Дисертації з теми "Précipitations moyennes de surface"

La simulation hydrométéorologique continue est une approche performante pour générer de longues chroniques de débits nécessaires à l'analyse du risque de crue. Cette approche nécessite de longues chroniques de précipitations en entrée qui peuvent être générées par un générateur météorologique stochastique. Pour les petits bassins versants (10-1000 km²) où un modèle hydrologique global est pertinent et où la réponse hydrologique peut être rapide, des scénarios infra-journaliers de précipitations surfaciques moyennes sont requis.Cette thèse étudie le potentiel d'un générateur météorologique hybride infra-journalier composé de deux modèles stochastiques. Le premier modèle (GWEX) est dédié à la génération de chroniques journalières. Il modélise les occurrences de précipitations avec une chaîne de Markov et les quantités de précipitations avec une distribution à queue lourde adaptée aux événements extrêmes. Le second modèle désagrège les scénarios journaliers à une résolution horaire.Nous proposons d’abord un nouveau modèle de désagrégation basé sur l'approche de la cascade aléatoire multiplicative microcanonique (MRC). Les propriétés du générateur de la cascade dépendent continuellement de l'échelle temporelle, de l'intensité des précipitations et d’un indice d'asymétrie des précipitations introduit pour tenir compte de la structure temporelle de la séquence locale des précipitations. Le modèle MRC est comparé à des versions précédentes basées sur la même approche. La performance des modèles est évaluée en désagrégeant les observations journalières de 81 stations pluviométriques suisses. La performance globale du modèle MRC est très satisfaisante à différentes résolutions temporelles. La prise en compte de l'asymétrie des précipitations améliore significativement la reproduction de l'autocorrélation, une caractéristique que les modèles précédents, basés sur cette approche, avaient du mal à reproduire.Nous évaluons ensuite la performance du modèle hybride à générer des chroniques de précipitations surfaciques moyennes pour différentes échelles spatiales (10-1000 km²). Les paramètres des modèles GWEX et MRC sont estimés à partir des chroniques de précipitations surfaciques moyennes observées. Celles-ci sont extraites de CombiPrecip, un produit de précipitations horaires de MétéoSuisse d’une résolution de 1 km², issu d’une fusion de données radars et de pluviomètres. La performance du modèle est testée en Suisse pour un ensemble de sites et d'échelles spatiales en générant de longs scénarios de précipitations puis en comparant leurs statistiques avec celles observées. Les résultats montrent une performance satisfaisante du modèle pour différentes échelles spatiales et temporelles.Enfin, nous comparons différentes approches pour estimer les paramètres du générateur météorologique infra-journalier qui permettront de l’appliquer partout en Suisse. D’abord, différents modèles d’interpolation spatiale basés sur le krigeage et les “Thin-Plate Splines” sont considérés pour l'interpolation des paramètres obtenus à partir des données des pluviomètres. Ces modèles donnent de très bons résultats. Ensuite, la possibilité d'estimer les paramètres à partir des données de CombiPrecip est étudiée. Plusieurs longs scénarios sont générés pour un ensemble de sites et nous estimons la capacité de ces approches à reconstituer différentes caractéristiques des précipitations observées. Les deux approches sont globalement équivalentes bien que certaines différences puissent être observées avec des variations saisonnières et régionales marquées.Le modèle hybride montre des performances satisfaisantes dans différents contextes d'évaluation. Il est parcimonieux et les paramètres peuvent être estimés de manière robuste, conduisant à une forte cohérence spatiale et saisonnière. Ce modèle est facile à mettre en œuvre avec des procédures rapides d'estimation des paramètres et de simulation, ce qui facilite les applications à des fins opérationnelles
Continuous hydro-meteorological simulation is a powerful approach for generating the long-time series of river discharge required for flood risk analysis. This approach requires long precipitation time series as inputs, which can be generated by a stochastic weather generator (WGEN). For small catchments (10 - 1,000 km²), where a lumped hydrological model is relevant and the hydrological response can be rapid, sub-daily mean areal precipitation (MAP) scenarios are required.To answer these objectives, this PhD thesis investigates the potential of a hybrid sub-daily WGEN consisting of two stochastic models for that purpose. The first model, GWEX, is dedicated to generating daily time series. It models precipitation occurrences with a Markov chain and precipitation amounts with a heavy-tailed distribution adapted to extreme events. The second model disaggregates the daily scenarios to hourly resolution.In this PhD, we propose a new disaggregation model based on the microcanonical multiplicative random cascade (MRC) approach, where the properties of the cascade generator depend continuously on the temporal scale, the precipitation intensity, and a so-called precipitation asymmetry index, introduced to account for the temporal pattern of the local precipitation sequence. We compare this MRC model with previous versions based on a similar approach. The performance of the models is assessed by disaggregating daily observations from 81 rain gauge stations across Switzerland. The overall performance of this MRC model is very satisfactory at different temporal resolutions. Accounting for precipitation asymmetry significantly improves the reproduction of autocorrelation, which previous models based on this approach have struggled with.We evaluate the performance of the hybrid WGEN to generate mean areal precipitation (MAP) time series for different spatial scales ranging from 10 to 1,000 km². The parameters of GWEX and MRC are estimated on the observed MAP time series extracted from CombiPrecip, an hourly gridded precipitation product of MeteoSwiss based on radar and rain gauge measurements with a spatial resolution of 1 km². The performance of the model is tested for an ensemble of locations and spatial scales in Switzerland by generating long precipitation scenarios and comparing their statistics with the observed ones. The results show a satisfactory performance of the model for different spatial and temporal scales.Finally, we compare different approaches for obtaining the parameters of the sub-daily WGEN over Switzerland. Initially, different mapping models based on kriging and thin plate splines are considered for interpolation of the at-site parameter estimates obtained from the rain gauge data. The mapping models give very accurate results. Then, the possibility of estimating parameters from CombiPrecip data is investigated. Multiple and long scenarios are generated for an ensemble of locations and different precipitation characteristics are estimated on the scenarios to compare both approaches. Both approaches are generally equivalent, although some differences can be observed with marked seasonal and regional variations.The hybrid model shows satisfactory performance in different evaluation contexts. It is parsimonious and parameters can be robustly estimated, leading to a strong spatial and seasonal coherence. The model is easy to implement with fast estimation and simulation procedures, facilitating end-user applications

L'interaction entre la température des océans et la teneur isotopique des précipitations antarctiques est étudiée à l'aide d'un modèle de circulation générale atmosphérique, en distinguant différentes sources des précipitations. La contribution de ces sources est estimée pour des conditions climatiques modernes et glaciaires, il y a 21000 ans. Les variations entre ces climats résultent du refroidissement de l'océan et du renforcement du gradient méridien de température. Différentes reconstructions des températures tropicales glaciaires, mal connues, montrent leur forte influence sur la contribution des sources. Pour les latitudes polaires, la teneur isotopique des précipitations issues de chaque source est reliée à la température de la source et à sa distance au lieu de précipitation. Contrairement à l'idée développée par Boyle (1997), un refroidissement glaciaire généralisé des sources n'est pas susceptible de biaiser l'interprétation classique des isotopes en paléotempérature, car il est compensé dans nos simulations par une plus forte contribution des sources chaudes. La distribution de l'oxygène 18 dans l'océan est simulée à l'aide d'un modèle de circulation générale océanique, en prescrivant des flux isotopiques issus du modèle atmosphérique. Ces mêmes flux servent à simuler une 'salinité' passive, cohérente avec l'oxygène 18. Les différentes caractéristiques ainsi que la corrélation spatiale entre ces 2 traceurs, salinité et isotope, sont correctement reproduites. La modélisation permet d'étudier la sensibilité de leur relation aux flux de surface, et notamment à l'écoulement continental. L'effet du mélange océanique horizontal est apprécié par comparaison avec un modèle en boite. L'impact des conditions (température et humidité) et de la teneur isotopique de la surface océanique sur l'excès en deutérium des précipitations antarctiques est aussi évalué.

En utilisant un nouveau schéma automatique, les trajectoires des dépressions et des anticyclones synoptiques des moyennes latitudes du Pacifique Nord ont été construites à partir des données de la pression au niveau de la mer journalière (PNM) sur la période 1950-2001 Sur l'Est du Pacifique Nord, la force des anticyclones diminue et leur fréquence devient plus variable, pendant que les dépressions s'intensifient et présentent des trajectoires plus méridionales à partir du milieu des années 70. Ainsi, l'activité dépressionnaire et anticyclonique hivernales sont significativement anti-corrélées. Ces changements de l'activité transitoire se traduisent par des PNM plus faibles au niveau de la dépression des Aléoutiennes, en accord avec la phase positive de l'Oscillation Nord Pacifique, induisant des anomalies positives de la température de surface océanique (TSO) le long de la côte ouest de l'Amérique du Nord et des anomalies négatives de la TSO sur le centre du bassin. Ces conditions sont associées à des températures plus chaudes et plus de précipitations depuis l'Alaska jusqu'au Mexique, ainsi que sur le Sud-Ouest des Etats-Unis. Selon les simulations du Modèle global Couplé du Centre National de Recherches Météorologiques version 3, la fréquence hivernale des dépressions pourrait être significativement réduite dans un contexte de forte augmentation des gaz à effet de serre. Cette modification pourrait être favorable aux conditions anticycloniques sur l'Est, induisant une pondération du réchauffement anthropique le long de la côte ouest nord-américaine et une réduction / augmentation des précipitations sur les régions se situant au sud et au nord de 45°N respectivement

