deux parties. Dans un premier temps, nous avons étudié la sensibilité du bilan d'eau simulé par le schéma de surface du laboratoire, ORCHIDEE, à la résolution des forçages atmosphériques sur deux régions d'Europe, la péninsule ibérique et le bassin versant du Rhône (dans le cadre du projet international Rhône-AGG). Dans un deuxième temps, nous avons abordé la thématique des impacts du changement climatique sur le bilan d'eau sous un angle plus atmosphérique, par l'étude des dépressions qui traversent l'Atlantique en direction de l'Europe, et de leurs liens avec les précipitations.

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Capron, Emilie. "L'air piégé dans les glaces polaires : contraintes chronologiques et caractérisation de la variabilité climatique rapide." Phd thesis, Université de Versailles-Saint Quentin en Yvelines, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00579600.

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Abstract:

Les régions polaires sont particulièrement touchées par le changement climatique actuel, en raison des mécanismes d'amplification qui y opèrent. Les forages de glace en Antarctique et au Groenland sont des témoins précieux des variations paléoclimatiques locales et donnent aussi accès à des informations sur les modifications environnementales des latitudes plus basses. Ce travail de thèse repose sur l'obtention d'informations délivrées par l'air progressivement emprisonné sous forme de bulle lors du processus de transformation de la neige en glace : la composition élémentaire et isotopique de l'air (N2, O2, Ar et Kr) et la concentration en méthane. Nos résultats permettent de progresser sur trois aspects différents mais intimement liés : (i) L'évolution passée de la structure des névés en Antarctique. La mesure des isotopes du krypton sur le forage profond de Dome C (EDC pour EPICA Dome C) nous permet de mettre en évidence qu'une zone convective de l'ordre de 20-50 m a pu se développer dans le névé en période glaciaire. L'étude conjointe des profils isotopiques de l'azote ("15N) mesurés sur les forages EPICA Dronning Maud Land (EDML) et TALDICE suggèrent que l'évolution de la structure du névé des deux sites ne répond plus de manière simple aux changements du taux d'accumulation en surface lorsque celui-ci dépasse un seuil de 5 ±1.5 cm eq. glace an- 1. (ii) La datation des forages glaciologiques. Nous avons exploité le premier enregistrement de "O2/N2 produit entre 300 000 et 800 000 ans sur l'air piégé dans la glace de EDC. Alors qu'il semble délicat d'utiliser ce signal pour construire une nouvelle datation par calage orbital de ce forage, en particulier pour les périodes de faible excentricité, le "O2/N2 se révèle être un outil pertinent pour tester les limites et les incertitudes de la datation actuelle du forage (EDC3). L'utilisation conjointe des isotopes de l'oxygène atmosphérique et du méthane nous permet d'établir une synchronisation des forages de EDML (Antarctique) et de NorthGRIP (Groenland) couvrant le début de la dernière période glaciaire (75 000-123 000 ans) avec une incertitude inférieure à 400 ans. (iii) Cette datation relative nous permet de décrire les variations climatiques rapides au début de la dernière période glaciaire au Groenland et en Antarctique. Nous mettons en évidence une variabilité climatique sub-millénaire superposée à la succession classique des évènements de Dansgaard Oeschger, i.e. des évènements précurseurs aux évènements rapides, des rebonds climatiques en fin d'interstade. Nous démontrons que le mécanisme de bascule bipolaire entre le Groenland et l'Antarctique est également opérationnel à l'échelle sub- millénaire. Une étude multiparamétrique sur le premier événement abrupt enregistré dans la glace de NorthGRIP (DO25) montre que cet événement caractérise la transition entre la dernière période interglaciaire et la mise en place d'une variabilité abrupte couplant les hautes et les basses latitudes. L'ensemble de nos résultats établit un lien étroit entre la dynamique climatique rapide à l'échelle millénaire et les composantes à évolution lente qui imposent l'état de base du système climatique (configuration orbitale, volume des glaces).

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Sun, Xun. "Analyse propabiliste régionale des précipitations : prise en compte de la variabilité et du changement climatique." Phd thesis, Université de Grenoble, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00934476.

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Abstract:

Les événements de pluies extrêmes et les inondations qui en résultent constituent une préoccupation majeure en France comme dans le monde. Dans le domaine de l'ingénierie, les méthodes d'analyse probabiliste sont pratiquement utilisées pour prédire les risques, dimensionner des ouvrages hydrauliques et préparer l'atténuation. Ces méthodes sont classiquement basées sur l'hypothèse que les observations sont identiquement distribuées. Il y a aujourd'hui de plus en plus d'éléments montrant que des variabilités climatiques à grande échelle (par exemple les oscillations El Niño - La Niña, cf. indice ENSO) ont une influence significative sur les précipitations dans le monde. Par ailleurs, les effets attendus du changement climatique sur le cycle de l'eau remettent en question l'hypothèse de variables aléatoires "identiquement distribuées" dans le temps. Il est ainsi important de comprendre et de prédire l'impact de la variabilité et du changement climatique sur l'intensité et la fréquence des événements hydrologiques, surtout les extrêmes. Cette thèse propose une étape importante vers cet objectif, en développant un cadre spatio-temporel d'analyse probabiliste régionale qui prend en compte les effets de la variabilité climatique sur les événements hydrologiques. Les données sont supposées suivre une distribution, dont les paramètres sont liés à des variables temporelles et/ou spatiales à l'aide de modèles de régression. Les paramètres sont estimés avec une méthode de Monte-Carlo par Chaînes de Markov dans un cadre Bayésien. La dépendance spatiale des données est modélisée par des copules. Les outils de comparaison de modèles sont aussi intégrés. L'élaboration de ce cadre général de modélisation est complétée par des simulations Monte-Carlo pour évaluer sa fiabilité. Deux études de cas sont effectuées pour confirmer la généralité, la flexibilité et l'utilité du cadre de modélisation pour comprendre et prédire l'impact de la variabilité climatique sur les événements hydrologiques. Ces cas d'études sont réalisés à deux échelles spatiales distinctes: * Echelle régionale: les pluies d'été dans le sud-est du Queensland (Australie). Ce cas d'étude analyse l'impact de l'oscillation ENSO sur la pluie totale et la pluie maximale d'été. En utilisant un modèle régional, l'impact asymétrique de l'ENSO est souligné: une phase La Niña induit une augmentation significative sur la pluie totale et maximale, alors qu'une phase El Niño n'a pas d'influence significative. * Echelle mondiale: une nouvelle base de données mondiale des précipitations extrêmes composée de 11588 stations pluviométriques est utilisée pour analyser l'impact des oscillations ENSO sur les précipitations extrêmes mondiales. Cette analyse permet d'apprécier les secteurs où ENSO a un impact sur les précipitations à l'échelle mondiale et de quantifier son impact sur les estimations de quantiles extrêmes. Par ailleurs, l'asymétrie de l'impact ENSO et son caractère saisonnier sont également évalués.

