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Rôle du déferlement des ondes de Rossby dans la variabilité climatique aux latitudes tempérées

Michel, Clio (2012) Rôle du déferlement des ondes de Rossby dans la variabilité climatique aux latitudes tempérées. (The role of Rossby wave breakings in the climate variability at midlatitudes.)

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Prix Léopold Escande 2012 (en savoir plus)

Résumé

L'objectif de cette thèse a été d'analyser la dynamique de l'interaction entre les ondes baroclines (ou rail des dépressions) et la variabilité basse fréquence de l'atmosphère aux moyennes latitudes. Deux approches distinctes ont été suivies pour étudier le rôle des déferlements d'ondes baroclines sur les courants-jets, l'une reposant sur les données réanalysées et l'autre sur des simulations numériques. La première partie de la thèse a plus précisément consisté à étudier le lien entre les déferlements d'ondes de Rossby et les quatre régimes de temps sur l'Atlantique Nord en hiver en utilisant les réanalyses ERA40. Le calcul des fréquences d'occurrence des déferlements d'ondes a montré que ceux-ci tendent généralement à renforcer les régimes sauf le blocage scandinave qui est détruit par du déferlement cyclonique au sud du Groenland. Ensuite, les précurseurs des transitions entre régimes de temps ont été identifiés. Le premier précurseur est relié à la propagation linéaire d'anomalies basse fréquence (période supérieure à 10 jours). Ce précurseur n'est pas systématique mais il survient durant la transition du régime zonal vers le blocage environ une semaine avant ce dernier où il prend la forme d'un train d'ondes quasi-stationnaire excité par des anomalies convectives dans l'Atlantique subtropical. Le second précurseur plus systématique intervient au niveau des interactions non-linéaires entre les tourbillons transitoires haute et basse fréquences et a pu être relié aux déferlements d'ondes. La formation et la destruction du blocage scandinave ont ensuite été plus particulièrement étudiées en analysant respectivement les transitions préférentielles du régime zonal au blocage et du blocage vers l'anticyclone groenlandais en lien avec les dépressions de surface et les déferlements d'ondes. Les dépressions de surface atteignent les mêmes intensités pendant la formation et la destruction du blocage mais ne suivent pas les mêmes trajectoires. Pendant la formation du blocage, les dépressions de surface ont des trajectoires rectilignes se dirigeant vers le nord de la Scandinavie et sont liées à un déferlement anticyclonique. Pendant la destruction du blocage, les trajectoires des dépressions de surface sont courbées sur l'Atlantique Nord en direction du Groenland et sont reliées à du déferlement cyclonique qui favorise ainsi l'apparition de l'anticyclone groenlandais. Notre analyse suggère que cette différence de comportement provient de la forme de l'écoulement basse fréquence qui n'est pas le même pendant la formation et la destruction du blocage et qui favorise un certain type de déferlement plutôt qu'un autre. Dans la seconde partie de la thèse, nous avons analysé le lien entre les températures de surface de la mer (SSTs) et le comportement du rail des dépressions avec le modèle de circulation générale de l'atmosphère Arpège-Climat en mode aquaplanète pour mieux comprendre les téléconnexions telles que l'Oscillation Arctique et/ou l'Oscillation Nord-Atlantique d'un point de vue idéalisé. Pour cela, nous avons fait une étude de sensibilité de la variabilité de l' "eddy-driven" jet à différents profils méridiens de SSTs fixes dans le temps. L'intensité de l'activité du rail des dépressions et de l' "eddy-driven" jet, qui tend à augmenter pour un front de SST d'intensité plus élevée, de largeur plus grande ou localisé plus proche du jet subtropical, peut s'interpréter aisément par une augmentation de la baroclinie dans chaque cas. La position de l' "eddy-driven" jet dépend plus des propriétés des déferlements d'ondes. En effet, sa position systématique du côté polaire du front de SST peut s'expliquer par des déferlements anticycloniques plus fréquents que les déferlements cycloniques et cette asymétrie s'accentue lorsque le front de SST est déplacé vers le pôle. Enfin, un jet subtropical plus intense élargit la zone de propagation des ondes du côté équatorial du front ce qui pousse le déferlement anticyclonique à se produire plus près de l'équateur et donc à rapprocher l' "eddy-driven" jet du jet subtropical. D'autre part, nous avons mis en évidence que le mode dominant de variabilité de l' "eddy-driven" jet varie en fonction de la latitude du front de SST. Près de l'équateur, la variabilité dominante est une fluctuation latitudinale de l' "eddy-driven" jet. Mais plus le front de SST est vers le pôle, plus le mode de variabilité de l' "eddy-driven" jet tend à passer d'un régime de fluctuation latitudinale