Ce travail de thèse propose de nouveaux concepts et outils pour des activités de simulation stochastique du temps ciblant les besoins spécifiques de l'hydrologie. Nous avons utilisé une zone climatique contrastée dans le sud-est de la France, les Cévennes-Vivarais, qui est très attractive pour les aléas hydrologiques et les changements climatiques.Notre point de vue est que les caractéristiques physiques (humidité du sol, débit) liées aux préoccupations quotidiennes sont directement liées à la variabilité atmosphérique à l'échelle des bassins. Pour la modélisation de multi-variable, la covariabilité avec les précipitations est d'abord considérée.La première étape du thèse est dédiée à la prise en compte de l'hétérogénéité de la précipitation au sein du simulateur de pluie SAMPO [Leblois et Creutin, 2013]. Nous regroupons les pas de temps dans les types de pluie qui sont organisés dans le temps. Deux approches sont testées pour la simulation: un modèle semi-markovienne et un modèle de ré-échantillonnage pour la séquence des types de pluie historiques. Grâce au regroupement, toutes sortes de précipitations sont desservies par un type de pluie spécifique. Dans une zone plus vaste, où l'hypothèse d'homogénéité climatique n'est plus valide, une coordination doit être introduite entre les séquences de types de pluie sur les sous-zones délimitées, en formant à plus grande échelle.Nous avons d'abord étudié une coordination de modèle de Markov, en appliquant des durées de séjour observées par un algorithme glouton. Cet approche respecte les accumulations de longue durée et la variabilité interannuelle, mais les valeurs extrêmes de précipitation sont trop faibles. En revanche, le ré-échantillonnage est plus facile à mettre en œuvre et donne un comportement satisfaisant pour la variabilité à court terme. Cependant, il manque une variabilité inter-annuelle. Les deux accès souffrent de la délimitation stricte des zones homogènes et des types de précipitations homogènes.Pour ces raisons, une approche complètement différente est également envisagée, où les pluies totales sont modélisées conjointement en utilisant la copule, puis désagrégés sur la petite échelle en utilisant une simulation conditionnelle géostatistique.Enfin, la technique de la copule est utilisée pour relier les autres variables météorologiques (température, rayonnement solaire, humidité, vitesse du vent) aux précipitations. Puisque la modélisation multivariée vise à être pilotée par la simulation des précipitations, la copule doit être exécutée en mode conditionnel. La boîte à outils réalisée a déjà été utilisée dans des explorations scientifiques, elle est maintenant disponible pour tester aux applications réelles. En tant qu'approche pilotée par les données, elle est également adaptable à d'autres conditions climatiques
This PhD work proposes new concepts and tools for stochastic weather simulation activities targeting the specific needs of hydrology. We used, as a demonstration, a climatically contrasted area in the South-East of France, Cévennes-Vivarais, which is highly attractive to hydrological hazards and climate change.Our perspective is that physical features (soil moisture, discharge) relevant to everyday concerns (water resources assessment and/or hydrological hazard) are directly linked to the atmospheric variability at the basins scale, meaning firstly that relevant time and space scales ranges must be respected in the rainfall simulation technique. Since hydrological purposes are the target, other near-surface variates must be also considered. They may exhibit a less striking variability, but it does exist. To build the multi-variable modeling, co-variability with rainfall is first considered.The first step of the PhD work is dedicated to take into account the heterogeneity of the precipitation within the rainfall simulator SAMPO [Leblois and Creutin, 2013]. We cluster time steps into rainfall types organized in time. Two approaches are tested for simulation: a semi-Markov simulation and a resampling of the historical rainfall types sequence. Thanks to clustering, all kind of rainfall is served by some specific rainfall type. In a larger area, where the assumption of climatic homogeneity is not considered valid, a coordination must be introduced between the rainfall type sequences over delineated sub-areas, forming rainy patterns at the larger scale.We first investigated a coordination of Markov models, enforcing observed lengths-of-stay by a greedy algorithm. This approach respects long duration aggregates and inter-annual variability, but the high values of rainfall are too low. As contrast, the joint resampling of historically observed sequences is easier to implement and gives a satisfactory behavior for short term variability. However it lacks inter-annual variability.Both approaches suffer from the strict delineation of homogeneous zones and homogeneous rainfall types.For these reasons, a completely different approach is also considered, where the areal rainfall totals are jointly modeled using a spatio-temporal copula approach, then disaggregated to the user grid using a non-deterministic, geostatistically-based conditional simulation technique. In the copula approach, the well-known problem of rainfall having atom at zero is handled in replacing historical rainfall by an appropriated atmospheric based rainfall index having a continuous distribution. Simulated values of this index can be turned to rainfall by quantile-quantile mapping.Finally, the copula technique is used to link other meteorological variables (i.e. temperature, solar radiation, humidity, wind speed) to rainfall. Since the multivariate simulation aims to be driven by the rainfall simulation, the copula needs to be run in conditional mode. The achieved toolbox has already been used in scientific explorations, it is now available for testing in real-size application. As a data-driven approach, it is also adaptable to other climatic conditions. The presence of atmospheric precursors a large scale values in some key steps may enable the simulation tools to be converted into a climate simulation disaggregation

Résumé : Le bilan d’énergie de la Terre est largement influencé par la variation de l’albédo de surface (fraction de l'énergie solaire réfléchie par une surface). Ces variations sont modifiées par la présence, l’épaisseur et les propriétés physiques de la neige. Le réchauffement climatique observé a un impact significatif sur l'évolution du couvert nival, ce qui influence grandement l'albédo de surface, et en retour modifie le climat. Malgré l’importance de l’albédo de surface, plusieurs modèles calculent l’albédo de manière empirique, ce qui peut entraîner des biais significatifs entre les simulations et les observations selon les surfaces étudiées. Le schéma de surface canadien, Canadian Land Surface Scheme, CLASS (utilisé au Canada dans les modèles climatiques Global Climate Model et Modèle Régional Canadien du Climat), modélise l’évolution spatiale et temporelle des propriétés de la neige, dont l'albédo. L’albédo de CLASS est calculé selon la hauteur et l’âge (métamorphisme) de la neige au sol, et selon l’accumulation de la neige sur la canopée. Les objectifs de ce travail sont d’analyser le comportement de l’albédo (simulé et mesuré) et d’améliorer le paramétrage de l’albédo de surface pendant l’hiver sur des régions à l’est du Canada. Plus précisément, le comportement de l’albédo a été étudié par l’analyse de la sensibilité de CLASS 3.6 aux paramètres prescrits (paramètres qui sont utilisés dans les calculs du modèle dont les valeurs sont fixes et définies empiriquement). En plus de l’analyse des variations temporelles de l’albédo en fonction des conditions météorologiques pour les terrains de végétation basse (noté "gazon") et de conifères. Aussi, l’amélioration du paramétrage a été tentée en optimisant (pour le gazon et les conifères) ou en modifiant (pour le gazon) les calculs considérant les paramètres prescrits dont l’albédo de CLASS est sensible. En premier lieu, nous avons montré que la sensibilité de l’albédo de CLASS en terrain de gazon dépend grandement du seuil du taux de précipitation nécessaire pour que l’albédo soit actualisé (à sa valeur maximale) dans le modèle. Faire varier ce seuil entraîne que les simulations quotidiennes d’albédo de surface enneigées vont s’étaler en majorité entre 0.62 à 0.8 (supérieur à l’étalement normalement simulé). Le modèle est aussi sensible à la valeur d’actualisation de l’albédo dont la variation entraîne que l’albédo enneigé quotidien peut s’étaler de jusqu’à 0.48 à 0.9. En milieu forestier (conifères), le modèle est peu sensible aux paramètres prescrits étudiés. La comparaison entre les albédos simulés et les mesures au sol montrent une sous-estimation du modèle de -0.032 (4.3 %) à SIRENE (gazon au sud du Québec), de -0.027 (3.4 %) à Goose-Bay (gazon en site arctique) et de -0.075 (27.1 %) à la Baie-James (forêt boréale). Lorsque comparée avec les données MODIS (MODerate resolution Imaging Spectroradiometer) la sous-estimation du modèle à la Baie-James est de -0.011 (5.2 %). On montre que la valeur de l'albédo mesurée lors des précipitations de neige à Goose Bay est en moyenne supérieure à la valeur d'actualisation de l'albédo dans le modèle (0.896 par rapport 0.84), ce qui peut expliquer la sous-estimation. En forêt, un des problèmes provient de la faible valeur de l'albédo de la végétation enneigée (ajout de 0.17 dans le visible), tandis que l’albédo de surface mesuré peut être augmenté de 0.37 (par rapport à la végétation sans neige). Aussi, l’albédo de la neige sur la canopée ne diminue pas avec le temps contrairement à ce qui est observé. En second lieu, nous avons tenté d’améliorer le paramétrage, en optimisant des paramètres prescrits (aucune amélioration significative n’est obtenue) et en modifiant la valeur d'actualisation de l’albédo de la neige en zone de gazon. Cette valeur, normalement fixe, a été rendue variable selon la température et le taux de précipitations. Les résultats démontrent que les modifications n’apportent pas d'améliorations significatives de la RMSE (Root Mean Square Error) entre les simulations et les mesures d’albédo. Les modifications sont toutefois pertinentes pour ajouter de la variabilité aux fortes valeurs d’albédo simulées ainsi que pour améliorer la compréhension du comportement des simulations d’albédo. Aussi, la méthodologie peut être reproduite pour d’autres études qui veulent étudier la représentativité et améliorer les simulations d’un modèle.
Abstract : The surface energy balance of northern regions is closely linked to surface albedo (fraction of solar radiation reflected by a surface) variations. These variations are strongly influenced by the presence, depth and physical properties of the snowpack. Climate change affects significantly snow cover evolution, and decreases surface albedo and snow albedo with positive feedback to climate. Despite the importance of the albedo, many models empirically compute it, which can induce significant biases with albedo observations depending on studied surfaces. The Canadian Land Surface Scheme, CLASS (used in Canada into the Canadian Regional Climate Model, and the Global Climate Model), simulates the spatial and temporal evolution of snow state variables including the albedo. The albedo is computed according to the depth of snow on the ground as well as the accumulation of snow in trees. The albedo seasonal evolution for snow on ground is estimated in CLASS from an empirical aging expression with time and temperature and a “refresh” based on a threshold of snowfall depth. The seasonal evolution of snow on canopy is estimated from an interception expression with trees type and snowfall density and an empirical expression for unloading rate with time. The objectives of this project are to analyse albedo behavior (simulated and measured) and to improve CLASS simulations in winter for Eastern Canada. To do so, sensitivity test were performed on prescribed parameters (parameters that are used in CLASS computation, their values are fixed, and determined empirically). Also, albedo evolution with time and meteorological conditions were analysed for grass and coniferous terrain. Finally, we tried to improve simulations by optimizing sensitive prescribed parameters for grass and coniferous terrain, and by modifying the refresh albedo value for grass terrain. First, we analysed albedo evolution and modelling biases. Grass terrain showed strong sensitivity to the precipitation rate threshold (for the albedo to refresh to its maximum value), and to the value of the albedo refresh. Both are affected by input data of precipitation rate and phase. The modification of precipitation threshold rate generates daily surface albedo to vary mainly (75 % of data in winter) between 0.62 and 0.8, which is a greater fluctuation than for a normal simulation over winter. The modification of the albedo refresh value generates surface albedo to vary mainly (75 %) between 0.66 and 0.79, but with extreme values, 25 % of data, from 0.48 to 0.9. Coniferous areas showed small sensitivity to studied prescribed parameters. Also, comparisons were made between simulated and measured mean albedo during winter. CLASS underestimates the albedo by -0.032 (4.3 %) at SIRENE (grass in Southern Quebec), by -0.027 (3.4 %) at Goose Bay (grass in arctic site) and by -0.075 (27.1 %) at James Bay (boreal forest) (or -0.011 (5.2 %) compared to MODIS (MODerate resolution Imaging Spectroradiometer) data). A modelling issue in grass terrain is the small and steady maximum albedo value (0.84) compared to measured data in arctic condition (0.896 with variation of an order of 0.09 at Goose Bay, or 0.826 at SIRENE with warmer temperatures). In forested areas, a modelling issue is the small albedo increase (+0.17 in the visible range, +0.04 in NIR) for the part of the vegetation that is covered by snow (total surface albedo gets to a maximum of 0.22) compared to events of high surface albedo (0.4). Another bias comes from the albedo value of the snow trapped on canopy which does not decrease with time in opposition to observed surface albedo which is lower at the end of winter and which suggests snow metamorphism occurred. Secondly, we tried to improve simulations by optimizing prescribed parameters and by modifying the albedo’s maximum value computation. Optimisations were made on sensitive prescribed parameters or on those that seemed unsuited. No significant RMSE (Root Mean Square Error) improvements were obtained from optimisations in both grass and coniferous area. Improvements of albedo simulations were tried by adjusting the maximum value (normally fixed) with temperature and precipitation rate, in grass terrain. Results show that these modifications did not significantly improved simulations’ RMSE. Nevertheless, the latter modification improved the correlation between simulated and measured albedo. These statistics were made with the whole dataset which can reduce the impact of modifications (they were mainly affecting albedo during a precipitation event), but it allows to overview the new model performance. Modifications also added variability to maximum values (closer to observed albedo) and they increased our knowledge on surface albedo behavior (simulated and measured). The methodology is also replicable for other studies that would aim to analyse and improve simulations of a surface model.

