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Dissertations / Theses on the topic 'Nuages convectifs'
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Strauss, Clément. "Quelle turbulence sur les bords des nuages convectifs ?" Thesis, Toulouse 3, 2020. http://www.theses.fr/2020TOU30289.
Full textAbstract:
Mieux représenter la turbulence aux échelles kilométrique et hectométrique est un enjeu important pour les modèles de prévision numérique du temps. La paramétrisation de la turbulence selon Cuxart et al. (2000) (notée CBR) actuellement utilisée dans les modèles AROME et Méso-NH, n'est pas satisfaisante dans les nuages convectifs, mais une nouvelle paramétrisation introduite par Moeng (2014) a montré un fort potentiel pour représenter les flux thermodynamiques verticaux sur un cas de cumulonimbus en phase mature (Verrelle et al., 2017). Dans cette thèse, deux simulations LES (Large Eddy Simulation) de convection profonde à 50 m puis 5 m de résolution permettent de généraliser ces résultats à une population de nuages convectifs à différentes phases de leur cycle de vie puis à un cumulus congestus et d'étudier la plupart des flux turbulents d'ordre 2 à différentes résolutions horizontales (50 m, 100 m, 250 m, 500 m, 1 km et 2 km) en filtrant les champs de la LES. La paramétrisation de Moeng fournit de meilleurs résultats que la paramétrisation CBR pour les flux ther- modynamiques verticaux mais aussi, dans une moindre mesure, pour les flux thermodynamiques horizontaux, à la fois à l'intérieur et sur les bords des nuages. L'amélioration est moins évidente pour les flux dynamiques. La LES à 5 m permet ensuite de caractériser et quantifier la turbulence, les instabilités et les processus thermodynamiques et dynamiques aux bords du cumulus. La turbulence sur les bords est de plus fine échelle que celle située à l'intérieur du cumulus. La production dynamique de turbulence sous-maille domine largement sur la production thermique. L'air nuageux est fortement renouvelé par un entrainement majoritairement latéral. Celui est causé par différents types d'instabilités avec, notamment, une circulation toroïdale de grande échelle près du sommet du nuage. Il existe peu de subsidences pénétrantes au sommet du nuage et elles sont peu profondes. Près des bords du cumulus, des subsidences coexistent avec une inversion de la flottabilité. Le refroidissement évaporatif, principalement présent sur les bords du cumulus, contribue à cette inversion et atténue les mouvements convectifs. Il influe aussi sur le trajet de l'air entrainé dans le nuage mais modifie peu les instabilités. L'étude approfondie menée à partir de nombreux diagnostics tels que des bilans ou des traceurs lagrangiens sur des simulations à grandes grilles, contribue ainsi à améliorer notre compréhension des processus qui pilotent les échanges entre le nuage et son environnement<br>Improving the representation of turbulence at kilometre and hectometre scales is an important issue for nu- merical weather prediction models. The turbulence parametrization according to Cuxart et al. (2000) (noted CBR), currently used in the AROME and Méso-NH models, is not satisfactory in convective clouds, but a new parameterization introduced by Moeng (2014) has shown a strong potential to represent vertical thermodynamic fluxes on a mature cumulonimbus case (Verrelle et al., 2017). In this thesis, two LES (Large Eddy Simulation) of deep convection at 50-m then 5-m resolutions allow to generalize these results to a population of convective clouds at different phases of their life cycle then to a cumulus congestus and to study most of the 2nd order moment turbulent fluxes at different horizontal resolutions (50 m, 100 m, 250 m, 500 m, 1 km and 2 km) by filtering the fields of the LES. The Moeng parametrization provides better results than the CBR parametrization for vertical thermody- namical fluxes but also, to a lesser extent, for horizontal thermodynamical fluxes, both inside the cloud and at its edges. The improvement is less obvious for dynamical fluxes. The LES at 5 m then allows to characterize and quantify the turbulence, instabilities and thermodynamic and dynamic processes at the edges of the cumulus. The turbulence at the edges has a finer scale than that inside the cumulus. The dynamical production of subgrid turbulence largely dominates over the thermal production in the whole cloud. The cloudy air is strongly renewed by a mainly lateral entrainment. This is caused by different types of instabilities with, in particular, a large-scale toroidal circulation near the top of the cloud. There are few and shallow penetrative downdrafts at the top of the cloud. Near the edges of the cumulus, downdrafts coexist with a buoyancy inversion. Evaporative cooling, mainly present on the edges of the cumulus, contributes to this inversion and decreases the convective circulation. It also influences the path of the air entrained in the cloud but has little impact on the instabilities. The in-depth study carried out on the basis of numerous diagnoses, such as budgets or lagrangian tracers over large grid simulations, contributes to improve our understanding of the processes driving the exchanges between the cloud and its environment
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Burnet, Frédéric. "Validation des mesures aeroportees de la microphysique nuageuse et etude des processus d'entrainement-melange dans les nuages convectifs." Toulouse 3, 1999. http://www.theses.fr/1999TOU30097.