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Ruprich-Robert, Yohan. "Variabilité climatique de l'Atlantique Nord aux échelles de temps décennale à multidécennale : mécanismes et prévisibilité." Toulouse 3, 2014. http://thesesups.ups-tlse.fr/3332/.

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Abstract:

Aux échelles de temps décennale à multidécennale, l'Atlantique Nord se caractérise par une modulation de sa température de surface à grande échelle modifiant les conditions climatiques des continents alentours, en particulier le Sahel, l'Amérique du Nord et l'Europe. En raison d'une faible couverture temporelle aux regards des échelles de temps considérées et d'un faible échantillonnage de la structure tridimensionnelle de l'océan, les observations ne permettent pas d'analyser en détail les origines de cette variabilité connue sous le nom d'Oscillation ou Variabilité Atlantique Multidécennale (AMV). Dans cette thèse, nous avons utilisé le modèle de climat CNRM-CM5 comme laboratoire numérique pour étudier d'une part les mécanismes physiques internes (par opposition à ceux forcés par les facteurs externes comme l'activité solaire, les gaz à effet de serre etc. ) qui engendrent cette variabilité et d'autre part la prévisibilité associée à cette variabilité. L'analyse d'une simulation de 1000 ans dite de contrôle (tous les forçages externes au système climatique sont maintenus constants) met en évidence que l'AMV simulée par ce modèle est principalement contrôlée par les fluctuations multidécennales de la circulation océanique méridienne de retournement (AMOC) et du transport de chaleur méridien associé. La variabilité de l'AMOC répond à l'excitation de modes de variabilité atmosphérique de type Est Atlantique (EAP) et Oscillation Nord Atlantique (NAO) en hiver. Ceux-ci déclenchent une réaction en chaîne de processus océaniques conduisant in fine ~30 ans plus tard à un événement d'AMOC/AMV. La nature même de ces processus contrôle l'échelle de temps de la variabilité. Plus précisément, nous avons mis en évidence le rôle crucial joué par les anomalies de densité océanique des 500 premiers mètres du gyre subpolaire sur les fluctuations de l'AMOC. Dans une deuxième partie, nous nous sommes intéressés à l'estimation de la prévisibilité associée à l'AMV dans CNRM-CM5. Nous avons pour cela suivi une approche type " modèle parfait " en cherchant à " reprévoir ", par une méthode ensembliste, les variations de la simulation de contrôle. Nous avons montré à partir d'une série de métriques et de modèles statistiques, que, dans CNRM-CM5, l'AMOC et l'AMV sont prévisibles jusqu'à une échéance allant de 15 à plus de 30 ans en fonction des conditions initiales océaniques. Cette prévisibilité conditionnelle provient des anomalies de la densité du gyre subpolaire - plus précisément de sa composante salinité - et de leur évolution selon le mécanisme proposé. Finalement, nous trouvons que la prévisibilité océanique est associée à une prévisibilité sur les continents en termes de température de surface et circulation atmosphérique
At decadal to multidecadal timescale, the North Atlantic Ocean is characterized by a large-scale modulation of its surface temperature and heat/salt content. The latter, known as Atlantic Multidecadal Oscillation or Variability (AMV), is associated with anomalous climate conditions over the adjacent continents, especially over the Sahel, the north American continent and Europe. It is impossible from the sole observations to assess the origin of such a variability because of their short temporal coverage with respect to the involved timescale and because of their critical undersampling of the three dimensional states of the ocean. In this thesis, we have used the CNRM-CM5 climate model as a numerical lab to first investigate the internal mechanisms (as opposed to forced by external factors such as solar, greenhouse gazes etc. ) at the origin of the AMV and second to quantify the associated predictability. The analysis of a 1000-yr control simulation (external climate forcing maintained to a constant level) shows that the model AMV is mainly controlled by the multidecadal evolution of the Atlantic meridional overturning circulation (AMOC) and associated heat/salt transport. The AMOC low-frequency variability is forced by the excitation of wintertime atmospheric modes over the Atlantic, namely the East Atlantic Pattern and the North Atlantic Oscillation. Those kick a chain reaction of oceanic processes leading in fine about 30 years later to an AMOC/AMV event. Such a timescale is controlled by the ocean dynamics and thermodynamics intrinsic properties. More specifically, we insist on the critical role played by the density anomalies of the first 500-meter of the subpolar gyre in controlling a large part of the AMOC fluctuations. We then focus on the estimation of the predictability level of the AMV in CNRM-CM5. To do so, we adopt the so-called perfect model approach that consists in reforecasting the model itself via an ensemblist method. Based on the use of a series of metrics and simple statistical models, we show that the AMOC/AMV in CNRM-CM5 is predictable for leadtimes ranging from 15 to 30 years as a function of the oceanic initial conditions. Such a conditional predictability is linked to the evolution of the density anomalies of the subpolar gyre and more specifically its salinity component, in line with the above-documented proposed mechanism. The oceanic predictability is associated to some predictability over the continents in terms of surface temperature and atmospheric circulation

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Caminade, Cyril. "Rôle de l'océan et influence des émissions d'origine anthropique sur la variabilité climatique en Afrique." Toulouse 3, 2006. http://www.theses.fr/2006TOU30239.

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Séférian, Roland. "Impact du changement climatique sur les flux de carbone océaniques : rôle de la variabilité décennale." Versailles-St Quentin en Yvelines, 2013. http://www.theses.fr/2013VERS0057.

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Abstract:

Depuis l’ère industrielle, les océans ont joué un rôle essentiel dans l’atténuation du réchauffement global en captant environ un quart des émissions de carbone anthropique. L’évolution du puits de CO2 océanique, quasi parallèle à celle des émissions de CO2 anthropique, s’explique par le fait que son intensité est contrôlée par deux facteurs : le CO2 et le climat. Aujourd’hui, le rôle du CO2 dans l’évolution récente du puits de carbone océanique est bien compris mais ce n’est pas le cas du climat. En effet, certains auteurs prétendent que les variations récentes du puits de CO2 océanique seraient dues au changement climatique alors que d’autres suggèrent que ces dernières seraient induites par une variabilité décennale encore mal comprise. Dans cette thèse, nous proposons d’aborder cette problématique relative au rôle de la variabilité décennale des flux de carbone océaniques à l’aide de la modélisation. Dans un premier temps, nous avons démontré l’existence de variations décennales des flux de carbone océaniques dans les océans des hautes latitudes. Ces oscillations de période de 10 à 50 ans représentent 20 à 40% des variations interannuelles. Grâce aux techniques de Détection et Attribution appliquées aux reconstructions du projet RECCAP (1960–2005), nous avons ensuite évalué si leur présence pouvait influer sur la détection d’une contribution climatique à l’évolution des flux de carbone océaniques. Nous avons ainsi démontré que la contribution climatique n’est pas détectée dans les océans des hautes latitudes du fait de la présence de ces variations. L’absence de fortes variations décennales dans les océans des basses latitudes permet en revanche de détecter une modification de leur puits carbone associée au changement climatique
Since the industrial revolution, oceans have absorbed roughly one quarter of the anthropogenic emissions of CO2, slowing down climate change. The evolution of the ocean carbon sink, paralleled to the anthropogenic CO2 emissions, is ruled by the CO2 as well as climate. Influence of atmospheric CO2 in the recent evolution of the ocean carbon sink is well understood whilst this is not the case for the climate’s one. Indeed, some authors claim that the recent variations of the ocean CO2 sink can be attributed to climate change, whereas some others suggest that these latter are controlled by a decadal variability, which is poorly understood. In this thesis, we address question relative to the role of the decadal variability of the ocean carbon fluxes through the mean of numerical modeling. On one hand, we have demonstrated that ocean carbon fluxes exhibit decadal fluctuations within the high latitudes oceans. These fluctuations displays modes of 10 to 50-year long which account for 20–40% of the year-to-year variability. Thanks to Detection & Attribution methods applied to RECCAP project’s reconstructions (1960–2005), we have then assessed whether the occurrence of fluctuations at decadal time scale could hamper the detection of the climate contribution to the recent evolution of ocean carbon fluxes. We have shown that the climate contribution is indeed not detected in the high latitude oceans due to the presence of decadal mode of variability. In the low latitude oceans instead, the weaker fluctuations of ocean carbon fluxes at decadal time scale favor the detection of climate influence in the recent variations of the CO2 fluxes