La connaissance de la repartition spatiale et temporelle des precipitations dans les regions saheliennes est une demande exprimee par les etats concernes. Dans cette optique, la repartition spatiale des precipitations a l'echelle de la saison des pluies, puis de l'evenement pluvieux a ete etudiee. Les donnees utilisees proviennent d'un reseau dense de pluviographes implante au niger. La methode d'interpolation choisie est le krigeage. A l'echelle de la saison des pluies, l'analyse a montre une grande variabilite spatiale et temporelle. L'incidence sur le calcul des isohyetes et des pluies surfaciques en a ete deduite. L'influence de la densite de postes a egalement ete soulignee. Au pas de temps de l'evenement pluvieux, une classe d'evenements a ete definie et etudiee. Leur structure spatiale s'est revelee stable dans le temps. On a pu en deduire des abaques, donnant l'erreur d'estimation de la pluie surfacique en fonction de la densite du reseau et de la taille de la surface. Ces abaques permettront aux modelisateurs de connaitre la precision de leurs variables d'entree

L’objectif de cette thèse est d'évaluer et de développer le modèle de surface ORCHIDEE (Organizing Carbon and Hydrology In Dynamic EcosystEms). Dans la première partie, l’évaluation du modèle à différentes échelles est présentée à l’aide d’ une nouvelle méthodologie basée sur une analyse spectrale et des réseaux de neurones. Cette analyse nous a permis de mettre en évidence les erreurs systématiques du modèle, et d’ouvrir de nouvelles perspectives pour les développements futurs ORCHIDEE. Dans une seconde étape, afin de mieux comprendre les effets de la neige sur les flux de carbone présents et futurs, différentes études ont été menées. Une analyse de la respiration des écosystèmes d'hiver a étéeffectuée, à l’aide de mesures de station de flux « eddy covariance ». Les résultats démontrent le rôle de la respiration d'hiver dans le bilan annuel de carbone, ainsi que les effets de la neige sur la respiration. L’objectif d’une troisième étape a été de développer un nouveau module de neige dans ORCHIDEE. Dans ce nouveau modèle, les processus internes de la neige (neige fondante par exemple / regel, infiltration de l'eau entre les couches de neige) sont pris en compte. Par ailleurs, une nouvelle paramétrisation de l’albédo des forêts a été testée. Ces développements ont été validés à l’échelle locale sur quelques sites instrumentés puis à l’aide de produits spatialisés sur les régions des hautes latitudes Nord. Des améliorations significatives ont été mises en évidence en termes de propriétés du couvert nival. Ce nouveau modèle va maintenant permettre de mieux comprendre et modéliser les cycles de l’eau et du carbone aux hautes latitudes dans de prochaines études
This thesis is to evaluate and develop a land surface model ORCHIDEE (Organizing Carbon and Hydrology In Dynamic EcosystEms). In the first part, ORCHIDEE on multiple timescales is evaluated by a novel methodology linking Artificial Neural Networks to Singular System Analysis. The joint analysis of observations and simulations uncovers the characteristics of model bias at and across timescales in different plant function types and climate groups, which provide references for future ORCHIDEE developments. To have a throughout understanding of snow effects on present and future carbon fluxes, ORCHIDEE with a decent snow model should be developed. In the second part, a site-synthesis analysis of winter ecosystem respiration and its controls across eddy covariance sites in mid- and high-latitude regions has been conducted. The result corroborates the role of winter respiration in annual carbon budget, and snow effects on winter respiration could be indirectly observed by its insulating effect on soil. The standard ORCHIDEE snow model is a simple bucket model and has been shown to bias snow simulations. In the third part, internal snow processes (e. G. Snow melting/refreezing; water infiltration between snow layers) were thus developed in ORCHIDEE. Moreover, a new forest albedo parameterization was also implemented. In the third and final parts, this newly developed snow model has been validated based on both site and continental levels, and a significant improvement has been seen in terms of snow pack properties examined. This new snow model coupled with permafrost will be used to explore high-latitude water and carbon dynamics in the future

Ce travail étudie l'impact de la température de surface, principalement océanique, sur la mousson ouest africaine, pendant la saison où les précipitations sont les plus importantes autour de de la côte guinéenne (au nord du golfe de Guinée), de fin mai à début juillet. Les données utilisées sont principalement les réanalyses ECMWF ERA5, mais également des produits de données observées : température de surface océanique, précipitations, couverture de différents types de nuages, et vent à la surface de l'océan.Une première partie expose les méthodes adoptées et le contexte saisonnier dans lequel s'inscrit cette phase côtière de la mousson, avant la migration des précipitations vers le nord du continent (Sahel) en été.Une étude climatologique tenant compte de la variabilité interannuelle est ensuite réalisée sur la période 2008-2015 : on retrouve le rôle déterminant de la langue d'eau froide (upwelling équatorial qui apparaît en mai) sur le début de la saison des pluies côtières. De plus, on met en évidence le rôle probable de l'upwelling côtier, qui se forme en juillet le long des côtes guinéennes entre 8W et 5E, sur la fin de ces précipitations côtières, via la diminution de la convergence côtière du transport d'humidité.On s'intéresse ensuite au cycle diurne, qui est important près de la côte et suit complètement la modulation de la convergence de basse couche par l'alternance brise de mer / brise de terre : là encore, l'upwelling côtier semble renforcer la brise de mer et diminuer l'intensité de la brise de terre, donc diminuer les précipitations côté océan (qui constituent la majeure partie des précipitations côtières).Pour finir, une étude à l'échelle intrasaisonnière sur la période 2000-2018 montre que l'influence océanique sur les précipitations côtières (plus précisément sur leur latitude) diminue progressivement vers la fin de la saison pour laisser le régime d'ondes d'est vers 700 hPa prendre le contrôle des précipitations, même si nos analyses suggèrent que ces deux modes interagissent entre eux. On retrouve de plus en intrasaisonnier un signal correspondant à ce qu'on trouve à l'échelle saisonnière : une intensification (diminution) de l'upwelling côtier aurait bien pour effet de diminuer (augmenter) les précipitations côtières
This work, concerning the West African monsoon, studies the role of surface temperature, mainly over the ocean, during the Spring Guinean coast rainfall season (north of the Gulf of Guinea), from May to July. The data used are mainly ECMWF ERA5 reanalyses, but also satellite observation data : ocean surface temperature, precipitation, cover of different types of clouds, and ocean surface wind.The first part describes the methods developed and the seasonal context in which this coastal phase of the monsoon occurs, before the migration of precipitation towards the Sahel latitude in summer.A climatological study taking into account the inter-annual variability is then carried out over the period 2008-2015. It evidences the determining role of the cold tongue (equatorial upwelling, which appears in May) on the beginning of the coastal rainy season. In addition, highlight is put on the probable role of coastal upwelling, which occurs in July along the Guinean coast between 8W and 5E. This occurence coincides with the end of this coastal precipitation, through the decrease of moisture transport coastal convergence. Then we study the diurnal cycle. Near the coast, it mainly consists in the modulation of the low layer convergence by the sea breeze / land breeze alternation. Again, the coastal upwelling seems to strengthen the sea breeze and decrease the intensity of the land breeze, thus reducing precipitation on the ocean side (which constitutes the major part of coastal precipitation).This work is completed by a study of intra-seasonal variability over the period 2000-2018. Main results are that the oceanic influence on coastal precipitation latitude gradually decreases towards the end of the coastal monsoon season, leaving then the regime of easterly waves around 700 hPa take control of precipitation. Our statistical results, nevertheless, suggest that these two synoptic « modes » interact with each other. Moreover, we find, at the intra-seasonal scale, a signal corresponding to what is found at the seasonal scale: an intensification (decrease) of coastal upwelling would indeed have the effect of reducing (increasing) coastal precipitation

Les épisodes de sécheresse et de canicule qui frappent épisodiquement les régions tempérées ont des conséquences préjudiciables sur les plans sanitaire, économique, social et écologique. Afin de pouvoir enclencher des stratégies de préparation et de prévention avec quelques semaines ou mois d'anticipation, les attentes sociétales en matière de prévision sont élevées, et ce d'autant plus que les projections climatiques font craindre la multiplication de ces épisodes au cours du 21ème siècle. Néanmoins, la saison d'été est la plus difficile à prévoir aux moyennes latitudes. Les sources connues de prévisibilité sont plus ténues qu'en hiver et les systèmes de prévision climatique actuels peinent à représenter correctement les mécanismes de téléconnexion associés. Un nombre croissant d'études a mis en évidence un lien statistique dans certaines régions entre l'humidité du sol au printemps et les températures et précipitations de l'été qui suit. Ce lien a été partiellement confirmé dans des modèles numériques de climat mais de nombreuses interrogations subsistent. L'objectif de cette thèse est donc de mieux comprendre le rôle joué par l'humidité du sol sur les caractéristiques et la prévisibilité du climat de l'été dans les régions tempérées. Grâce notamment au modèle couplé de circulation générale CNRM-CM, nous avons mis en œuvre des ensembles de simulations numériques qui nous ont permis d'évaluer le degré de persistance des anomalies d'humidité du sol printanière. En effet, une longue persistance est une condition nécessaire pour que ces anomalies influencent le climat à l'échelle de la saison, via le processus d'évapotranspiration de la surface. En imposant dans notre modèle des conditions initiales et aux limitées idéalisées d'humidité du sol, nous avons mis en évidence des régions du globe pour lesquelles l'état moyen et la variabilité des températures et des précipitations en été sont particulièrement sensibles à ces conditions. C'est notamment le cas sur une grande partie de l'Europe et de l'Amérique du nord, y compris à des latitudes élevées. Pour toutes ces régions, l'humidité du sol est une source prometteuse de prévisibilité potentielle du climat à l'horizon saisonnier, bien que de fortes incertitudes demeurent localement sur le degré de persistance de ses anomalies. Une expérience de prévisibilité effective coordonnée avec plusieurs systèmes de prévision montre qu'une initialisation réaliste de l'humidité du sol améliore la prévision de températures estivales principalement dans le sud-est de l'Europe. Dans d'autres régions, comme l'Europe du Nord, le désaccord des modèles provient de l'incertitude sur la persistance des anomalies d'humidité du sol. En revanche, sur les Grandes Plaines américaines, aucun modèle n'améliore ses prévisions qui restent donc très médiocres. La littérature ainsi que nos évaluations de sensibilité du climat à l'humidité du sol ont pourtant identifié cette région comme un "hotspot" du couplage entre l'humidité du sol et l'atmosphère. Nous supposons que l'échec de ces prévisions est une conséquence des forts biais chauds et secs présents dans tous les modèles sur cette région en été, qui conduisent à un dessèchement excessif des sols. Pour le vérifier, nous avons développé une méthode qui corrige ces biais au cours de l'intégration des prévisions avec CNRM-CM6. Les prévisions qui en résultent sont nettement améliorées sur les Grandes Plaines. La compréhension de l'origine des biais continentaux en été et leur réduction dans les prochaines générations de modèles de climat sont des étapes essentielles pour tirer le meilleur parti de l'humidité du sol comme source de prévisibilité saisonnière dans les régions tempérées
Severe heat waves and droughts that episodically hit temperate regions have detrimental consequences on health, economy and society. The design and deployment of efficient preparedness strategies foster high expectations for the prediction of such events a few weeks or months ahead. Their likely increased frequency throughout the 21st century, as envisaged by climate projections, further emphasizes these expectations. Nevertheless, the summer season is the most difficult to predict over mid-latitudes. Well-known sources of predictability are weaker than in winter and current climate prediction systems struggle to adequately represent associated teleconnection mechanisms. An increasing number of studies have shown a statistical link over some regions between spring soil moisture and subsequent summer temperature and precipitation. This link has been partly confirmed in climate numerical models, but many questions remain. The purpose of this PhD thesis is to better understand the role played by soil moisture onthe characteristics and predictability of the summer climate in temperate regions. By means of the CNRM-CM coupled general circulation model, we have designed a range of numerical simulations which help us evaluate the persistence level of spring soil moisture anomalies. Indeed, a long persistence is a necessary condition for these anomalies to influence the climate at the seasonal scale, through the process of evapotranspiration. By imposing in our model idealized initial and boundary soil moisture conditions, we have highlighted areas of the globe for which the average state and the variability of temperatures and precipitation in summer is particularly sensitive to these conditions. This is the case in particular for Europe and North America, including over high latitudes. Soil moisture is therefore a promising source of potential seasonal climate predictability for these regions, although the persistence of soil moisture anomalies remains locally very uncertain. An effective predictability coordinated experiment, bringing together several prediction systems, shows that a realistic soil moisture initialization improves the forecast skill of summer temperatures mainly over southeast Europe. In other regions, such as Northern Europe, the disagreement between models comes from uncertainty about the persistence of soil moisture anomalies. On the other hand, over the American Great Plains, even the forecasts with improved soil moisture initialization remain unsuccessful. Yet, the literature as well as our assessment of climate sensitivity to soil moisture have identified this region as a "hotspot" of soil moisture - atmosphere coupling. We assume that the failure of these predictions relates to the strong hot and dry bias present in all models over this region in summer, which leads to excessive soil drying. To verify this assumption, we developed a method that corrects these biases during the forecast integration based on the CNRM-CM6 model. The resulting forecasts are significantly improved over the Great Plains. Understanding the origin of continental biases in the summer and reducing them in future generations of climate models are essential steps to making the most of soil moisture as a source of seasonal predictability in temperate regions