Full textAbstract:
Le declenchement rapide des precipitations dans les nuages convectifs est encore mal explique. La theorie de la condensation predit en effet des distributions dimensionnelles de gouttelettes etroites alors que la formation des embryons de precipitation necessite des spectres larges avec de grosses gouttelettes. La mesure in situ des distributions dimensionnelles de gouttelettes est essentielle pour mieux comprendre la microphysique nuageuse. La campagne de mesures scms etait ainsi dediee a l'etude de la formation des precipitations dans les petits cumulus chauds (sans phase glace). La premiere partie de ce manuscrit est consacree a la validation des mesures collectees pendant scms, ou de nouveaux instruments etaient utilises. La principale difficulte est qu'il n'existe pas de standard absolu pour etalonner les instruments. Notre methodologie de validation s'appuie sur la comparaison des resultats obtenus dans des conditions variees, afin d'etudier et d'identifier les limites des differents instruments bases sur des principes de mesure differents (compteur de particules, integrateur, capteur a fil chaud). Dans la seconde partie de ce travail, nous utilisons les mesures ainsi validees pour etudier la formation des grosses gouttelettes a partir des processus de melange entre l'air nuageux et son environnement plus sec. Nous developpons une nouvelle methode d'analyse pour caracteriser la nature statistique du melange, homogene ou heterogene. Il est montre que le concept heterogene fournit une description satisfaisante de ses proprietes statistiques. Nous nous appuyons sur ce resultat pour construire un modele simple d'evolution des spectres de gouttelettes dans les cellules melangees, a concentration constante. Les conditions qui favorisent la formation des gouttes suradiabatiques sont identifiees. Les resultats du modele sont ensuite confrontes aux mesures.
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Peroni, Raphaël. "Télédétection du contenu en vapeur d'eau au-dessus et autour de nuages convectifs." Electronic Thesis or Diss., Université de Lille (2022-....), 2023. http://www.theses.fr/2023ULILR083.
Full textAbstract:
Malgré les avancées significatives dans la recherche en physique de l'atmosphère au cours des dernières décennies, de nombreuses incertitudes subsistent concernant notre compréhension du changement climatique. Les connaissances actuelles indiquent que les nuages jouent un rôle majeur dans ces incertitudes, en raison des interactions complexes impliquant les aérosols, la vapeur d'eau, les nuages, la circulation atmosphérique globale, la convection et les précipitations. La vapeur d'eau joue un rôle essentiel dans la formation et le développement des nuages, en particulier ceux issus de phénomènes convectifs qui, eux-mêmes, redistribuent la vapeur d'eau dans l'atmosphère par le biais d'échanges entre les nuages et leur environnement proche. Par conséquent, une compréhension plus approfondie de la teneur en vapeur d'eau au-dessus et autour des nuages est nécessaire pour améliorer notre compréhension des interactions entre la vapeur d'eau et les nuages, et aider la communauté scientifique à mieux contraindre les modèles de type LES et les modèles numériques de prévisions du temps. Notre recherche s'inscrit dans le cadre de la mission spatiale C³IEL, dont l'objectif est d'améliorer nos connaissances sur l'enveloppe 3D des nuages convectifs, leurs vitesses de développement horizontale et verticale, le contenu en vapeur au-dessus et autour, ainsi que l'activité électrique associée à ces systèmes convectifs. Au cours de cette thèse, notre attention s'est portée sur l'obtention du contenu intégré en vapeur d'eau en présence de nuages à partir d'observation satellite. La restitution de cette quantité a été effectuée grâce à une approche probabiliste Bayésienne : la méthode d'estimation optimale. Jusqu'à présent, peu d'études ont explicitement démontré la faisabilité d'une telle inversion en cas de ciel nuageux, en raison de la pénétration et diffusion du rayonnement dans le nuage qui augmente le nombre de paramètres intervenant dans la relation entre les luminances et le contenu en vapeur d'eau.Des simulations de transfert radiatif ont été effectuées dans les trois bandes spectrales SWIR défini pour l'étude du contenu en vapeur d'eau dans le contexte de la mission C³IEL, suivant l'hypothèse d'une atmosphère constituée de couches plans-parallèles homogènes afin de générer des jeux de luminances synthétiques pour tester l'algorithme d'inversion développé au cours de cette thèse. L'application de notre algorithme d'inversion en conditions idéalisées a permis de montrer la faisabilité de la restitution du contenu intégré en vapeur d'eau au-dessus du nuage, situé au-dessus