Clémence Macron

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Évolution climatique observée et simulée dans l'océan Indien : variabilité naturelle et forçages anthropiques

Direction: Yves Richard
Codirection: Benjamin Pohl
Date de soutenance: 01 Juillet 2014

Des études récentes (Thompson et Solomon, 2002 ; Jones et Widmann, 2004 ; Arblaster et Meehl, 2006) ont démontré l'importance des changements climatiques récents dans l'hémisphère Sud. La seconde moitié du xx^ème siècle a été marquée par un changement de structure des vents d'ouest des moyennes latitudes australes (entre 40°S et 55°S). La position moyenne de ces vent aurait lentement migré en direction des hautes latitudes, en lien possible avec une tendance à la baisse des hautes pressions thermiques sur le continent Antarctique (Thompson et al., 2000 ; Thompson et Solomon, 2002). Une autre explication possible dans ces évolutions à long terme implique la circulation de Hadley (dans les tropiques) qui, dans le même temps, semble s'être renforcée, en particulier pendant l'été austral (Song et Zhang, 2007). En se basant sur des expériences numériques, Arblaster et Meehl (2006) ou Lu et al. (2007) insistent respectivement sur le rôle des forçages anthropiques dans les tendances décennales enregistrées dans les circulations de vents d'ouest et de Hadley.

En dépit de ces premières analyses, il n'existe pas encore de vue unifiée des changements intervenus récemment dans les structures tri-dimensionnelles de l'atmosphère dans l'hémisphère Sud. L'articulation entre circulations tropicales et régimes des moyennes latitudes est très mal connue, et la manière dont elle a pu influencer les tendances récentes n'a jamais été spécifiquement étudiée. Les conséquences régionales de ces fluctuations d'échelle hémisphérique restent en outre à quantifier. La manière dont ces tendances décennales affectent les fréquences d'occurrence de régimes de temps ou de circulation atmosphérique doivent être étudiées dans le but d'en préciser les impacts.

Ce travail de thèse vise à documenter ces aspects complexes, en se basant sur une méthodologie multi-scalaire permettant de mettre en évidence ces interactions d'échelles (Pohl et al., 2010) spatiales et temporelles sous-jacentes à ces tendances décennales.

Spatialement, il s'agit de faire le lien entre l'échelle locale ponctuelle des relevés in situ insulaires et les circulations de large échelle. Les évolutions perceptibles à l'échelle de l'hémisphère sont-elles significatives à l'échelle locale? Quelle est leur amplitude, et comment cette dernière est-elle modulée par la latitude, l'exposition, ..., des stations de mesure? Dans quels champs géophysiques (précipitations, température, vent, hauteur géopotentielle, ...) sont-elles les plus marquées?

Temporellement, comment ces tendances se matérialisent-elles aux pas de temps plus courts des systèmes pluviogènes et dépressionnaires (variabilité synoptique, fluctuations intra-saisonnières, ...)? Afin de répondre à ce point, des techniques de désagrégation ("downscaling") statistico-dynamiques (de type classifications automatiques ou algorithmes de partitionnements : nuées dynamiques ou réseaux de neurones) seront mises en œuvre.

D'un point de vue méthodologique, ce travail tire parti d'une double opportunité fournie par la mise à disposition très prochaine (fin 2010) de deux jeux de données complémentaires permettant d'aborder l'ensemble de cette problématique. D'une part, les runs couplés du Coupled Model Intercomparison Project (CMIP) réalisés dans le cadre du Fifth Assessment Report (AR5) du GIEC. Ces expériences numériques seront celles qui serviront de base au prochain rapport scientifique, prévu pour mars 2014. D'autre part, il s'appuiera sur un réseau d'observations journalières unique dont dispose la France à ces latitudes, à la fois sur les Terres Australes et Antarctiques Françaises (TAAF) et, plus au nord, sur les Iles Éparses (Tromelin, Juan de Nova, Europa, Bassas da India et Les Glorieuses). Il s'insèrera dans l'Appel à Manifestation d'Intérêt "Iles Eparses" récemment lancé par l'INEE et le CNRS (www.cnrs.fr/infoslabos/appels-offres/docs/AMI_Iles-Eparses.doc) et auquel le Centre de Recherches de Climatologie (CNRS UMR5210 / uB) a répondu. Pour cette raison, il focalise sur le fuseau de l'océan Indien, de l'Afrique à l'Indonésie et de l'Inde à l'Antarctique.

Ce bassin océanique forme en outre un cas d'étude très bien approprié pour cette thématique : il a connu pendant la période d'étude une variabilité décennale particulièrement prononcée, avec une rupture de stationnarité très marquée au milieu des années 1970 (Richard 2004) qui ont autant affecté sa climatologie moyenne que les structures de variabilité climatique, notamment interannuelle.

L'utilisation conjointe de ces données observées et simulées permettra :
(i) d'évaluer les performances des modèles couplés actuels à reproduire les tendances observées depuis les années 1950 ;
(ii) d'attribuer ces signaux décennaux aux forçages anthropiques : pour cela, les runs de contrôle (avec quantités de gaz à effet de serre constantes) seront confrontés aux runs historiques (forcés avec les concentrations observées) ;
(iii) dans une dernière partie, d'analyser les tendances prévues pour l'horizon 2050 à 2100, et d'aborder brièvement leur sensibilité aux scénarios SRES d'émissions de gaz à effet de serre (par exemple, tendances prévues en scénario A2 vs. B2, ...).