Ce travail propose d'évaluer, dans le cas des bassins versants de la Loire supérieure, l'intérêt de modèles pluie-débit globaux pour la prévision opérationnelle des crues rapides.

Après une description du bassin à Bas-en-Basset, l'analyse critique des jeux de données disponibles met en évidence leur richesse, mais aussi leurs défauts. La grande variété des événements hydrométéorologiques touchant ces bassins apparaît particulièrement intéressante pour comparer des modèles hydrologiques.

Des modèles conceptuels simples sont apparus plus robustes et souvent plus performants que des modèles statistiques ou des réseaux de neurones artificiels. Des critères spécifiques à la prévision des crues mettent en évidence les informations sur l'évolution immédiate des débits apportées par la transformation de la pluie en débit, même si les erreurs de modélisation restent importantes et finalement proches d'un modèle à l'autre.

Un effort particulier a été porté sur l'estimation par krigeage des précipitations moyennes spatiales, pour lesquelles un modèle d'erreur est proposé et validé sur les données. Ces incertitudes, propagées dans les modèles pluie-débit, contribuent, selon la taille des bassins, à une part variable de l'erreur totale de modélisation.

Enfin un travail exploratoire a montré l'intérêt d'inclure des prévisions de pluies probabilisées dans une chaîne hydrométéorologique, pour augmenter les délais d'anticipation et prendre en compte les incertitudes associées. Toutefois, la disponibilité de ces prévisions impose des traitements préalables à leur utilisation.

Il ressort que des outils simples peuvent laisser envisager des améliorations dans ce domaine encore très perfectible de la prévision des crues.

Ce travail propose d’évaluer, dans le cas des bassins versants de la Loire supérieure, l’intérêt de modèles pluie-débit globaux pour la prévision opérationnelle des crues rapides. Après une description du bassin à Bas-en-Basset, l’analyse critique des jeux de données disponibles met en évidence leur richesse, mais aussi leurs défauts. La grande variété des événements hydrométéorologiques touchant ces bassins apparaît particulièrement intéressante pour comparer des modèles hydrologiques. Des modèles conceptuels simples sont apparus plus robustes et souvent plus performants que des modèles statistiques ou des réseaux de neurones artificiels. Des critères spécifiques à la prévision des crues mettent en évidence les informations sur l’évolution immédiate des débits apportées par la transformation de la pluie en débit, même si les erreurs de modélisation restent importantes et finalement proches d’un modèle à l’autre. Un effort particulier a été porté sur l’estimation par krigeage des précipitations moyennes spatiales, pour lesquelles un modèle d’erreur est proposé et validé sur les données. Ces incertitudes, propagées dans les modèles pluie-débit, contribuent, selon la taille des bassins, à une part variable de l’erreur totale de modélisation. Enfin un travail exploratoire a montré l’intérêt d’inclure des prévisions de pluies probabilisées dans une chaîne hydrométéorologique, pour augmenter les délais d’anticipation et prendre en compte les incertitudes associées. Toutefois, la disponibilité de ces prévisions impose des traitements préalables à leur utilisation. Il ressort que des outils simples peuvent laisser envisager des améliorations dans ce domaine encore très perfectible de la prévision des crues
The aim of the present work is the evaluation of lumped rainfall-runoff (RR) models for flood forecasting in the case of upper Loire river catchments. Following the description of Loire catchment at Bas-en-Basset, an analysis demonstrates both the worth and the flaws of presently available data sets. The high variability of these hydrometeorological events enables us to compare RR models in particularly difficult but interesting contexts. Simple conceptual models appear more robust and often more efficient than data-driven models. A further evaluation, based on specific criteria for flood forecasting, highlight the information about flood evolution provided by conceptual RR models, even though modelling errors remain altogether significant while the various models behave in a similar way. Estimation of mean areal precipitation is conducted with kriging tools and a model of uncertainty on mean areal precipitation estimation is proposed and validated on data. These uncertainties are then propagated within RR models. Their impact is reasonably different with respect to catchment size, as a variable part of the global modelling error may be explained. Finally, an exploratory work has demonstrated the usefulness of taking into account probabilistic precipitation forecast into a hydrometeorological chain: longer anticipation has consequently been obtained. Although pre-processing linked to these forecast availability is absolutely necessary As a conclusion, simple tools let us expect improvements in this very perfectible field

En raison de l’augmentation de la pression de vapeur saturante avec la température, les précipitations en Antarctique sont censées augmenter au cours du prochain siècle. Cela conduirait à un accroissement de l’accumulation de neige sur le continent, atténuant ainsi en partie l’augmentation future du niveau des mers. Les tendances récentes de température et d’accumulation de neige en Antarctique ne reflète pas clairement ce processus. Le rôle joué par les intrusions d’humidité dans la variabilité des températures et des précipitations pourrait expliquer en partie ce paradoxe. Jusqu’à présent, seuls des événements épars de très forte intensité avaient été analysés. Une étude de 2014 portant sur la région de Dronning Maud Land avait montré la concordance des intrusions intenses avec l’occurrence de rivières atmosphériques (RA). Dans cette thèse, nous développons un algorithme de détection des rivières atmosphériques adapté aux régions polaires et créons une climatologie de ces événements à l’échelle de l’Antarctique. En utilisant les sorties du modèle à aire limitée MAR (Modèle Atmosphérique Régional), nous évaluons les impacts de rivières atmosphériques sur la fonte, la stabilité des plateformes de glace de la Péninsule Antarctique et sur les précipitations neigeuses en surface de la calotte.Chaque point de la calotte est concerné par des rivières trois jours par an en moyenne. Cette valeur est plus faible encore à l’intérieur du continent. Pourtant, les rivières contrôlent les processus de fonte de surface sur l’Antarctique de l’ouest et la variabilité des précipitations sur l'Antarctique de l’Est. A l’ouest, les RA qui pénètrent à l’intérieur du continent provoquent des anomalies positives du rayonnement de grande longueur d’onde incident et de vent, accompagné d’effet foehn marqué le long des pentes situées sous le vent. Entre 1979 et 2017, les rivières provoqué 40% de la fonte estivale sur la plateforme de Ross (près de 100% à plus haute altitude sur Marie Byrd Land) et 40 à 80% de la fonte hivernale le long des plateformes de la péninsule Antarctique. En été, ces RA contribuent aussi à la fonte des plateformes de glace de Larsen situées à l’est de la Péninsule. Les RA provoquent 60 à 80% des événements de fonte/ruissellement les plus intenses ainsi que les extrêmes de chaleur. Cette fonte est amplifiée par l’effet Foehn et par les anomalies positives des flux radiatifs incidents provoqués à l’Est de la Péninsule. L’eau de fonte s’accumule alors dans des lacs et des crevasses en surface des plateformes, étape préliminaire à la désintégration d’une plateforme par phénomène de fracturation hydraulique. Les RA repoussent aussi la glace de mer loin de la côte permettant à la houle d’abîmer les marges des plateformes de glace, permettant de déclencher leur désintégration. En particulier, la présence de RA a été découverte lors de la désintégration des plateformes de Larsen A fin janvier 1995 et de Larsen B fin février/début mars 2002. Dans l’ensemble, depuis 2000, 12 des 20 derniers événements de vêlage ou d’effondrement le long des plateformes de Larsen ont été précédés (dans la limite de 5 jours) par l’arrivée d’une RA. Enfin, les RA sont responsables de la majorité des précipitations les plus intenses en Antarctique. A l’Est, elles provoquent 20 à 30% de l’accumulation de neige et contrôlent les tendances et la variabilité interannuelle précipitations neigeuses sur cette partie du continent. Ce contrôle s’étend même à la majeure partie de la calotte glaciaire entre 1980 et 2018.En définitive, les RA jouent un rôle important du climat de l’Antarctique. Une évolution des conditions de blocage atmosphérique autour de l’Antarctique au cours du 21ème siècle engendrerait des changements du bilan de masse de surface de l’Antarctique. De telles évolutions sont actuellement ignorées dans le cadre des projections d’impact du changement climatique
Due to the increased ability of the air to hold moisture with temperature, precipitation in Antarctica is expected to increase significantly over the next century. This process will undoubtedly lead to an increase in snow accumulation on the continent, thereby partially mitigating future sea level rise. However, recent observed trends in temperature and snow accumulation in Antarctica are insignificant and paradoxical. The role played by moisture intrusions in temperature and precipitation variability could partly explain this phenomenon. These events are known to transport warm air masses from the oceans to the Antarctic continent, but only individual and unrelated intrusion events have been described so far. In an earlier study of the Dronning Maud Land region, the description of atmospheric rivers (ARs) provided an innovative view to describe high intensity moisture intrusions. In this thesis, we develop an atmospheric river detection algorithm adapted to the polar regions, in order to create a climatology of these events at the Antarctic scale. Using the outputs of the regional climate model, MAR (Regional Atmospheric Model), we evaluate the impacts of atmospheric rivers on the melting in West Antarctic, ice-shelf stability on the Antarctic Peninsula ice shelves, and on snowfall across the Antarctic ice sheet.Atmospheric rivers are infrequent events with coastal areas of Antarctica experiencing AR conditions around only three days per year on average and this value is even lower in Antarctic interior. However, ARs control surface melting processes on West Antarctica and precipitation variability on East Antarctica. In the west, ARs entering the interior of the continent cause positive anomalies in downward longwave radiation via highly liquid-laden clouds and wind, resulting in a marked foehn effect along leeward slopes. Between 1979 and 2017, rivers were thus associated with about 40% of the summer melt on the Ross Ice Shelf (nearly 100% at higher altitudes on Marie Byrd Land) and 40-80% of the winter melt along the ice shelves of the Antarctic Peninsula. In summer, these rivers also contribute to the melting of the Larsen ice shelves located east of the Peninsula. Their direct contribution to cumulative melting is more limited than in winter because the intense solar radiation in summer allows daily melting to occur. However, ARs caused 60-80% of the most intense melt/runoff events as well as high temperature extremes. This melting is linked to the Foehn effect and the positive longwave radiative fluxes anomalies over the eastern Peninsula during AR passages. The melt water accumulates in lakes and crevasses on the ice shelf surface, a preliminary step in ice shelf disintegration by hydraulic fracturing. ARs also push sea ice away from the coast, allowing swells to hit and apply strain to the ice-shelf margins. ARs can thus trigger the final disintegration of ice shelves. In particular, ARs were present during the disintegration of the Larsen A ice shelf in late January 1995 and the Larsen B ice shelf in late February/early March 2002. Overall, since 2000, 12 of the last 20 calving or collapse events along the Larsen Ice Shelves have been preceded (within 5 days) by the arrival of an AR. Finally, atmospheric rivers are responsible for the majority of the most intense precipitation in Antarctica. In eastern Antarctica, 20-30% of the snow accumulation occurred during of AR landfalls. Although this value remains modest, we observe that AR activity controls the trends and interannual variability of snowfall in this part of the continent. This control even extends to most of the ice sheet between 1980 and 2018.Ultimately, ARs play an important role in the Antarctic surface mass balance. Therefore, a change in atmospheric blocking conditions around Antarctica during the 21st century would lead to changes in the Antarctic surface mass balance. Such changes are currently ignored in climate change impact projections