de l'océan à partir des luminances dans le SWIR, avec une précision de l'ordre de 1 kg/m² lorsque le nuage est optiquement dense. Cependant, la précision de cette restitution diminue à mesure que l'épaisseur optique du nuage diminue. L'application de l'algorithme sur des profils de vapeur d'eau réalistes, c'est-à-dire présentant des profils verticaux nuageux non homogènes, a montré que le contenu intégré en vapeur d'eau au-dessus de nuages d'eau liquide était restituable avec un biais positif, lié à la pénétration dans la nuage, de l'ordre de 2,18 kg/m², c'est-à-dire du même ordre de grandeur que ceux obtenus dans des travaux antérieurs en conditions de ciel clair. En présence de nuages de convection contenant de l'eau liquide et de la glace, caractérisés par une épaisseur géométrique importante et donc une altitude de sommet élevée, avec une épaisseur optique très élevée et des contenus en vapeur d'eau très faibles, l'algorithme d'inversion que nous avons développé ne permet pas de réaliser une restitution valable. Des pistes d'améliorations sont donc proposées afin d'améliorer les restitutions du contenu en vapeur d'eau dans des cas réalistes et de définir la limite restituable pour le contenu en vapeur d'eau<br>Despite significant advances in atmospheric physics research over the past few decades, many uncertainties persist regarding our understanding of climate change. Current knowledge indicates that clouds play a major role in these uncertainties due to complex interactions involving aerosols, water vapor, clouds, global atmospheric circulation, convection, and precipitation. Water vapor plays a crucial role in clouds formation and development, especially those resulting from convective phenomena that redistribute water vapor in the atmosphere through exchanges between clouds and their immediate environment. Therefore, a better understanding of water vapor content above and around clouds is necessary to improve our comprehension of interactions between water vapor and clouds and to help the scientific community better constrain LES models and numerical weather forecasting models. Our research is part of the C³IEL space mission, which aims to enhance our knowledge of the 3D envelope of convective clouds, their horizontal and vertical development velocities, the water vapor content above and around clouds, and the electrical activity associated with these convective systems. The focus of this thesis concerns the retrieval of integrated water vapor content in the presence of clouds from satellite observations. This retrieval was achieved through a Bayesian probabilistic approach: the optimal estimation method. So far, few studies have explicitly demonstrated the feasibility of such inversion under cloudy atmosphere because of the complexity related to the penetration and scattering of radiation within the cloud. This increases the number of parameters involved in the relationship between radiance and water vapor content.Radiative transfer simulations were conducted in the three SWIR spectral bands defined for the study of water vapor content in the context of the C³IEL mission. The atmosphere was assumed to be composed of homogeneous plan-parallel layers, and synthetic radiance datasets were generated for testing the retrieval algorithm developed in this thesis. The feasibility of retrieving integrated water vapor content above a cloud and over the ocean from SWIR radiances was shown with a precision of approximately 1 kg/m² for optically dense clouds. However, the precision of this retrieval decreases as the cloud optical thickness decreases. Tests were then realized with realistic water vapor and cloud extinction profiles that present non-homogeneous cloudy vertical profiles. This shows that integrated water vapor content above liquid water clouds could be retrieved with a positive bias related to cloud penetration of approximately 2.18 kg/m². This value is of the same order of magnitude than those obtained in previous work under clear-sky conditions. In the presence of convective clouds containing both liquid and ice water, characterized by a significant vertical extension and thus a high top altitude, very high optical thickness and very low water vapor content, the retrieval algorithm does not succeed to provide a valid retrieval. Suggestions are therefore proposed to improve water vapor content retrievals in realistic cases and define the retrievable limit for water vapor content
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Verrelle, Antoine. "Modélisation de la turbulence dans les nuages convectifs profonds aux résolutions kilométrique et hectométrique." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2015. http://oatao.univ-toulouse.fr/14522/1/Verrelle_partie_1_sur_5.pdf.