de sa position à un régime de pulsation de son amplitude. Ce résultat pourrait expliquer pourquoi dans les réanalyses ERA40, le mode dominant de variabilité du jet Pacifique Sud est associé à un régime de pulsation alors que celui de l'Indien Sud à un régime de fluctuation latitudinale. ABSTRACT : This thesis aims at analyzing the dynamics of the interaction between baroclinic waves (stormtrack) and the atmospheric low-frequency variability at midlatitudes. Two different approaches have been followed to study the impact of baroclinic wave breakings on jet-streams, one using reanalysis data and the other numerical simulations of a climate model. The first part of the PhD dealt with the link between Rossby wave breakings and the four weather regimes over the North Atlantic in winter using ERA40 reanalysis. The calculation of wave breaking frequencies showed that wave breakings tend to reinforce weather regimes except the Scandinavian blocking which is destroyed by cyclonic wave breaking south of Greenland. Then, precursors of weather regime transitions have been identified. The first precursor is linked to the linear propagation of low-frequency anomalies (period greater than ten days). This is not a systematic precursor but it occurs during the zonal to blocking transition about one week before this latter and is related to a quasi-stationary wave train excited by convective anomalies in the North Atlantic subtropics. The systematic second precursor is related to non-linear transient eddy interactions and has been linked to Rossby wave breakings. The link between the surface cyclones, Rossby wave breakings and the formation and decay of the Scandinavian blocking has been more precisely studied through the preferential transitions from the zonal weather regime to the blocking and from the blocking to the Greenland anticyclone. During the formation and decay of the blocking, surface cyclones reach the same intensities but do not follow the same trajectories. During the blocking formation, surface cyclones follow straight trajectories toward the north of Scandinavia and are linked to an anticyclonic wave breaking. Whereas during the blocking decay, surface cyclones trajectories are curved over the North Atlantic toward Greenland and are linked to a cyclonic wave breaking favouring the Greenland anticyclone formation. Our study suggests that this difference of behavior comes from the shape of the low-frequency flow which is not the same during the formation and the decay of the blocking and which can favour a particular type of wave breaking rather than another. The second part dealt with the link between sea surface temperatures (SSTs) and the storm-track in the atmospheric general circulation model Arpège-Climat in aquaplanet mode to better understand teleconnections such as the Arctic Oscillation and/or the North Atlantic Oscillation from an idealized point of view. We performed a sensitivity analysis of the eddy-driven jet variability to various stationary SST profiles. The storm-track activity and the eddy-driven jet intensities, which tend to increase for a more intense SST front, when the SST front is wider or nearer the subtropical jet, can be understood by a stronger baroclinicity in each case. The eddy-driven jet position is more dependent on wave breaking characteristics. Indeed, its systematic position on the poleward side of the SST front can be explained by more frequent anticyclonic wave breakings than cyclonic wave breakings and this asymetry increases when the SST front is shifted poleward. A stronger subtropical jet expands the wave propagation region toward the equatorial side of the front which then shifts the anticyclonic wave breaking occurrence equatorward and therefore moves the eddy-driven jet closer to the subtropical jet. The eddy-driven jet variability was shown to change according to the SST front latitude. The leading mode of variability is a latitudinal fluctuation of the eddy-driven jet near the equator. But when the SST front is shifted poleward, the eddy-driven jet variability is changed from a latitudinal fluctuation of its position to a pulsing of its amplitude. This result can explain that, in reanalysis, the eddy-driven jet variability is more characterized by a pulsing in the South Pacific and more by latitudinal fluctuations in the South Indian Ocean.

Département ou laboratoire:Groupe d'études de l'Atmosphère Météorologique - GAME (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Rivière, Gwendal et Terray, Laurent
Mots-clés:Météorologie dynamique - Déferlements d'ondes de Rossby - Régimes de temps – Blocage - Rail des dépressions - Fronts de SST. KEYWORDS : Dynamic meteorology - Rossby wvave breaking - Weather regimes - Blocking - Storm track - SST fronts
Sujets:Atmosphère - Océan
Atmosphère - Océan > Météorologie
Déposé le:21 Janvier 2013

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