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Muñoz-Cobo, Belart Joaquín. "Bilan de masse des glaciers islandais depuis 1945 : reconstruction et relation avec la variabilité climatique." Thesis, Toulouse 3, 2018. http://www.theses.fr/2018TOU30236.

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Abstract:

Le bilan de masse des glaciers est fortement lié au climat. Aux hautes latitudes, l'accumulation de neige pendant l'hiver et la fonte de glace pendant l'été sont les principales composantes du bilan de masse. En Islande, le bilan de masse des trois plus larges calottes glaciaires (~600-~8000 km²) a été suivi régulièrement depuis 25 ans notamment grâce à des mesures in situ. Mais les bilans de masse des autres glaciers et calottes glaciaires islandaises ont été très peu étudiés. Aujourd'hui, les données de télédétection, notamment via la comparaison des modèles numériques du terrain (MNT), permettent de mesurer le bilan de masse par la méthode géodésique. Pour ces glaciers et calottes de plus petites tailles (de 1 km² et à quelques centaines de km²), les photographies aériennes, l'imagerie satellitaire stéréoscopique sub-métriques, et le lidar aérien sont parfaitement adaptées. Cette thèse se focalise donc sur l'estimation des bilans de masse des " petits " glaciers et calottes islandaises depuis le pas de temps saisonnier jusqu'à pluri-décennal et leur relation avec les variations spatiales et temporelles du climat. Le bilan de masse hivernal de la calotte du Drangajökull (NO-Islande) a été mesuré par des images satellitaires stéréoscopiques sub-métriques (données Pléiades et WorldView-2) acquises au début, milieu et à la fin de l'hiver 2014-2015. Les changements de volume ont été convertis en bilan de masse grâce à des mesures in situ de densité de neige, et validés avec des mesures in situ de profondeur de neige. Ce travail permet d'envisager désormais un suivi du bilan de masse saisonnier sans un laborieux travail de terrain. Une importante archive de photographies aériennes est disponible en Islande depuis 1945. Ces données offrent une revisite de 5 à 20 ans pour la majorité des glaciers. De plus, depuis 2000, cette archive est complétée par les données des capteurs satellitaires stéréoscopiques et de lidar aérien acquis entre 2008 et 2013. Cet ensemble de données est exploité pour créer une série temporelle de 70 ans de bilan de masse en Islande. La calotte d'Eyjafjallajökull (~70 km²) sert de zone test pour la création et l'automatisation d'une chaîne de traitement, basée sur des logiciels libres. [....]
The mass balance of a glacier is strongly connected to climate. At high latitudes, mass balance is typically controlled by snow accumulation during the winter and the glacier ablation during the summer. In Iceland, direct mass balance observations have been mostly focused on the three largest ice caps (~600 to ~8000 km2), measured in situ for the last 25 years. There are, however, glaciers and ice caps distributed over all quarters of the country that lack mass balance observations. Remote sensing data with the capability to retrieve the glacier surface geometry through Digital Elevation Models (DEMs) are valuable tools to measure mass balance using the geodetic method. For a typical Icelandic glacier (with an area between 1 km2 and hundreds of km2), this can be optimally achieved from optical stereoscopic imagery, emplaced in airborne or spaceborne sensors, and from airborne lidar. This thesis focuses on remote sensing techniques to accurately measure geodetic mass balance from seasonal to decadal time spans and the relationship of mass balance to climate. As an example of seasonal mass balance, the winter mass balance of Drangajökull was measured from satellite sub-meter stereo images at the beginning, middle and end of the 2014-2015 winter using data from the Pléiades and WorldView-2 satellites. The results were complemented with in situ snow density measurements and validated with snow thickness measurements. The study concludes that images from the sensors mentioned above may often be used to monitor seasonal mass balance without tedious field logistics. A vast archive of aerial photographs exists for Iceland extending back to 1945. Since then, most glaciers were surveyed every 5 to 20 years. In addition, a wealth of modern satellite stereo images is available since the early 2000s as well as airborne lidar data in 2008-2013. This creates a unique dataset to construct a 70-year time series of geodetic mass balances.[...]

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Nabat, Pierre. "Intéractions aérosols-rayonnement-nuages et variabilité climatique en méditerranée - Approche par la modelisation régionale couplée." Thesis, Toulouse, INPT, 2014. http://www.theses.fr/2014INPT0071/document.

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Abstract:

Le bassin méditerranéen est sujet à de nombreuses sources d'aérosols présentant une variabilité spatio-temporelle élevée. Ces aérosols interagissent de manière directe avec les rayonnements solaire et thermique, et de manière indirecte avec les nuages et la dynamique atmosphérique. Ils peuvent donc avoir un impact important sur le climat de cette région. Ce travail de thèse, à la frontière entre les projets HyMeX et ChArMEx, considère une approche par la modélisation régionale couplée pour répondre aux questions des interactions aérosols-rayonnement-nuages par rapport à la variabilité climatique de la région méditerranéenne. Afin de mieux caractériser les aérosols méditerranéens, une nouvelle climatologie mensuelle et interannuelle d'épaisseur optique a été développée à partir d'une combinaison de produits satellites et de modèles. Ce jeu de données, disponible pour tous les modèles régionaux de climat en Méditerranée sur la période 1979-2012, a été mis au point dans le but d'obtenir la meilleure estimation possible du contenu atmosphérique en aérosols pour les cinq types considérés (sulfates, carbone suie et organique, poussières désertiques et sels marins). Des ensembles de simulations réalisées sur la période 2003-2009 avec et sans aérosols montrent un impact majeur sur le climat régional. Cet impact se caractérise par un forçage radiatif négatif en surface (dû à la diffusion et l'absorption du rayonnement solaire incident) de -15 W.m−2 en moyenne annuelle sur la mer Méditerranée, par un refroidissement induit en surface à la fois sur mer et sur terre de l'ordre de 0.5◦C en moyenne annuelle, par une diminution moyenne des précipitations ainsi que par des changements de nébulosité. Le cycle saisonnier et les structures spatiales du climat méditerranéen sont ainsi significativement modifiés, ainsi que certaines situations spécifiques comme la canicule de juillet 2006 qui a été renforcée par la présence d'aérosols désertiques. Le rôle essentiel de la température de surface de la mer Méditerranée dans la réponse du climat aux aérosols est mis en évidence, et permet de comprendre les modifications induites des flux air-mer (notamment la diminution de la perte en chaleur latente) et ses conséquences sur le climat régional. La convection océanique en mer Méditerranée est également renforcée par la présence d'aérosols. En outre, on démontre que la diminution des aérosols anthropiques observée depuis plus de trente ans a contribué significativement aux tendances climatiques de rayonnement (représentant 81 ± 15 % de l'éclaircissement) et de température (représentant 23 ± 5 % du réchauffement) observées en Europe et en Méditerranée. D'autre part, un schéma interactif d'aérosols a été mis en place dans le modèle atmosphérique ALADIN-Climat afin de pouvoir comprendre les processus liés aux aérosols à l'échelle quotidienne. On montre ici la capacité de ce schéma de simuler de manière réaliste les aérosols présents en Méditerranée, notamment dans le cas des intrusions de poussières désertiques observées pendant la campagne de mesures ChArMEx/TRAQA. Un exercice d'intercomparaison avec d'autres modèles intégrant les aérosols désertiques confirme la performance du nouveau schéma. De plus, utiliser un schéma prognostique d'aérosols au lieu d'une climatologie mensuelle permet de mieux reproduire les variations quotidiennes et en particulier les extrêmes de rayonnement et de température en surface. Cela induit aussi une modification du climat moyen, dans la mesure où les variations des aérosols et de leurs effets dépendent des régimes de temps et de la nébulosité. Cette thèse conclut ainsi à la nécessité pour les systèmes climatiques de modélisation régionale en Méditerranée de bien prendre en compte les effets radiatifs des aérosols et leur variabilité spatiotemporelle, y compris à haute fréquence
The Mediterranean basin is affected by numerous and various aerosols which have a high spatiotemporal variability. These aerosols directly interact with solar and thermal radiation, and indirectly with clouds and atmospheric dynamics. Therefore they can have an important impact on the regional climate. This work, located at the boundary between the ChArMEx and HyMeX programs, considers a coupled regional modeling approach in order to address the questions of the aerosol-radiation-cloud interactions with regards to the climate variability over the Mediterranean. In order to improve the characterization of Mediterranean aerosols, a new interannual monthly climatology of aerosol optical depth has been developed from a blended product based on both satellitederived and model-simulated datasets. This dataset, available for every regional climate model over the Mediterranean for the 1979-2012 period, has been built to obtain the best possible estimate of the atmospheric aerosol content for the five species at stake (sulfate, black carbon, organic matter, desert dust and sea salt particles). Simulation ensembles, which have been carried out over the 2003-2009 period with and without aerosols, show a major impact on the regional climate. This impact is characterized by a negative surface radiative forcing (due to the absorption and the scattering of the solar incident radiation) of -15 W.m−2 on annual average over the Mediterranean Sea, an induced surface cooling both over land and sea of about -0.5◦C on annual average, a decrease in precipitation as well as cloud cover changes. The seasonal cycle and the spatial patterns of the Mediterranean climate are significantly modified, as well as some specific situations such as the heat wave in July 2006 strengthened by the presence of desert dust particles. The essential role of the Mediterranean sea surface temperature is highlighted, and enables to understand the induced changes on air-sea fluxes (notably the decrease in the latent heat loss) and the consequences on regional climate. Oceanic convection is also strengthened by aerosols. In addition, the decrease in anthropogenic aerosols observed for more than thirty years is shown to significantly contribute to the observed Euro-Mediterranean climatic trends in terms of surface radiation (representing 81 ± 15 % of the brightening) and temperature (representing 23 ± 5 % of the warming). Besides, an interactive aerosol scheme has been developed in the atmospheric model ALADINClimate in order to better understand aerosol processes at the daily scale. This scheme shows its ability to represent correctly the aerosol patterns over the Mediterranean, especially with regards to dust outbreaks that were measured during the ChArMEx/TRAQA field campaign. An intercomparison exercise with several dust models confirms the performance of the new scheme. Moreover, the use of a prognostic aerosol scheme instead of a monthly climatology enables to better reproduce the daily variations of surface radiation and temperature and related extremes. This also leads to changes in the mean climate, insofar as aerosol variations and their effects depend on weather regimes and cloud cover. Finally this study concludes with the need for regional climate system models over the Mediterranean to take into account the radiative aerosol effects and their spatio-temporal variability, including at high frequency. The impacts of these radiative effects on numerous parameters (radiation, temperature, humidity, ocean-atmosphere fluxes, oceanic circulation, etc.) are indeed shown and understood at different space and time scales (daily variability, seasonal cycle, climate trends, spatial structures). This work has also shown the importance of the coupling between the atmosphere and the Mediterranean Sea for aerosol-climate studies in this region

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Meyssignac, Benoit. "La Variabilité Régionale du Niveau de la Mer." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00779038.

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Abstract:

Au cours du XXème siècle, les mesures marégraphiques ont permis d'estimer la hausse du niveau de la mer global à 1.7 mm.a-1. Depuis deux décennies, les observations faites par les satellites altimétriques indiquent une hausse du niveau de la mer plus rapide, de 3.2 mm. a-1 sur la période 1993-2011. Grâce à leur couverture quasi-globale, les observations spatiales ont aussi révélé une forte variabilité régionale dans la hausse du niveau de la mer qui dépasse de beaucoup la hausse moyenne globale dans de nombreuses régions du globe. Cette composante régionale qui s'ajoute à la hausse globale pour donner le niveau de la mer total local, est essentielle dans l'étude des impacts de la hausse du niveau de la mer sur les régions côtières et les îles basses. Dans cette thèse, nous analysons les observations de la variabilité régionale de la hausse du niveau de la mer, nous proposons une reconstruction de cette variabilité régionale depuis 1950 (i.e. avant l'avènement de l'altimétrie spatiale) et nous étudions ses causes et ses origines. Tout d'abord, nous proposons une reconstruction de la variabilité régionale du niveau de la mer dans le passé (avant la période altimétrique) en combinant des données marégraphiques avec les structures spatiales propres de l'océan déduites des modèles d'océan. Cette méthode permet de reconstruire le niveau de la mer en 2 dimensions depuis 1950, sur la majeure partie du globe, avec une résolution proche de celle de l'altimétrie spatiale. Ensuite, nous appliquons la méthode de reconstruction pour estimer la variabilité régionale de la hausse du niveau de la mer passée dans trois régions sensibles au réchauffement climatique : le Pacifique tropical, la mer Méditerranée et l'océan Arctique. Nous en déduisons pour ces régions la hausse totale ( régionale plus moyenne globale) du niveau de la mer local au cours des dernières décennies. Pour les sites où l'on dispose de mesures du mouvement de la croûte terrestre, nous évaluons la hausse local du niveau de la mer relatif (i.e. hausse du niveau de la mer totale plus mouvement de la croûte local) depuis 1950. Le but est de permettre les études de l'impact local de la hausse du niveau de la mer aux échelles climatiques. Enfin, nous analysons l'origine de la variabilité régionale de la hausse du niveau de la mer pour déterminer si elle est due à l'activité anthropique ou si elle résulte de la variabilité naturelle du système climatique. Nous nous focalisons sur le Pacifque tropical qui est marqué par une très forte variabilité régionale de la hausse du niveau de la mer depuis 1993. Grâce a la reconstruction du niveau de la mer depuis 1950, nous montrons que cette variabilité régionale récente (17 dernières années) n'est pas stationnaire dans le temps mais qu'elle fluctue en lien avec une basse fréquence du mode de variabilité ENSO. Avec les modèles de climat du projet CMIP3, nous montrons de plus que cette variabilité régionale est essentiellement d'origine naturelle (variabilité interne du système climatique) et que l'impact anthropique y est trop faible pour l'instant pour y être détecté.