Full textAbstract:
Une étude de sensibilité aux échelles kilométriques et hectométriques de simulations idéalisées de convection profonde montre qu’une résolution horizontale minimale de 1 km est nécessaire pour commencer à bien représenter les structures convectives et qu'il faut améliorer la turbulence dans les nuages convectifs. Une simulation LES (50 m de résolution) d'un nuage convectif profond permet d’obtenir les flux turbulents de référence, dégradés ensuite à différentes résolutions (2, 1 et 0.5 km), et d'évaluer ainsi la paramétrisation actuelle de la turbulence au sein des nuages convectifs. Les défauts mis en évidence sont une énergie cinétique turbulente insuffisante, liée à une sous-estimation de la production thermique notamment dans des zones à contre-gradient, et des vitesses verticales trop fortes. Une paramétrisation alternative de certains flux turbulents, basée sur des gradients horizontaux, montre une meilleure partition entre mouvements résolus et sous-maille à 1 km de résolution.
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Sane, Youssouph. "Représentation du cycle de vie des systèmes convectifs dans le modèle LMDZ pendant la campagne AMMA 2006." Paris 6, 2011. http://www.theses.fr/2011PA066051.
Full textAbstract:
Cette thèse a pour objectif d'étudier et d'améliorer la représentation du cycle de vie des systèmes convectifs de l'Afrique de l'Ouest (orages tropicaux, lignes de grains,. . . ) dans les modèles de circulation atmosphérique. Ces modèles de circulation sont devenus un des outils de base pour à la fois les recherches en physique du climat et pour la prévision opérationnelle du temps. La gamme d'échelles spatiales impliquée rend particulièrement complexe la modélisation de la mousson Ouest Africaine. Cependant, beaucoup de progrès ont été réalisés ces dernières années au Laboratoire de Météorologie Dynamique dans le développement des paramétrisations de convection nuageuse (Rio and Hourdin, 2008; Grandpeix et al. , 2010) et le modèle LMDZ est capable de représenter de façon correcte les caractéristiques moyennes du système de mousson Ouest Africaine. Notre travail de thèse repose en grande partie sur l'exploitation des données recueillies au cours de l'été 2006 pendant la période d'observation intensive (mesures sol, avions, ballons) de la campagne d'Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine (AMMA). L'amélioration de la représentation de la convection dans ces régions est un enjeu de première importance, à la fois pour l'amélioration des prévisions du temps et pour essayer de prévoir les possibles variations du climat sur la région dans le cadre du réchauffement global du climat. La discrimination des systèmes locaux et propagatifs a permis de faire la comparaison des systèmes locaux avec le modèle qui ne représente pas pour le moment la propagation des systèmes convectifs. Ainsi le cycle diurne des systèmes locaux est comparable au cycle diurne du modèle. Un des résultats marquant obtenu durant cette thèse concerne la représentation du cycle diurne des précipitations convectives. Nous avons en particulier, montré que la nouvelle "paramétrisation" de la convection orageuse, prenant en compte explicitement les "poches froides" créées sous les nuages par réévaporation des pluies convectives, développée par Grandpeix et al. , (2010), permet de décaler dans la soirée les pluies convectives (qui se produisent en générale beaucoup trop tot dans les modèles, vers 12h, en phase avec l'insolation), en bien meilleur accord avec les observations. Nous avons aussi mis au point une approche d'initialisation physique de la convection par des températures de brillance du satellite Météosat Seconde Génération (MSG). Cette approche d'initialisation détectant les zones convectives donne une meilleure représentation spatiale de la convection de manière cohérente avec les observations
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CHAUMAT, LAURE. "Etude experimentale des processus de condensation dans les nuages convectifs : elargissement des spectres et distribution spatiale des gouttelettes." Clermont-Ferrand 2, 1999. http://www.theses.fr/1999CLF21118.