La variabilité pluviométrique de l’Afrique tropicale au nord de l'équateur est analysée aux échelles annuelles, saisonnières et mensuelles (1933-1990). Trois régions homogènes (Sahel, Basse-Cot et Transition) sont délimitées. La variabilité pluviométrique est ensuite synthétisée par des indices régionaux et une typologie. Une analyse des relations entre la variabilité pluviométrique et les modes dominants montre que 1) un rythme "lent" identifie par la dérive des températures mondiales, est associé à la variabilité multi-décennale des pluies; 2) un rythme "rapide" semble influencer la vitesse du jet tropical d'est et la divergence moyenne en haute troposphère au-dessus de l’Afrique tropicale. L'action de l'oscillation quasi-biennale de l'atmosphère semble plus difficile à interpréter. Les cumuls pluviométriques de juin sont indépendants vis-à-vis des modes climatiques d'échelle planétaire et régionale. L'association entre ces derniers et la variabilité pluviométrique augmente nettement en juillet-aout puis s'abaisse en septembre-octobre
The rainfall variability of northern tropical Africa is studied at annual, seasonal and monthly times scales (1933-1990). Three areas (Sahel, Guinean coast, Transition) are delimited. The rainfall variability is then summarized with regional indices and typology. A study between the rainfall variability is then summarized with regional indices and typology. A study between the rainfall variability and the dominant climatic modes shows that 1) a "slow" rhythm mainly linked with the thermal evolution of the global sea surface temperature seems associated with the decadal variability, 2) a "rapid" rhythm seems modulate the slow pattern. The El Niño southern oscillation influences the speed of the tropical l easterly jet and the intensity of the upper divergence. The links between the rainfall variability and the quasi-biennial oscillation are less evident. The rainfall amounts of June are not linked with the dominant climatic modes. The relationships between the rainfall amounts and the main climatic modes are high in July-august and then decrease in september-october

La variabilité océanique est décrite à partir des principaux modes de variabilité. L'évolution temporelle des anomalies de températures de surface océanique (tso) montre que les décennies 70 et 80 ont été marquées par un réchauffement de l'atlantique sud et un refroidissement de l'atlantique nord. Durant cette même période le pacifique tropical et l'océan indien se sont réchauffés et les épisodes enso (El Nino/southern oscillation) se sont renforcés. La variabilité pluviométrique en Amérique tropicale à l'est des Andes est appréhendée grâce à un fichier en points de grille constitué à partir de 186 postes pluviométriques. L'évolution des précipitations continentales est associée à celle du gradient thermique atlantique et est modulée par les épisodes enso entre les années 50 et 70. Lors des enso récents on observe des déficits plus importants, en particulier au Nordeste. Des simulations numériques effectuées sur le modèle du laboratoire de météorologie dynamique, forcées par les tso observées entre 1970 et 1988, montrent que les déficits, en année enso et lorsque le gradient atlantique est oriente sud/nord, sont associés à des anomalies de subsidence sur le Nordeste et l'atlantique équatorial liés à des anomalies de la circulation cellulaire méridienne et zonale. Une série d'expériences effectuées avec le modèle arpège-climat force par des conditions de surface idéalisées indiquent, conformément à l'observation, que le gradient thermique atlantique favorise l'installation d'une cellule de circulation méridienne sur le Nordeste et l'atlantique. Le champ de pression de surface traduit les subsidences et ascendances de cette cellule. Les enso plus puissants des années 70 et 80 sont associés à un renforcement de la subsidence sur l'atlantique équatorial et le Nordeste, liée à la circulation zonale, cohérente avec les déficits accrus des dernières décennies
Oceanic variability is described through the main modes of variability. Time evolution of sea surface temperature (sst) show a warmer south Atlantic and a colder north Atlantic during the 70's and the 80's. This is concomitant of a warming of the pacific and Indian ocean and of stronger El Nino/southern oscillation (enso) episods. Rainfall variability in tropical South America (east of Andes) is described with a new dataset based on 186 stations. Rainfall time evolution, between the 50's and the 70's, is associated with the Atlantic sst gradient but is also modulate by enso. During the recent enso episods rainfall deficits are stronger, particularly in nordeste. Numerical experiments realised with the laboratoire de meteorologie dynamique atmospheric model show that, during an enso and when the atlantic gradient is south/north, subsidence anomalies occur on nordeste and equatorial atlantic. Numerical experiments conduct with the arpege-climat atmospheric model forced with idealised surface conditions show that the atlantic thermic gradient emphasizes a meridian circulation cell on nordeste and atlantic. Anomalies of the sea level pression field are associated with ascending and subsiding anomalies. During the 70's and 80's, subsiding anomalies are reinforced on equatorial atlantic and are linked with more important deficits in nordeste

Cette thèse analyse (i) la variabilité pluviométrique contemporaine en Nouvelle-Calédonie et ses téléconnexions avec les températures de surface océanique (TSO) du Pacifique tropical et (ii) l'impact des anomalies atmosphériques sur l'activité des incendies estimés par satellites. La Nouvelle-Calédonie figure aujourd'hui parmi les 34 " points chauds " de la biodiversité à l'échelle planétaire. A ce titre, l'un de nos objectifs est de construire un modèle permettant de prévoir l'intensité de la saison des feux entre septembre et décembre, qui correspond au maximum annuel. Le croisement de trois bases de données de feux détectés par satellites (MODIS, ATSR et LANDSAT) avec le réseau des stations météorologiques de Météo-France a montré qu'aucune anomalie thermique significative n'est détectée avant un feu, tandis que de forts déficits pluviométriques par rapport à la normale sont enregistrés jusqu'à trois mois avant le départ des feux. Ces déficits pluviométriques sont partiellement liés aux phases chaudes du phénomène El Niño Southern Oscillation (ENSO) et plus particulièrement à celles durant lesquelles les anomalies thermiques se situent à proximité de la ligne de changement de date équatoriale lors du printemps austral. Ces anomalies renforcent la circulation moyenne de Hadley (via le dégagement de chaleur latente dans la moyenne et haute troposphère) et la subsidence au niveau des latitudes néo-calédoniennes, tandis que les épisodes les plus intenses du siècle dernier (i.e. 1982-83 et 1997-98) dont les anomalies thermiques les plus importantes sont localisées dans le Pacifique oriental, sont associés à des conditions pluviométriques proches de la normale dans le Pacifique sud-ouest (SW). La téléconnexion entre les TSO du Pacifique central et les précipitations du Pacifique SW s'affaiblit à partir du mois de décembre au moment où l'ENSO atteint, paradoxalement, son intensité maximale. Cette modulation saisonnière est le produit d'une interaction entre (i) le cycle saisonnier des TSO brutes dans le Pacifique central, (ii) le cycle de vie des anomalies thermiques des épisodes chauds et (iii) l'intensité du gradient zonal des TSO le long de l'équateur. Par ailleurs, la convection profonde semble particulièrement sensible à la propagation vers l'est des anomalies de TSO faibles-à-modérées au niveau de la ligne de changement de date équatoriale (soit légèrement à l'ouest de la boîte Niño 3.4), modifiant significativement la position et l'intensité de la courroie de transmission des téléconnexions. Une analyse en ondelettes montre que les pluies néo-calédoniennes sont également sensibles à des modes de variations plus lents (> 8 ans) du Pacifique central entre septembre et novembre. La synchronisation entre la saisonnalité des feux et la prévisibilité saisonnière liée à l'ENSO permet d'estimer la surface brûlée totale en septembre-décembre à partir des états thermiques de l'océan Pacifique en juin-août, dont la polarité est clairement établie plusieurs mois à l'avance. La corrélation entre l'observation et la simulation du logarithme du total des surfaces brûlées en Nouvelle-Calédonie est de 0.87 sur la période 2000-2010 selon un modèle linéaire en validation croisée.