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Davin, Edouard. "Etude de l'effet biophysique du changement d'occupation des sols sur le système climatique." Paris 6, 2008. http://www.theses.fr/2008PA066138.

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Abstract:

Les activités humaines ont radicalement modifié la distribution de la couverture végétale à la surface des continents en convertissant les écosystèmes naturels en systèmes agricoles. En plus d'influencer le climat en contribuant aux émissions de gaz à effet de serre (effet biogéochimique), ces changements de la couverture végétale peuvent affecter les conditions climatiques en modifiant les propriétés de la surface telles que l'albédo, la rugosité et l'évapotranspiration (effet biophysique). L'objectif de cette thèse est d'évaluer l'importance de cet effet biophysique sur le climat des 150 dernières années et du siècle prochain. Cette question est étudiée en utilisant le modèle de climat de l'IPSL qui représente l'océan, l'atmosphère, la glace de mer et les surfaces continentales. Deux scénarios d'occupation des sols, l'un pour la période historique et l'autre pour le siècle prochain sont étudiés. Ces scénarios conduisent à un refroidissement global dans le modèle avec des disparités régionales importantes. Globalement, l'influence de la modification des paramètres biophysiques de la surface est faible comparativement à l'effet de l'augmentation récente des gaz à effet de serre. En revanche dans certaines régions, la modification de la couverture végétale peut être un facteur important du changement climatique. Notamment, la déforestation massive de l'Amazonie qui se produit dans le scénario futur a un impact important sur le climat régional du modèle. Nous trouvons également que cette déforestation peut potentiellement modifier la circulation atmosphérique à grande échelle et peut favoriser une intensification de la variabilité liée au phénomène ENSO. L'ensemble de ce travail montre finalement l'importance de prendre en compte l'effet biophysique du changement d'occupation des sols pour simuler de façon plus réaliste l'évolution du climat.

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Grelaud, Michaël. "Variabilité climatique multi-échelles depuis le pléistocène terminal jusqu'à l'actuel, sur la marge pacifique nord américaine." Aix-Marseille 3, 2008. http://www.theses.fr/2008AIX30059.

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Abstract:

L'hydrographie de surface de la marge Pacifique nord américaine est caractérisée par le système de courants de Californie dont l'intensité répond saisonnièrement à la dynamique des cellules atmosphériques nord-est Pacifique. Sur une plus grande échelle de temps, son intensité dépend d'oscillations climatiques : l'Oscillation Australe - El Nino (ENSO) et l'Oscillation Pacifique Décennale (PDO). Les assemblages fossilisés de coccolithophoridés de bassins sédimentaires océaniques (Santa Barbara et Soledad) ont permis de reconstruire la dynamique climatique de ces oscillations sur les derniers 28000 ans. L'ENSO et la PDO ont persisté durant toute cette période et se sont renforcées au cours du temps, leur cyclicité répondant à la précession des équinoxes. Les maxima de leur intensité sont observés à l'Holocène moyen et durant le 20ème siècle. L'étude morphométrique des coccolithes montre que leur calcification est principalement contrôlée par la température des eaux de surface océaniques
The North American Pacific margin surface hydrography is characterized by the California Current System (CCS) whose intensity seasonally responds to the dynamic of northeastern Pacific atmospheric cells. On longer time scales, CCS's intensity depends on climatic oscillators: the El Nino Southern Oscillation (ENSO) and Pacific Decadal Oscillation (PDO). The fossil assemblages of coccolithophores in two oceanic sedimentary basins (Santa Barbara and Soledad) were used to reconstruct the dynamics of these climate oscillations over the last 28,000 years. The ENSO and PDO have persisted throughout this period and have strengthened over time, their cyclicity responding to the precession. The maxima of their intensity are observed during the middle Holocene and during the 20th century. The morphometry of coccoliths shows that calcification is mainly controlled by sea surface temperature

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Barhoumi, Chéïma. "Histoire des feux, dynamique de la végétation et variabilité climatique de l’Holocène en République de Komi." Thesis, Montpellier, 2019. http://www.theses.fr/2019MONTG055.

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Abstract:

Le changement climatique en cours entraîne et va entraîner encore d’importantes modifications au niveau de la structuration et de la biodiversité des écosystèmes forestiers. Les forêts boréales, qui comptent parmi les plus grands biomes forestiers de la planète (32 % du couvert forestier mondiale) sont particulièrement impactés par de tels changements. Les incendies y sont des perturbateurs majeurs et ils participent à la dynamique de ces forêts. La récente augmentation des activités de feux dans ces écosystèmes soulève des questions d’ordre écologique et socio-économique. Les conséquences du réchauffement climatique global sont déjà observées dans ces régions, notamment au Canada et en Russie, où des hivers et des printemps plus chauds (augmentation de 2 à 3°C) ont été enregistrés depuis les années 1960. De plus, le changement climatique en cours renverse le bilan net du stockage de carbone les forêts boréales semblent maintenant passer de leur état de puit de carbone à un état source de carbone. Afin de mieux comprendre les mécanismes sous-jacents au fonctionnement de ce type de forêt, et afin de mieux anticiper les changements encore à venir, l’étude de sa dynamique passée permet d’apporter des éléments de réponses. L’objectif de la thèse consiste à étudier et comprendre les intéractions entre la dynamique des incendies, de la végétation et du climat de l’Holocène (derniers 11700 ans) en République de Komi, une région de Russie, dont ces questions ont été très peu documentées. Dans un premier temps, l’étude de la dynamique des incendies a révélé que la fréquence de feu a augmenté de manière graduelle tout au long de l’Holocène. Les changements de végétation au cours de l’Holocène ont été retracés à partir de l’analyse des grains de pollen et du modèle REVEALS. Une forêt de type taïga claire (type particulier de forêt boréale) s’est développée au début de l’Holocène, de 10000 à 6000 cal. yr BP. Ensuite, de 10000 à 3500 cal. yr BP, une taïga sombre s’est installée. Puis à partir de 3500 cal. yr BP, on observe le retour progressif de la taïga claire. Les reconstitutions paléoclimatiques basées sur une double approche, pollen et biomarqueurs moléculaires (brGDGts), ont mis en évidence un optimum climatique entre 7000 et 4000 cal. yr BP. La mise en relation de ces résultats les uns avec les autres nous a amené à conclure que pour la première moitié de l’Holocène, le climat a une influence majeure sur la végétation. Puis à partir de 3500 cal. yr BP, le passage de la fréquence des feux sous une valeur seuil (FRI, Intervalle de retour de feu < 200 ans) a eu un impact plus fort que le climat sur la végétation. Depuis les 600 dernières années, l’intensification des activités humaines a mené à une surexploitation de la forêt et à une augmentation de son activité. Un autre aspect de la thèse a consisté à étudier les dynamiques des incendies de deux autres régions, en Carélie, et dans la région sud du Lac Baïkal. La dynamique des feux y a été plus complexe qu’en République de Komi, car elle n’a pas suivie la même tendance à la décroissance graduelle du FRI
Ongoing climate change is causing and will continue to cause significant changes in the structure and biodiversity of forest ecosystems. Boreal forests, which are among the world's largest forest biomes (32% of the world's forest cover), are particularly affected by such changes. Fires are major perturbators and contribute to the dynamics of these forests. The recent increase in fire activity in these ecosystems raises ecological and socio-economic issues. The consequences of global warming are already being observed in these regions, particularly in Canada and Russia, where warmer winters and springs (2 to 3°C increase) have been recorded since the 1960s. In addition, ongoing climate change is reversing the net carbon storage of boreal forests, which now appears to be shifting from their carbon sink state to a carbon source state. In order to better understand the mechanisms underlying the functioning of this type of forest, and to anticipate future changes, the study of its past dynamics allows us to provide some answers. The aim of this phD is to study and understand the interactions between the dynamics of Holocene fire, vegetation and climate (last 11700 years) in the Republic of Komi, a region of Russia, where these questions have been very poorly documented. Vegetation dynamics during the Holocene were reconstructed from pollen grain analysis and the REVALS model. An open light forest (a particular type of boreal forest) developed in the early Holocene, from 10,000 to 6,000 cal. yr BP. Then, from 10000 to 3500 cal. yr BP, a dark taiga settled. Then from 3500 cal. yr BP, we observe the gradual return of the light taiga. Paleoclimatic reconstructions based on a dual approach, pollen and molecular biomarkers (brGDGts), have shown a climatic optimum between 7000 and 4000 cal. yr BP. The relationship between these results led us to conclude that for the first half of the Holocene, climate had a major influence on vegetation. Then from 3500 cal. yr BP, the change in fire frequency below a threshold value (FRI, Fire Return Interval < 200 years) had a greater impact on vegetation than the climate. Over the past 600 years, the intensification of human activities led to overexploitation of the forest and an increase in its fire activity. Another aspect of the phD was to study the fire dynamics of two other regions, in Karelia and in the southern region of Lake Baikal. Fire dynamics were more complex than in the Republic of Komi, as they did not follow the same trend of gradual decline in the FRI

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Adallal, Rachid. "Variabilité environnementale des lacs du moyen Atlas marocain : fonctionnement hydrogéochimique, hydrologique et réponse au changement climatique." Thesis, Aix-Marseille, 2019. http://theses.univ-amu.fr.lama.univ-amu.fr/190503_ADALLAL_832bmr769lk231jud210zypqc_TH.pdf.

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Abstract:

La région sud de la Méditerranée, située à l’interface des climats aride et tempéré, est extrêmement vulnérable au changement climatique avec un fort impact sur les ressources en eaux. Le Moyen Atlas marocain draine les plus grands fleuves du pays et possède plusieurs lacs d’origine tectono-karstique. Ces lacs peuvent être considérés comme des sentinelles des changements hydroclimatiques, à condition de comprendre les mécanismes qui régissent leur fonctionnement hydrologique en lien avec le climat actuel. Cette thèse s’est concentrée sur la caractérisation des fonctionnements hydrogéochimique et hydro-isotopique lac Azigza à l’échelle mensuelle (octobre 2012 – octobre 2016). Les paramètres physico-chimiques et chimiques ont permis de proposer les mécanismes associés à la minéralisation des eaux lacustres et à la caractérisation des apports en eaux du bassin versant. Les données isotopiques ont permis de préciser l’origine des eaux, l’altitude de recharge, le renouvellement des eaux et d’établir une estimation des flux d’eau. L’acquisition des données journalières du niveau du lac a mis en évidence la réponse rapide du lac aux évènements de précipitations. De plus, le suivi du niveau de lac sur la période d’observation montre une diminution d’environ 4 m. Ce qui nous a permis de simuler les variations du niveau du lac sur la période instrumentée et d’aboutir à la quantification des apports en eaux du bassin versant et des pertes par voie souterraine. De façon exploratoire, le modèle hydrologique a ensuite été testé pour reconstituer les variations historiques du niveau du lac. En prospective, la réponse du lac Azigza face au changement climatique futur est discutée
The southern Mediterranean region, at the interface between arid and temperate climates, is highly vulnerable to climate change and water availability. The moroccan Middle-Atlas mountains contains several natural lakes regarded as sentinels of hydro-climatic changes, provided that their hydrological functioning is clearly understood. This thesis work was focused on the study of the hydrogeochemical and hydro-isotopic functioning of Azigza lake based on a monthly monitoring (October 2012–October 2016). The physicochemical and chemical parameters (major elements), allowed to propose the mechanisms associated with the mineralization of lake waters and the characterization of groundwater inflows from watershed into the lake. The waters of the Azigza lacustrine system fall under the calcium-magnesium-bicarbonate category. The lake is hot monomictic type. The waters show a seasonal response to climatic variations.The isotopic data allow to specify the origin of waters, the recharge altitude, the residence time of waters. The daily data of water level highlights the fast response of the lake to precipitation. During the whole observation period, the lake level decreased by about 4 meters. This approach was used to simulate the variations of the lake level over the observation period and to quantify the contributions of the groundwater flows. This approach was used to simulate the variations of the lake level over the observation period and to quantify the contributions of the groundwater flows. The hydrological model was then tested to reconstruct historical lake level variations. Finally, the possible use of the model to predict future lake level is discussed

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Davtian, Nina. "Variabilité climatique et environnementale du dernier cycle glaciaire en Méditerranée occidentale : apports des nouveaux biomarqueurs organiques." Thesis, Aix-Marseille, 2019. http://www.theses.fr/2019AIXM0025.