Full textAbstract:
La formation rapide des precipitations dans les cumulus est un phenomene encore mal explique. Plusieurs hypotheses ont ete avancees dont la contribution de noyau ultra geants, une efficacite de collison entre gouttelettes renforcee et l'elargissement des spectres de gouttelettes. Notre etude est consacree plus particulierement a la caracterisation des distributions dimensionnelles de gouttelettes dans les regions de nuage non melangees, a leur elargissement et a l'analyse de la distribution spatiale des gouttelettes a micro-echelle, source potentielle d'elargissement. De recentes mesures in-situ montrent que les spectres de gouttelettes dans les cellules adiabatiques sont plus larges que ceux prevus par la theorie classique de croissance par diffusion de vapeur. Une telle particularite implique que le champ de sursaturation n'est pas uniforme dans les ascendances non melangees. Un grand echantillon d'observations effectuees dans de telles regions est analyse et l'elargissement spectral est represente par la fonction de densite de probabilite de l'integrale de la sursaturation. Il est montre que la dispersion dans cette fonction augmente lineairement avec la valeur moyenne, et une parametrisation simple de l'elargissement des spectres est proposee. Cette variabilite dans l'integrale de la sursaturation peut provenir des heterogeneites dans la distribution spatiale des gouttelettes. Des mesures a tres fine echelle sont analysees pour caracteriser la statistique du comptage des particules. Celle-ci montre que les gouttelettes sont distribuees aleatoirement dans l'espace. Les effets des heterogeneites resultantes sur l'elargissement spectral sont estimes avec un modele conceptuel qui prouve qu'ils ne sont significatifs que pour des valeurs irrealistes du temps de vie des heterogeneites. De recentes simulations numeriques des effets inertiels des gouttelettes dans les structures de micro-echelle de la turbulence sont alors testees. Il est montre que le modele qui produit un elargissement significatif genere des repartitions spatiales de gouttelettes dont les proprietes statistiques sont irrealistes. Nos resultats indiquent que la concentration preferentielle des gouttelettes ne contribue pas a l'elargissement des spectres, du moins tel qu'il est decrit actuellement par les modeles numeriques.
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Kayiranga, Théoneste. "Contribution a l'etude du cycle diurne des nuages convectifs au moyen de l'imagerie satellitaire au dessus de l'afrique tropicale." Paris 6, 1988. http://www.theses.fr/1988PA066322.
Full textAbstract:
Dans cette these, on etudie la convection profonde nuageuse sur l'afrique tropicale a partir des donnees satellitaires. Pour caracteriser cette convection, plusieurs methodes sont utilisees. On considere d'abord les moyennes mensuelles des luminances dans les canaux infra-rouge aux differentes heures de la journee, ainsi que les ecarts-types diurnes de ces luminances. Ensuite, on construit les frequences mensuelles des nuages a sommets froids. Des indices horizontal et frequence sont definis respectivement par element d'image moyenne et frequence. L'etape suivante est consacree aux comparaisons interannuelles et inter-mensuelles des cycles diurnes mais a grande echelle spatiale. Dans la suite, on s'attache donc aux analyses fines pixel par pixel. Deux nouveaux parametres sont utilises: l'amplitude et la phase du cycle. Enfin, on s'interesse aux comparaisons avec le cycle diurne des precipitations sur une region particuliere. Les resultats montrent l'importance des effets de relief et des circulations locales; les variations interannuelles des nuages convectifs sont largement fonction de l'interaction de ces circulations locales avec les caracteristiques de la circulation atmospherique a grande echelle
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Kayiranga, Théoneste. "Contribution à l'étude du cycle diurne des nuages convectifs au moyen de l'imagerie satellitaire au-dessus de l'Afrique tropicale." Grenoble 2 : ANRT, 1988. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37614722s.