L'objectif du satellite européen SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity), lancé le 02 novembre 2009, est de mesurer, par radiométrie en bande L, la salinité de surface des océans (SSS) et l'humidité des sols. Pour atteindre une précision de 0.1 – 0.2 pss sur des cartes de SSS moyennées sur 10 jours et sur 200 km x 200 km, une phase d'étalonnage et de validation des mesures doit être réalisée. Une des techniques retenues est la comparaison entre des salinités in situ, mesurées à plusieurs mètres de profondeur et les salinités SMOS, représentatives du premier centimètre sous la surface océanique. Cette différence verticale peut engendrer des biais de salinité importants, notamment en cas de fortes précipitations. Ce travail, réalisé en collaboration avec le LOCEAN et ACRI-St, se concentre sur la variabilité verticale de la salinité dans les 10 premiers mètres de la couche de surface océanique et sur ses conséquences pour la phase d'étalonnage/ validation de SMOS. Il propose, à partir de mesures in situ, une description des différences verticales de salinité sur l'ensemble des zones océaniques tropicales (30°N – 30°S). Une étude statistique de la relation entre ces différences verticales et un paramètre de pluie, construit à partir des mesures satellitaires de taux de précipitation est également effectuée. Enfin,pour combler le manque de salinités in situ proches de la surface, la possibilité d'utiliser des modèles théoriques pour simuler les différences verticales de salinité en cas de pluie a été étudiée. Les modèles utilisés sont le modèle de circulation océanique NEMO et le modèle unidimensionnel PWP ([Price et al., 1986]) qui calcule la profondeur de la couche de mélange.

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

Cette thèse s’intéresse à l’impact du développement des Grandes et Moyennes Surfaces (GMS) sur les producteurs de produits agricoles Jordaniens. Ce travail essaye d’approcher les évolutions nécessaires aux exploitations agricoles traditionnelles, qui écoulent leur production dans les marchés de gros, pour se préparer aux exigences agronomiques, techniques et managériales propres aux circuits de distribution modernes. Cette thèse montre également que la vente dans les GMS n’est pas pour l’instant très rentable pour les agriculteurs Jordaniens. Malgré ce constat, ces derniers adoptent une stratégie d’anticipation en se positionnant dès aujourd’hui dans cette chaîne moderne
This these focuses on the impact of the development of food retailing on Jordanian agricultural producers. This work is particularly interesting because it allows us to approach the evolutions necessary for traditional farms, which dispose of their production in the wholesale markets, in order to prepare themselves for the agronomic, technical and managerial requirements of modern channels. This thesis also shows that the sale in the supermarkets is not for the moment very profitable for the Jordanian farmers. Despite this, they are adopting a strategy of anticipation by positioning themselves today in this modern chain

Cette thèse s’intéresse à l’impact du développement des Grandes et Moyennes Surfaces (GMS) sur les producteurs de produits agricoles Jordaniens. Ce travail essaye d’approcher les évolutions nécessaires aux exploitations agricoles traditionnelles, qui écoulent leur production dans les marchés de gros, pour se préparer aux exigences agronomiques, techniques et managériales propres aux circuits de distribution modernes. Cette thèse montre également que la vente dans les GMS n’est pas pour l’instant très rentable pour les agriculteurs Jordaniens. Malgré ce constat, ces derniers adoptent une stratégie d’anticipation en se positionnant dès aujourd’hui dans cette chaîne moderne
This these focuses on the impact of the development of food retailing on Jordanian agricultural producers. This work is particularly interesting because it allows us to approach the evolutions necessary for traditional farms, which dispose of their production in the wholesale markets, in order to prepare themselves for the agronomic, technical and managerial requirements of modern channels. This thesis also shows that the sale in the supermarkets is not for the moment very profitable for the Jordanian farmers. Despite this, they are adopting a strategy of anticipation by positioning themselves today in this modern chain

En application des principes généraux de prévention, développés dans le cadre législatif de la protection des travailleurs, une analyse des risques doit être effectuée dans l'ensemble des installations industrielles. Dans les entreprises de petites et moyennes tailles (PME), ce principe de prévention est très peu appliqué et on peut attribuer en partie cette d'absence d'application au fait que les méthodes d'analyse proposées aux PME ne leur sont pas adaptées. Afin d'évaluer le degré d'adaptation ou d'inadaptation des méthodes existantes, nous avons étudié les caractéristiques des PME puis décidé de tester sur le terrain une méthode d'analyse des risques afin d'observer les blocages survenant à cette occasion. Dans ce but, nous avons alors mis en place dans trois PME de traitement de surface une méthode classique d'analyse des risques (MOSAR), choisie parmi les méthodes issues du mouvement de la sûreté de fonctionnement. Lors de cette phase expérimentale, de nombreux blocages sont apparus à chacune des étapes de l'analyse que sont la modélisation du système à étudier, l'identification des scénarios d'accidents, l'évaluation des risques, leur hiérarchisation et la mise en place de barrières de protection et de prévention. Nous avons analysé alors ces blocages d'apparence disparate et pu attribuer principalement leurs causes à un conflit de valeurs entre PME et institutions de prévention, à l'absence de connaissances de la part des PME des modèles d'apparition et de représentation des risques, et aux problèmes de définition par les institutions de modèles de représentation du risque en adéquation avec ceux des PME. Les pistes d'évolution que nous proposons suite à ces constats permettraient à l'entreprise de mener à bien, dans de meilleures conditions, une démarche complète d'analyse des risques dont le résultat se traduirait par une réduction pérenne de la fréquence et de la gravité des accidents qui la touchent.

Le bilan de masse en surface (noté BMS ; l'accumulation de neige diminuée de l'ablation) de la calotte glaciaire antarctique est sensible aux paramètres climatiques et contribue directement aux variations du niveau moyen des mers. Il est donc important, dans le cadre de la prévision du changement climatique, de développer des outils capables de simuler les processus physiques régissant le bilan de masse en surface antarctique. L'approche développée dans cette thèse consiste à utiliser une cascade de modèles atmosphériques allant de la grande échelle vers l'échelle locale. Ainsi, un modèle climatique régional (Modèle atmosphérique régional, MAR), forcé par des réanalyses du Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (CEPMMT), fournit à un modèle diagnostique de désagrégation physique des précipitations les champs météorologiques nécessaires calculés à l'échelle régionale (typiquement, de résolution 40 km). Dans un premier temps, il est montré que le bilan de masse en surface généré par le MAR est conforme aux observations dans la plupart des régions. Toutefois, le ruissellement est surestimé ; ce problème disparaît en introduisant une dépendance de l'albédo avec la distance zénithale de l'astre solaire. Dans un second temps, il est montré que malgré la relative simplicité des paramétrisations physiques du désagrégateur, la connaissance du relief de fine échelle (de résolution 5 km) permet d'améliorer la variabilité spatiale de la précipitation, et, par conséquent, du BMS, sur les régions côtières de l'Antarctique. La validation est menée à l'aide, notamment, de mesures de hauteurs de neige délivrées par des stations météorologiques automatiques. Sur le site côtier de Law Dome, le gradient d'accumulation nette est davantage dû au forage orographique subi par la précipitation qu'au processus de chasse-neige. Le modèle de désagrégation sous-estime fortement la précipitation sur le plateau Antarctique, où les nuages stratosphériques polaires associés au refroidissement radiatif pourraient jouer un rôle dans la génération de la précipitation pendant la nuit polaire
The Antarctic ice sheet surface mass balance (SMB, snow accumulation minus ablation) is sensitive to climate parameters and directly contributes to global mean sea level variations. Therefore, in the perspective of climate change, it is useful to develop tools that can simulate the physical processes involved in the Antarctic surface mass balance. The approach developed in this thesis consists in using a cascade of atmospheric models from large scale to local scale. Thus, a regional climate model (Modèle atmosphérique régional, hereinafter referred to as MAR), forced by European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) reanalysis, provides a diagnostic physical-based rain- and snowfall disaggregation model with meteorological fields at the regional scale (typically 40-km resolution). In a first part, it is shown that the SMB calculated by MAR is in good agreement with observations in most regions. Nonetheless, runoff appears to be overestimated; the problem vanishes when introducing a dependency of albedo with solar zenithal distance. In a second part, it is shown that although the parameterizations invoked in the disaggregation model are fairly simple, the knowledge of small-scale topography (5-km resolution) is efficiently used to improve the spatial variability of precipitation - and therefore SMB - over coastal regions of Antarctica. Model validation is carried out with the help of snow height measurements provided by automatic weather stations. Over the coastal place of Law Dome, the net accumulation gradient is mostly due to orographic forcing of precipitation (rather than blowing snow). The disaggregation model dramatically underestimates precipitation over the Antarctic Plateau, where polar stratospheric clouds associated with radiative cooling could play a role in the formation of precipitation during the polar night

Le bilan de masse en surface (noté BMS ; l'accumulation de neige diminuée de l'ablation) de la calotte glaciaire antarctique est sensible aux paramètres climatiques et contribue directement aux variations du niveau moyen des mers. Il est donc important, dans le cadre de la prévision du changement climatique, de développer des outils capables de simuler les processus physiques régissant le bilan de masse en surface antarctique. L'approche développée dans cette thèse consiste à utiliser une cascade de modèles atmosphériques allant de la grande échelle vers l'échelle locale. Ainsi, un modèle climatique régional (Modèle atmosphérique régional, MAR), forcé par des réanalyses du Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (CEPMMT), fournit à un modèle diagnostique de désagrégation physique des précipitations les champs météorologiques nécessaires calculés à l'échelle régionale (typiquement, de résolution 40 km). Dans un premier temps, il est montré que le bilan de masse en surface généré par le MAR est conforme aux observations dans la plupart des régions. Toutefois, le ruissellement est surestimé ; ce problème disparaît en introduisant une dépendance de l'albédo avec la distance zénithale de l'astre solaire. Dans un second temps, il est montré que malgré la relative simplicité des paramétrisations physiques du désagrégateur, la connaissance du relief de fine échelle (de résolution 5 km) permet d'améliorer la variabilité spatiale de la précipitation, et, par conséquent, du BMS, sur les régions côtières de l'Antarctique. La validation est menée à l'aide, notamment, de mesures de hauteurs de neige délivrées par des stations météorologiques automatiques. Sur le site côtier de Law Dome, le gradient d'accumulation nette est davantage dû au forage orographique subi par la précipitation qu'au processus de chasse-neige. Le modèle de désagrégation sous-estime fortement la précipitation sur le plateau Antarctique, où les nuages stratosphériques polaires associés au refroidissement radiatif pourraient jouer un rôle dans la génération de la précipitation pendant la nuit polaire.