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Abstract:

L’objectif de ma thèse est de mieux comprendre la genèse des signaux basés sur les lipides membranaires d’archées et de bactéries, les tetraéthers, en contexte marin côtier à partir de deux archives sédimentaires adjacentes prélevées dans le Golfe du Lion et couvrant le dernier cycle glaciaire. Ces archives ont été prélevées sur le haut du talus continental, qui est relativement peu profond et reçoit des apports terrigènes conséquents en période glaciaire. Le site d’étude a donc des taux d’accumulation de l’ordre du mètre par millier d’années en période glaciaire, ce qui me permet d’étudier la variabilité rapide des climats du Quaternaire en plus de leur variabilité à plus long terme. Premièrement, j’ai considérablement amélioré la méthode d’analyse des tetraéthers, en adoptant une nouvelle méthode de séparation des isomères et en optimisant l’instrument d’analyse ainsi que la détection des signaux. Deuxièmement, j’ai testé un nouveau paléothermomètre océanique basé sur les tetraéthers hydroxylés (indice RI-OH) pour la première fois en Méditerranée occidentale. Troisièmement, j’ai étudié les origines des tetraéthers et leurs réactions aux variations du niveau marin. Le nouveau paléothermomètre océanique donne des résultats particulièrement encourageants en dépit des apports terrigènes. Cependant, les tetraéthers bactériens ont des origines mixtes ainsi que des réponses complexes et non linéaires aux variations du niveau marin. Les explications plausibles comprennent la dynamique sédimentaire complexe du Golfe du Lion ainsi que les biais des signaux dérivés des tetraéthers
The aim of my PhD is to better understand the genesis of signals based on archaeal and bacterial membrane lipids, tetraethers, in coastal marine environments by studying two adjacent sedimentary archives taken from the Gulf of Lions and covering the last glacial cycle. These archives were taken from the relatively shallow upper continental slope, which receives substantial terrigenous inputs during glacial periods. The study site thus has accumulation rates of about one meter per thousand years during glacial periods, which allows me to study the abrupt variability of Quaternary climates in addition to their longer-term variability. First, I have considerably improved the analysis of tetraethers, by adopting a new method for isomer separation and by optimizing the analytical instrument and signal detection. Second, I have tested a novel oceanic paleothermometer based on hydroxylated tetraethers (RI-OH index) for the first time in the western Mediterranean Sea. Third, I have studied the origins of tetraethers and their responses to sea level variations. The novel oceanic paleothermometer gives particularly encouraging results despite terrigenous inputs. However, bacterial tetraethers have mixed origins and complex, non linear responses to sea level variations. Possible explanations include the complex sedimentary dynamics of the Gulf of Lions and biases in tetraether-based signals

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Sanchi, Lise. "Variabilité climatique de la dernière période glaciaire en Europe : apports des tétraéthers méthylés et indicateurs associés." Thesis, Aix-Marseille, 2013. http://www.theses.fr/2013AIXM4331.

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Abstract:

Afin de mieux comprendre la sensibilité du continent européen aux changements climatiques, le potentiel des tétraéthers de glycérol ramifiés (ou « méthylés »), supports de nouveaux indicateurs de température et du pH des sols, a été étudié dans 2 archives sédimentaires. Ces 2 carottes de sédiments marins prélevées à l’embouchure de grands fleuves (Danube et paléo fleuve Manche) de part et d’autre de l’ancienne calotte glaciaire fennoscandinave, offrent l’opportunité d’obtenir des enregistrements contenant une information intégrée à l’échelle de vastes bassins versants depuis le dernier cycle glaciaire. Des reconstitutions continues des températures glaciaires obtenues à partir de l’analyse des tétraéthers ramifiés dans ces carottes sont présentées. Ces enregistrements sont interprétés avec précaution du fait de la relative méconnaissance des organismes producteurs des tétraéthers ramifiés et leur possible production en milieu aquatique. La haute résolution temporelle des reconstitutions permet toutefois de mieux comprendre la variabilité climatique abrupte de la dernière période glaciaire, de part l’estimation des températures associées aux évènements de Heinrich et cycles de Dansgaard-Oeschger, notamment par une estimation quantitative en Europe centrale-est. De plus, l’apport des tétraéthers à la reconstitution du pH des paléosols de cette partie du continent est étudié. Par ailleurs, une méthode automatisée de purification des échantillons, préalable à l’analyse des tétraéthers par HPLC-MS a été mise au point, afin de faciliter le travail préparatoire et promouvoir l’analyse de paléo séquences à haute résolution temporelle utilisant les tétraéthers
In order to better understand the sensibility of the European continent to climate changes, the potential of branched tetraether lipids, as bases of temperature and soil pH proxies, has been studied in two sedimentary archives. These two marine sediment cores have been chosen for their location at the mouth of major rivers (Danube and paleo Channel river) on both sides of the ancient Fennoscandian ice sheet. Indeed, they enable to get records containing information integrated at large drainage basin scale, since the last glacial cycle. Thus, continuous temperature reconstructions of the last glacial period in Europe, based on branched tetraethers extracted from these cores, are presented. These records are carefully interpreted, notably because of the uncertainties on the tetraether producers and their likely production in the aquatic environment. The high temporal resolution of the reconstruction however enables insights into the last glacial abrupt climate variability, with temperature estimates of Heinrich events and Dansgaard-Oeschger cycles, and especially, quantitative estimations in central eastern Europe. Moreover, the reconstruction of past soil pH in this part of the continent is investigated. Last, an automated purification method for archaeal and bacterial tetraethers in soils and sediments has been developed in order to contribute to enhancing the time resolution of paleosequences based on tetraether biomarkers

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Lempereur, Morine. "Variabilité saisonnière et interannuelle de la croissance du chêne vert méditerranéen et vulnérabilité au changement climatique." Thesis, Montpellier, 2015. http://www.theses.fr/2015MONTS075/document.

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Abstract:

La croissance secondaire est à l'origine de l'accumulation de biomasse pérenne par les arbres et détermine en partie la capacité des écosystèmes forestiers à stocker du carbone. Cependant, les contraintes environnementales sur la croissance en milieu méditerranéen sont encore mal décrites et nous ne savons pas comment les changements climatiques futurs vont les modifier. L'objectif de la thèse est de déterminer, principalement à partir de l'étude de l'allocation du carbone à la croissance secondaire, les réponses fonctionnelles saisonnières et interannuelles du chêne vert (Quercus ilex L.) aux variations climatiques en région méditerranéenne. L'utilisation de différentes approches expérimentales, à des échelles spatiales allant du cerne à l'écosystème et à des échelles temporelles allant de la journée à plusieurs dizaines d'années, a permis de mettre en évidence l'effet de différentes contraintes environnementales (disponibilité en eau, réchauffement de la température, et densité du peuplement) sur la croissance secondaire et la composition isotopique du cerne. L'étude de la phénologie de la croissance montre que celle-ci est contrôlée directement par les températures hivernales et le déficit hydrique, plus que par la disponibilité en éléments carbonés issus de la photosynthèse. De 1968 à 2013, les changements climatiques ont entrainé une contrainte hydrique de plus en plus précoce qui s'est trouvée compensée par un début de croissance initié plus tôt dans l'année, sous l'effet du réchauffement des températures hivernales, et une meilleure efficacité d'utilisation de l'eau, sous l'effet de l'augmentation de la concentration en CO2 atmosphérique. La réduction de la mortalité et l'augmentation de la croissance observée dans des parcelles éclaircies montre que cette pratique sylvicole permet de préparer les taillis de chêne vert à l'intensification de la sècheresse prévue pour la région méditerranéenne
Tree secondary growth is responsible for woody biomass accumulation and is a major component of carbon storage in forest ecosystems. Environmental constraints on secondary growth in Mediterranean ecosystems must, however, be described in more to details to better understand how they will be modified by climate change. This dissertation aims at studying the functional responses of Mediterranean holm oak (Quercus ilex) to seasonal and inter-annual climate variations through the study of carbon allocation to secondary growth. Different experimental approaches, at spatial scales ranging from tree rings to the ecosystem and at temporal scales from the day to several decades, were used to identify the main environmental constraints (water availability, temperature warming, competition) to secondary growth and carbon isotopic composition of tree rings. The phenology of stem growth shows evidence for a direct environmental control on annual growth by winter temperature and summer drought that is more limiting than the carbon supply from photosynthesis. Climate change from 1968 to 2013 resulted in earlier water limitation on secondary growth, which was compensated by earlier growth onset, due to warmer winter temperature, and higher water use efficiency, due to increased atmospheric CO2 concentration. Thinning reduced tree mortality and increased stem growth, so thinning management in old holm oak coppices could prepare the ecosystem to better withstand the increasing drought forecasted for the Mediterranean region

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Kuentz, Anna. "Un siècle de variabilité hydro-climatique sur le bassin de la Durance : Recherches historiques et reconstitutions." Thesis, Paris, AgroParisTech, 2013. http://www.theses.fr/2013AGPT0047/document.

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Abstract:

Dans un contexte de variabilité climatique et de multiplication des usages de l'eau, la compréhension et la prévision de la variabilité des débits des cours d'eau est aujourd'hui un enjeu majeur pour améliorer la gestion des ressources en eau à l'échelle des bassins versants. En France, le bassin versant de la Durance (Alpes du Sud), lieu de multiples usages de l'eau (hydroélectricité, agriculture, alimentation en eau potable, loisirs), fait l'objet d'une attention particulière en ce qui concerne les impacts du changement climatique qui pourraient être importants du fait de sa situation géographique et de son régime partiellement nival, et remettre en question les équilibres en place permettant le partage de la ressource. Dans l'optique d'une meilleure anticipation de la variabilité hydrologique d'un bassin versant, bien connaître le passé est une étape fondamentale permettant à la fois une meilleure connaissance du fonctionnement hydrologique du bassin et une mise en perspective des projections hydro-climatiques futures. Cette thèse a pour objectif et résultat principal de faire progresser l'état des connaissances sur la variabilité hydrologique du bassin de la Durance à l'échelle du dernier siècle. Deux axes principaux ont été développés pour remplir cet objectif. Une première étape a été la recherche et la mise au jour d'un ensemble de longues séries hydrométriques concernant la Durance et ses affluents, permettant d'élever à 11 le nombre de séries centenaires de débits journaliers aujourd'hui disponibles sur ce bassin. Les nombreux documents accompagnant les données retrouvées nous ont par ailleurs permis de retracer, pour une partie de ces séries, l'évolution des méthodes utilisées pour les construire. Un processus de simulation des méthodes anciennes à partir de données horaires disponibles sur la période récente nous a permis de quantifier l'incertitude associée à ces méthodes et de mettre en évidence des biais importants causés par celles-ci sur certaines portions de séries. Une méthode de correction a été proposée et appliquée à plusieurs séries. Le deuxième axe de notre travail a consisté en la reconstitution de séries hydrologiques en différents points du bassin. À cette fin, nous avons présenté et appliqué une méthode originale appelée ANATEM de reconstitution de séries climatiques à l'échelle du bassin versant à partir de données climatiques de grande échelle (champs de pressions atmosphériques), combinées à des informations plus régionales (séries de précipitations ou de températures observées). Les séries climatiques ainsi reconstituées ont ensuite été utilisées en entrée d'un modèle hydrologique pour construire des séries de débits. Ce processus nous a permis d'obtenir une vingtaine de séries hydrologiques couvrant la période 1884-2010 sur le bassin de la Durance. La comparaison des reconstitutions hydro-climatiques avec les longues séries de débits observés aujourd'hui disponibles a permis de valider la chaîne de reconstitution sur une période de plus d'un siècle. Les séries observées et reconstituées illustrent finalement la variabilité hydrologique du bassin de la Durance qui se caractérise par une alternance de périodes sèches et humides à l'échelle de la décennie, ainsi que par une légère tendance à la baisse des débits. Ces longues séries de l'hydrologie du passé permettront de mettre en perspective les études prospectives sur les ressources en eau disponibles à l'échelle du siècle prochain
Understanding and predicting hydrological variability is becoming a major issue to improve water resources management at the watershed scale, as climate variability and multipurpose use of water increase stress on the available resources. In France, the Durance watershed (South part of the Alps) is both characterised by numerous water-related activities such as hydropower, irrigation, water supply, tourism, and by a wide range of meteorological contexts ranging from mountainous to dry Mediterranean watersheds. As a consequence, this watershed appears as very sensitive to observed and projected climate variability, with an impact on water resources sufficient to question the current balance between users. In order to better forecast the Durance watershed hydrological variability, tracing back its past evolution is an essential step. Indeed, historical knowledge provides a better understanding of how the watershed works, and put into perspective hydro meteorological projections for the next century. The main goal of this Ph.D. thesis is then to improve our knowledge of the hydrological variability of the Durance watershed over the last century. Two main themes have been developed.The first step focused on historical research, bringing to light 11 centennial time-series of daily streamflow on the Durance watershed. Those data were quite well documented, allowing us to follow the evolution of the methods used to construct some of those time-series. Based on recent streamflow time-series, a simulation process allowed us to quantify the uncertainty associated to the methods used in the past, and to highlight the significant biases they carried on some periods of time. A correction process was then developed, leading to the partial revision of some of the time-series. A second step involved reconstructing hydrological time-series at different points of the watershed. An original method, called ANATEM, has been introduced and exhaustively applied to rebuild climatological time-series at the watershed scale. This method is based on the use of large scale climatological variables (atmospheric pressure fields) combined with regional scale observations (observed precipitation or air temperature). Those reconstructed climatological time-series were then prescribed in a rainfall-runoff model, allowing the computation of hydrological simulations on the 1884-2010 period. The comparison of the simulated data with our 11 centennial observed time series allowed us to validate our hydro-climatological reconstruction chain over more than a century. Finally, the observed and simulated time-series illustrate the climatological and hydrological variability of the Durance watershed. This variability is characterised by the succession of alternatively dry and humid periods lasting for ten to fifteen years, and by a slight trend to streamflow decrease. These long-term hydrological time-series will then put into perspective future investigations on water resources available over the next century

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Dissertations / Theses on the topic 'Modes de variabilité climatique'

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