ROBERT
Je suis heureux de vous inviter à ma soutenance de thèse intitulée :
"Dynamique de variabilité des courants-jets des moyennes latitudes".
Jury :
Vladimir Zeitlin (président)
Laurent Terray de Toulouse (rapporteur),
Pablo Zurita-Gotor de Madrid (rapporteur)
Nili Harnik de Tel Aviv (Examinatrice)
Gwendal Rivière & Francis Codron co-directeurs
vendredi 20 Octobre 2017
Résumé :
"Cette étude a pour objectif d'analyser le rôle joué par les ondes de
Rossby dans la variabilité des courants-jets troposphériques des moyennes
latitudes à l'aide d'un modèle numérique idéalisé. Elle s'intéresse en
particulier aux mécanismes dynamiques responsables de la persistance des
principaux modes de variabilité, à savoir le mode de déplacement méridien
(Modes Annulaires, Oscillation Nord Atlantique) et de pulsation
d'amplitude (lié à la téléconnection Pacifique Nord Américaine). Le mode
de déplacement est souvent le principal mode de variabilité des jets du
fait de sa persistance plus grande que celle du mode de pulsation.
Cette persistance accrue du mode de déplacement est causée par une
rétroaction positive des ondes de Rossby, bien documentée dans de nombreux
modèles et observations, qui est bien présente dans ce modèle. Parmi les
différentes sortes de mécanismes proposées dans la littérature, cette
rétroaction est caractérisée comme étant d'origine barocline, c'est à dire
causée par une modification de la source d'onde, et non barotrope, c'est à
dire liée à un changement de propagation des ondes. De plus, deux nouveaux
types de rétroactions ont été mis en évidence à une échelle de temps plus
courte que cette rétroaction classique. Ce sont toutes deux des
rétroactions qui diminuent la persistance, mais dont le mécanisme dépend
de la nature des ondes impliquées. Les ondes planétaires, caractérisées
par un faible nombre d'onde zonal, tendent à se réfléchir sur les flancs
du jet, ce qui produit une rétroaction négative pour les deux modes de
variabilité. A contrario, les ondes synoptiques de plus grand nombre
d'onde n'influent que sur la persistance du mode de pulsation, creusant
ainsi l'écart de persistance avec le mode de déplacement. Ces différents
mécanismes, identifiés grâce au modèle idéalisé, sont aussi retrouvés et
ainsi validés dans le contexte plus réaliste des données de réanalyse,
plus particulièrement dans l'\HS\ en été dont les caractéristiques de
variabilité du courant-jet sont les plus proches de celles du modèle.
Enfin, une réflexion sur les conséquences du changement climatique est
proposée via l'étude de sensibilité menée sur certains paramètres clés du
modèle. La variation du gradient méridien de température, résultat robuste
observé dans de nombreux scénarios, est identifiée comme un paramètre
affectant nettement la persistance du mode de déplacement, conduisant à un
mode plus persistant dans le futur. La position moyenne du jet présente
aussi un effet sur cette persistance, conduisant à un mode de déplacement
moins persistant pour des jets plus proche du pôle. Ce résultat en accord
avec la littérature même si son interprétation est différente. L'effet
d'une variation de la friction dans les basses couches de l'atmosphère est
aussi étudiée, car ce paramètre plutôt difficile à évaluer présente une
disparité suivant les modèles, et influence nettement l'intensité de la
rétroaction positive des ondes.
Cette thèse a donc permis de mettre en évidence deux nouveaux mécanismes
de rétroaction des ondes sur les courants-jets et développé des
diagnostics théoriques qui pourront être plus amplement testés et
appliqués dans d'autres contextes, particulièrement des réanalyses et des
simulations de climat réalistes."
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Abstract :
"This study investigate the impact of Rossby waves on the tropospheric
midlatitude eddy-driven jets using an idealized numerical model. It
focuses on the dynamical mechanisms driving the persistence of the main
modes of variability, namely a shifting mode (Annular Modes, North
Atlantic Oscillation) and a pulsing mode (related to the Pacific North
American teleconnection pattern). The shifting mode is often found to be
the leading mode of variability due to an enhanced persistence compared to
the pulsing one.
This increase persistence is caused by a positive feedbacks of Rossby
waves, well established in many models and observations, which is present
in the idealized model. Among the different kind of mechanisms proposed in
the literature, this feedback is caused by a baroclinic mechanism, i.e.
based on changes in the wave source, and not by a barotropic one, i.e.
caused by a change in wave propagation. Moreover, two new kinds of
feedback have been found for a shorter timescale than the more classical
feedback. They both tend to reduce persistence, but their underlying
dynamical mechanism depends on wave properties. The planetary wave, i.e.
with small zonal wavenumber, do reflect on both flanks of the jet, leading
to a negative feedback on both the shifting and pulsing modes. However,
the synoptic waves, i.e. with a larger zonal wavenumber, only impact the
pulsing mode, increasing the discrepancy in persistence between the two
modes. These new mechanisms, identified using the idealized model, have
been also found in the more realistic set up of reanalysis by studying
Southern hemisphere eddy-driven jet summer variability which resemble the
most the simulated variability of the model.
Finally, the impact of climate change is assessed using the sensitivity
analysis of the model to key parameters. Changes in meridional gradient of
temperature, which are a robust feature of many climate change
simulations, is found to clearly impact the persistence of the shifting
mode, leading to longer lasting phases of such modes in the future. Jet
position is also found to have an effect on shifting mode persistence,
which leads to less persistent shifting mode for poleward shifted jets.
This result is consistent with other studies but a different explanation
is given. The impact of friction is also investigated, because it is a
parameter difficult to tune in numerical models, and is found to change
the strength of the positive eddy feedback.
In conclusion, two new feedback mechanisms acting on eddy-driven jets
variability have been found and theoretical diagnostics have been
developed and could be used to probe more realistic set up such as future
climate simulations and reanalysis."