This thesis deals with the role of precipitation on erosion and landscape formation in the Nepal Himalayas. I investigate all successive steps involved in the erosion process: 1) Starting from the evaluation of precipitation datasets, 2) the transfer of precipitation to river discharge, 3) the mobilization and transport of material out of the mountain range, 4) and finally, erosion constrains over longer time-scales. I show that the dataset derived from the interpolation of rain gauge data performs best in the Himalayas. I demonstrate the importance of an until now unconsidered, major compartment of the Himalayan discharge cycle, which I identify as a fractured basement aquifer, and estimate the snow and ice melt contribution to the Himalayan rivers. Erosion rates calculated from suspended sediment fluxes and cosmogenic nuclide analysis range between 0.1 and 4 mm/yr. The rivers in the Nepal Himalayas are supply limited and the hillslopes as contributing source are transport limited. Last I show that over several thousand years erosion is not related with precipitation, but with relief
Cette thèse porte sur le rôle des précipitations sur l’érosion et la formation des reliefs dans l’Himalaya Népalais. J’étudie chaque étape du processus d’érosion : 1) Evaluation des bases de données de précipitations, 2) Transfert des précipitations au débit fluvial, 3) Mobilisation et transport du matériel dans le bassin versant, et enfin 4) Mécanismes d’érosion sur de longues échelles de temps. Je montre que la base de données de précipitations obtenue par interpolation de données pluviométriques est la plus performante pour la région de l\'Himalaya. Je démontre l’importance d’une composante majeure, jusqu’alors ignorée, du cycle de débit de l’Himalaya que j’identifie comme étant les aquifères de sous-sol fracturé, et j’évalue la contribution de la fonte des neiges et glaces aux rivières Himalayennes. Les taux d’érosion calculés à partir des flux de sédiments en suspension et des analyses de nucléides cosmogéniques varient de 0.1 à 4 mm/a. Les rivières au Népal sont limitées par l’apport sédimentaire alors que les versants, en tant que source de sédiments, sont limités par le transport. Enfin, je montre que l’érosion sur des milliers d’années ne dépend des précipitations mais du relief
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Rolle des Niederschlag bei Erosions- und Oberflächenprozessen im nepalesischen Himalaja. Ich untersuche die Abfolge der Erosionspsozesse im Himalaja: 1) Ausgehend von der Bewertung von Niederschlagsdatensätzen, 2) die Prozesse der Abflussbildung in Flüssen, 3) die Mobilisierung und Transport von Material, 4) und Erosionsraten über längere Zeiträume. Ich zeige, dass interpolierte Niederschlagsdaten die beste Qualität im Himalaya haben. Ich zeige auf, wie wichtig der bislang unberücksichtigt Grundwasserzwischenspeicher für die Abflussbildung im Himalaya ist und schätze den Anteil der Schnee-und Eisschmelze an dem Gesamtabfluss der Flüssen im Himalaja. Erosionsraten die mittels Schwebestofffracht und der Analyse kosmogener Nukluide berechnet wurden, liegen zwischen 0,1 und 4 mm pro Jahr. Der Sedimenttransport in den Flüssen in Nepal ist limitiert durch die Verfügbarkeit von transportierbarem Material, während der Transport und die Mobilisierung auf den Hängen durch die Verfügbarkeit von Wasser limitiert ist. Zudem sind die Erosionsraten über mehrere Jahrhundert nicht von der Niederschlagsverteilung abhängig sondern vom Relief

This thesis deals with the role of precipitation on erosion and landscape formation in the Nepal Himalayas. I investigate all successive steps involved in the erosion process: 1) Starting from the evaluation of precipitation datasets, 2) the transfer of precipitation to river discharge, 3) the mobilization and transport of material out of the mountain range, 4) and finally, erosion constrains over longer time-scales. I show that the dataset derived from the interpolation of rain gauge data performs best in the Himalayas. I demonstrate the importance of an until now unconsidered, major compartment of the Himalayan discharge cycle, which I identify as a fractured basement aquifer, and estimate the snow and ice melt contribution to the Himalayan rivers. Erosion rates calculated from suspended sediment fluxes and cosmogenic nuclide analysis range between 0.1 and 4 mm/yr. The rivers in the Nepal Himalayas are supply limited and the hillslopes as contributing source are transport limited. Last I show that over several thousand years erosion is not related with precipitation, but with relief.
Cette thèse porte sur le rôle des précipitations sur l’érosion et la formation des reliefs dans l’Himalaya Népalais. J’étudie chaque étape du processus d’érosion : 1) Evaluation des bases de données de précipitations, 2) Transfert des précipitations au débit fluvial, 3) Mobilisation et transport du matériel dans le bassin versant, et enfin 4) Mécanismes d’érosion sur de longues échelles de temps. Je montre que la base de données de précipitations obtenue par interpolation de données pluviométriques est la plus performante pour la région de l\'Himalaya. Je démontre l’importance d’une composante majeure, jusqu’alors ignorée, du cycle de débit de l’Himalaya que j’identifie comme étant les aquifères de sous-sol fracturé, et j’évalue la contribution de la fonte des neiges et glaces aux rivières Himalayennes. Les taux d’érosion calculés à partir des flux de sédiments en suspension et des analyses de nucléides cosmogéniques varient de 0.1 à 4 mm/a. Les rivières au Népal sont limitées par l’apport sédimentaire alors que les versants, en tant que source de sédiments, sont limités par le transport. Enfin, je montre que l’érosion sur des milliers d’années ne dépend des précipitations mais du relief.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Rolle des Niederschlag bei Erosions- und Oberflächenprozessen im nepalesischen Himalaja. Ich untersuche die Abfolge der Erosionspsozesse im Himalaja: 1) Ausgehend von der Bewertung von Niederschlagsdatensätzen, 2) die Prozesse der Abflussbildung in Flüssen, 3) die Mobilisierung und Transport von Material, 4) und Erosionsraten über längere Zeiträume. Ich zeige, dass interpolierte Niederschlagsdaten die beste Qualität im Himalaya haben. Ich zeige auf, wie wichtig der bislang unberücksichtigt Grundwasserzwischenspeicher für die Abflussbildung im Himalaya ist und schätze den Anteil der Schnee-und Eisschmelze an dem Gesamtabfluss der Flüssen im Himalaja. Erosionsraten die mittels Schwebestofffracht und der Analyse kosmogener Nukluide berechnet wurden, liegen zwischen 0,1 und 4 mm pro Jahr. Der Sedimenttransport in den Flüssen in Nepal ist limitiert durch die Verfügbarkeit von transportierbarem Material, während der Transport und die Mobilisierung auf den Hängen durch die Verfügbarkeit von Wasser limitiert ist. Zudem sind die Erosionsraten über mehrere Jahrhundert nicht von der Niederschlagsverteilung abhängig sondern vom Relief.

Peu d'études ont été consacrées à la documentation des processus pilotant l'évolution de l'ITCZ maritime sur l'Atlantique (AMI). La présente étude fournit une analyse de l'évolution de l'océan et de l'atmosphère de l'Atlantique tropicale pour deux années contrastées en Température de Surface de la Mer (TSM), 2010 et 2012, qui ont été respectivement les années les plus chaudes et les plus froides observées au cours de la période 1982-2015. Les mécanismes à l'origine des anomalies interannuelles et saisonnières de la TSM sont d'abord explorés via un bilan thermique dans la couche de mélange océanique (CMO) effectué à partir de flotteurs Argo, de données satellitaires et des réanalyses atmosphériques ERA-Interim pour la période 2007-2012. Le flux de chaleur latente en surface s'est avéré être sous-estimé de 20 W.m-2 conduisant à un mélange vertical erroné dans l'ensemble du domaine. La correction de ce flux de surface a permis d'assimiler le résidu à un mélange vertical turbulent à la base de la couche de mélange d'intensité réaliste. Une fois corrigé, le bilan de la CMO montre que les anomalies de TSM observées en 2010 et 2012 ont été générées par une anomalie de vent liée à une anomalie de flux de chaleur latente sur l'Atlantique nord en hiver. L'advection horizontale induite par le vent joue cependant un rôle fondamental pour équilibrer les flux de surface dans l'Atlantique Sud en 2012. Ces résultats montrent que l'Atlantique tropical nord est une région clé pour la génération des anomalies de TSM observées en 2010 et 2012. La deuxième partie de l'étude étudie la mise en place des anomalies pluviométriques de 2010 et 2012 et les mécanismes associés. En moyenne saisonnière, les précipitations de 2010 ont été plus intenses sur une grande partie du bassin tandis que celles de 2012 présentaient un dipôle méridien avec un maximum de précipitations décalé de 5° au nord par rapport à la climatologie. Un bilan d'eau intégré verticalement a montré que l'advection d'humidité est la principale contribution à l'anomalie de précipitation pour les deux années, notamment via l'anomalie de vent horizontal. À l'échelle intrasaisonnière, une analyse des régimes de pluie révèle que les pluies fortes étaient plus fréquentes en 2010 alors que en 2012 les pluies faibles étaient plus fréquentes. La relation entre les précipitations et certains facteurs clés tels que la TSM et l'eau précipitable dans la zone de l'AMI montrent qu'en 2010, le seuil de TSM pour le déclenchement des pluies est supérieur à celui de 2012. La relation eau précipitable - pluie montre également l'existence d'un seuil d'eau précipitable pour le déclenchement des pluies différent selon les années et selon la température de la troposphère. On montre ainsi que les conditions atmosphériques plus chaudes de 2010 ont contribué à "atténuer" l'effet de l'anomalie de TSM via le mécanisme de Clausius-Clapeyron. La pluie est également modulée par le tourbillon vertical qui est plus faible en 2010 qu'en 2012 à régimes de pluie équivalents, ce que souligne le rôle des perturbations atmosphériques. Une analyse spectrale des précipitations montre que les ondes d'Est Africaines, dans la gamme 2 - 10 jours, expliquent l'essentiel des différences observées dans la variabilité des pluies entre 2010 et 2012. Enfin, un ensemble de simulations réalisées avec le modèle atmosphérique à aire limitée Méso-NH a été utilisé pour comprendre les contributions de l'océan et de l'atmosphère aux anomalies de pluies de 2010 et 2012. Les pluies simulées en changeant la TSM de 2010 par celle de 2012 et en gardant les conditions latérales de 2010 sont très proches de celles de 2010. Ce comportement confirme que le facteur clé pour déterminer l'anomalie de pluie de 2010 n'est pas l'anomalie de TSM mais l'anomalie de vent horizontal et de température de la troposphère
The Atlantic Marine ITCZ (AMI) is a regional manifestation of the ITCZ over the warm water of the tropical Atlantic oceans. Few studies have been devoted to document the processes driving the evolution of the SST and precipitation, most of which were centered on the eastern side of the basin. The present study provides an analysis of the evolution of the ocean and the atmosphere over the Western part of the Atlantic for two contrasted years in Sea Surface Temperature (SST), 2010 and 2012, that were respectively the warmest and coldest years observed during the 1982-2015 period. The causes of interannual and seasonal anomalies of SST are first explored via an oceanic mixed-layer (ML) heat budget performed from Argo floats, satellite-based data and ERAI-Interim atmospheric reanalysis for the period 2007-2012. The surface latent heat flux was found to be under-estimated by 20 W/m2 and conducted to erroneous vertical mixing in the whole domain. Correction of these surface fluxes yielded to residuals which were assimilated to vertical turbulent mixing at the mixed-layer base, which fell into realistic range. Once corrected, the ML budget shows that the observed SST anomalies in 2010 and 2012 were generated by anomalous wind stress and, consequently, anomalous latent heat flux in the north Atlantic during winter. The wind-induced horizontal advection plays a fundamental role in balancing the surface flux in the south Atlantic in 2012. The north tropical Atlantic appears as a key region for the generation of the SSTs pattern observed in 2010 and 2012. The second part of the study analyses the building of the 2010 and 2012 rainfall anomalies and the underlying mechanisms. On seasonal average, 2010 shows a more intense rainfall over the basin while 2012 exhibits a meridional dipole of precipitation with a rainfall maximum shifted 5 degrees north of its climatological location. An analysis of the water budget integrated vertically indicates that the anomalous vertical advection of moisture is the leading term that contributed to the precipitation anomalies for both years and that anomalous horizontal wind has the greatest contribution to this term. At the intraseasonal scale, an analysis of the precipitation regimes reveal that 2010 favoured more frequent heavy rainfall than 2012 while 2012 was characterised by more frequent lighter rain. The relationships between the precipitation and some key factors such as SST and precipitable water (PW) are analysed within the AMI to understand how deep convection was altered under different SST conditions. The main results is that the 2010 shows a higher SST threshold than 2012 for strong rainfall to occur. The precipitation - PW relationships shows the existence of a threshold of precipitable water too, which depends on the years and the tropospheric temperature. It is underlined that the atmospheric warmer conditions in 2010 vs 2012 acted to "damp" the SST anomaly via Clausius-Clapeyron mechanism, i.e. by increasing the water vapour saturation threshold of the atmosphere. A spectral analysis of precipitation revealed that African Easterly Waves at periods of 2-10 days explain most of the difference in the variability of precipitation between both years. Finally a set of simulation realised with the limited-area atmospheric model Meso-Nh was used to understand the contribution of the ocean and the atmosphere to the anomalous precipitation for 2010. Sensitivity experiments to the SST and initial/lateral boundary conditions were performed. The rainfall simulated by Meso-NH when forcing the model with the SST from 2012 and keeping the lateral boundary conditions to those of 2010 are very close to the rainfall obtained for 2010. It shows that the key factor to determine the 2010 rainfall anomaly is not the SST but the atmospheric properties provided by the lateral boundary conditions i.e. the anomalous horizontal wind and the tropospheric temperature

Cette thèse porte sur le rôle des précipitations sur l'érosion et la formation des reliefs dans l'Himalaya Népalais. J'étudie chaque étape du processus d'érosion : 1) Evaluation des bases de données de précipitations, 2) Transfert des précipitations au débit fluvial, 3) Mobilisation et transport du matériel dans le bassin versant, et enfin 4) Mécanismes d'érosion sur de longues échelles de temps. Je montre que la base de données de précipitations obtenue par interpolation de données pluviométriques est la plus performante pour la région de l'Himalaya. Je démontre l'importance d'une composante majeure, jusqu'alors ignorée, du cycle de débit de l'Himalaya que j'identifie comme étant les aquifères de sous-sol fracturé, et j'évalue la contribution de la fonte des neiges et glaces aux rivières Himalayennes. Les taux d'érosion calculés à partir des flux de sédiments en suspension et des analyses de nucléides cosmogéniques varient de 0.1 à 4 mm/a. Les rivières au Népal sont limitées par l'apport sédimentaire alors que les versants, en tant que source de sédiments, sont limités par le transport. Enfin, je montre que l'érosion sur des milliers d'années ne dépend des précipitations mais du relief.

La Méditerranée occidentale est particulièrement touchée en automne par des événements fortement précipitants. Ces épisodes caractérisés par des vents forts en mer et de fortes pluies en peu de temps peuvent entraîner d'importantes inondations ainsi que des phénomènes de vagues-submersions. Ces travaux de thèse ont pour but de progresser vers la prévision intégrée à courte échéance de ces événements via la modélisation couplée pour une meilleure représentation des processus à l'interface air-mer. La méthodologie mise au point ici consiste à étudier l'impact d'une représentation réaliste des débits pour l'océan superficiel, puis d'examiner l'impact d'une meilleure prise en compte de l'état de mer, notamment au travers du couplage. Dans une première partie, nous avons évalué la sensibilité à différentes représentations du débit dans le modèle d'océan NEMO durant la campagne HyMeX (SOP1, automne 2012). Pour cela, deux configurations océaniques ont été utilisées, WMED (1/36°) couvrant la méditerranée occidentale et une nouvelle configuration : NWMED (1/72°) couvrant la méditerranée nord-ouest. Trois forçages de débits sont utilisés : une climatologie mensuelle ainsi que des observations journalières et horaires de débits. Les résultats ont montré localement un impact significatif sur la stratification océanique lorsque les observations de débits sont utilisées comparé à la climatologie. La salinité de surface est modifiée ainsi que la couche de mélange, plus fine, car délimitée par une halocline bien marquée. Dans la deuxième partie de la thèse, nous nous sommes intéressés à un épisode méditerranéen survenu entre le 12 et le 14 octobre 2016 dans le sud de la France. Afin d'étudier le rôle de l'état de mer dans les échanges air-mer un ensemble de simulations numériques a été fait avec le modèle atmosphérique kilométrique de Météo-France AROME - incluant la paramétrisation des flux turbulent WASP - forcé ou couplé avec le modèle de vagues WaveWatchIII. Les résultats ont montré que la prise en compte de l'état de mer avait un impact significatif sur les basses de couches de l'atmosphère en réduisant notamment la vitesse du vent de surface et en modifiant les prévisions des précipitations en mer, particulièrement leurs localisations. Dans la troisième partie de la thèse, nous avons évalué l'apport du couplage océan-atmosphère-vagues sur le cas d'étude d'octobre 2016. Afin de pouvoir identifier et quantifier les impacts du couplage, des simulations couplées océan-atmosphère-vagues ont été réalisées à l'aide du système couplé NEMO-AROME-WaveWatchIII et comparées aux simulations couplées atmosphère-vagues et océan-atmosphère. Les résultats montrent d'abord une sensibilité de la prévision aux couplages, et que le couplage interactif avec l'océan conduit à des modifications dans l'alimentation en chaleur et humidité des systèmes fortement précipitants, tandis que le couplage avec un modèle de vagues conduit principalement à modifier la dynamique en basses couches. Ces résultats ont finalement été mis en parallèle avec des tests de sensibilité à la paramétrisation des flux turbulents de surface. Il en ressort que le choix de la paramétrisation des flux turbulents peut avoir un impact de même ampleur voire plus important sur la prévision de l'épisode méditerranéen que le couplage avec un océan interactif, alors que l'effet dynamique n'est produit qu'en considérant le forçage/couplage des vagues
The Western Mediterranean Sea area is frequently affected in autumn by heavy precipitation events (HPEs). These episodes, characterized by strong offshore low-level winds and heavy rain in a short period of time, can lead to severe flooding and wave-submersion events. This thesis work aims to progress towards integrated short-range forecast system via coupled modeling for a better representation of the processes at the air-sea interface. The methodology consists in studying the impact of a realistic representation of freshwater flow into the ocean, then examining the impact of better taking into account the sea state, particularly through coupling.In a first part, we evaluated the sensitivity to different river flow representations in the NEMO ocean model during the HyMeX campaign (SOP1, fall 2012). For this purpose, two ocean configurations were used, WMED (1/36°) covering the Western Mediterranean Sea and a new configuration: NWMED (1/72°) covering the Northwestern Mediterranean Sea. Three river discharge forcings are used: a monthly climatology as well as daily and hourly observations. The results showed a significant local impact on the ocean stratification when river discharge observations are used compared to climatology. The surface salinity is modified as well as the mixing layer, becoming thinner, delimited by a well marked halocline. Secondly, we focused on a HPE that occurred between October 12 and 14, 2016 in the south of France. In order to study the role of sea state in air-sea exchanges, a set of numerical simulations was carried out with the Météo-France AROME kilometric atmospheric model - including the turbulent sea surface fluxes parameterization WASP - forced or coupled with the WaveWatchIII wave model. The results showed that taking sea state into account has a significant impact on the lower levels of the atmosphere, reducing the surface wind speed and modifying the precipitation forecast over sea, particularly the location. In the third part of the thesis, we evaluated the contribution of ocean-atmosphere-wavecoupling. In order to identify and quantify the coulping impacts, coupled ocean-atmospherewave simulations were performed using the coupled NEMO-AROME-WaveWatchIII system and notably compared to coupled atmosphere-wave and ocean-atmosphere simulations. The results showed, first of all, that the forecast is sensitive to coupling, and that the interactive coupling with the ocean leads to significant changes in the heat and moisture supply of HPE, while coupling with a wave model mainly leads to changes in the low-level dynamics. These results were finally compared with atmospheric sensitivity tests to the turbulent sea surface fluxes parameterization and to SST. It emerges that the choice of the parameterization can be of great importance for the HPE forecast as large as the coupling with an interactive ocean, whereas the dynamic effect is only produced by considering waves forcing/coupling

Dans le cadre des recherches sur les consequences dans l'environnement d'un accident grave survenant sur un reacteur a eau pressurisee, ce memoire concerne l'etude experimentale du comportement en milieu urbain pendant le ruissellement des eaux pluviales de cinq produits de fission (cesium, strontium, iode, ruthenium et tellure). La production d'aerosols plurielementaires stables ou radioactifs a ete realisee. Leurs caracteristiques physico-chimiques et leur solubilite dans l'eau de pluie ont ete etudiees. Le cesium et le rubidium passent totalement et rapidement en solution, le strontium se solubilise partiellement (environ 50%), l'iode est peu soluble. Le comportement des produits de fission sur cinq surfaces urbaines est ensuite etudie. Des experimentations en batch ont montre que la retention des formes dissoutes des radioelements etudies variait suivant le materiau. Les reactions mises en jeu sont des reactions d'echange d'ions. La presence de certains ions dans l'eau (en particulier nh4+) augmente la desorption des radioelements. A l'aide d'un simulateur de pluie de laboratoire, le reentrainement par la pluie des produits de fission a ete aborde. Deux modes de depots et deux intensites de pluie ont ete simules. La desorption des radioelements est plus forte a la suite d'un depot humide et un accroissement de l'intensite de la pluie diminue la remobilisation. Un ajout de nh4+ dans l'eau est surtout efficace dans le cas des depots humides. Des suggestions sont faites pour ameliorer les protocoles et poursuivre les recherches

Le Modèle Atmosphérique Régional (MAR, dx=40 km) est mis en œuvre sur l'Afrique de l'Ouest pour souligner la sensibilité du régime pluviométrique et de la dynamique simulée à la température de surface océanique du Golf de Guinée durant l'année sèche 1984. Cette influence est très marquée au sud de 12°N. Au-delà, il semble que les précipitations soient plus influencées par les interactions avec la surface continentale et les structures synoptiques. La zone Sahélienne apparaît donc pertinente pour étudier le couplage entre la surface continentale et l'atmosphère. Ainsi, une architecture originale fondée sur l'utilisation des codes patrimoines permettant modularité, portabilité, extensibilité et interopérabilité a été développé et utilisé en premier lieu en mode forcé de l'atmosphère vers le bassin versant de la Sirba (39000 km2) modélisé par le modèle hydrologique ABC (dx~1.8 km). Un algorithme de désagrégation des pluies convectives basé sur la prise en compte de plusieurs maximums convectifs pour un même évènement a ainsi été testé avec succès. La prépondérance de la sensibilité de l'échantillonnage temporel sur le spatial est ainsi soulignée.
Enfin, une expérience de couplage entre les modèles MAR et ABC interfacés à l'aide de modèles SVAT (Surface Vegetation Atmosphere Transfer) est réalisée sur le bassin de la Sirba.
La haute résolution du SVAT sur la Sirba entraîne alors des modifications dans le traitement des flux, de la température de surface, et dans le bilan en eau. La partie hydrologique montre, pour sa part, sa capacité à moduler les variations apportées par le SVAT haute résolution en modifiant le bilan en eau et par là même l'albedo et le bilan d'énergie.