Full text
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Shamekh, Sara. "The impact of sea surface temperature on the aggregation of deep convective clouds." Electronic Thesis or Diss., Université Paris sciences et lettres, 2020. http://www.theses.fr/2020UPSLE041.
Full textAbstract:
Cette thèse examine l’impact des hétérogénéités de température de surface de la mer (SST) sur l’agrégation des nuages convectifs, à l’aide de simulations 3D de l’équilibre radiatifconvectif. Les hétérogénéités de température étudiées sont soit imposées, soit interactives. Dans le premier cas, un point chaud de rayon R et d’anomalie de température ΔT est introduit à la surface. Le point chaud accélère l’agrégation et étend les valeurs de SST pour lesquelles la convection agrège. L’augmentation de l’instabilité sur le point chaud renforce la convection et la circulation grande échelle, forçant la subsidence et l’assèchement à l’extérieur du point chaud. Une anomalie suffisamment large ou chaude provoque l’agrégation même sans rétroactions radiatives. Dans le cas d’hétérogénéités interactives, l’océan est modélisé par une couche de température moyenne constante mais variant dans l’espace. La SST interactive ralentit l’agrégation, d’autant plus que la couche océanique est peu profonde. L’anomalie de SST dans les régions sèches est d’abord positive, s’opposant à la circulation divergente dans la couche limite, connue pour favoriser l’auto-agrégation. à un seuil de sécheresse plus élevé, l’anomalie devient négative et favorise cette circulation. La circulation peu profonde est corrélée à la vitesse d’agrégation. Elle est due à une haute pression, elle-même liée aux anomalies de SST et au refroidissement radiatif de la couche limite. L’inclusion d’un cycle diurne dans les simulations avec SST interactive accélère l’apparition de zones sèches et l’agrégation pour les couches océaniques peu profondes, réduisant ainsi la dépendance de l’agrégation à la profondeur de la couche océanique<br>This study investigates the impact of Sea Surface Temperature (SST) heterogeneities on the aggregation of convective clouds, using 3D cloudresolving simulations of radiativeconvective equilibrium. The SST heterogeneities are either imposed or interactive. In imposed cases, a spatiotemporally fixed warm SST anomaly (Hot-spot) with radius R and temperature anomaly ΔT is introduced at the center of the domain. The hot-spot significantly accelerates aggregation and extends the range of SSTs for which aggregation occurs. A convective instability over the hot-spot leads to stronger convection and generates a large-scale circulation, forcing subsidence drying outside the hot-spot. A large/warm hot-spot drives the aggregation even without radiative feedbacks. In cases where SST heterogeneities are interactive, the ocean is modeled as one layer slab ocean, with a constant mean but spatially varying temperature. The interactive SST decelerates the aggregation, especially with shallower slab. SST anomaly in dry regions is positive at first, thus opposing the diverging shallow circulation known to favor self-aggregation. With further drying, it becomes negative and favors the shallow circulation. The shallow circulation is found to be well correlated with the aggregation speed. It can be linked to a positive surface pressure anomaly, itself the consequence of SST anomalies and boundary layer radiative cooling. Including a diurnal cycle in simulations with interactive SST results in faster triggering of dry patches and accelerates the aggregation for shallow slabs, thus reducing the dependency of aggregation on slab depth
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Durieux, Laurent. "Etude des relations entre les caractéristiques géographiques de la surface et les nuages convectifs dans la région de l'arc de déforestation en Amazonie." Aix-Marseille 1, 2002. http://www.theses.fr/2002AIX10059.
Full textAbstract:
Les nuages convectifs constituent les principales sources de pluie dans la majorité des régions tropicales ; or, la fréquence d'occurrence de ces nuages est sensible aux processus de surface. La région de l'arc de déforestation, en Amazonie Légale (partie brésilienne de l'Amazonie), a connu de profondes modifications de ses territoires au cours des trente dernières années ; la forêt tropicale y a été peu à peu remplacée par des pâturages. Cette thèse propose d'une part une étude géographique de l'état de la végétation dans la région de l'arc de déforestation ainsi qu'une méthode innovatrice de cartographie de la végétation de cette région basée sur des données multi-sources et de la logique floue, et d'autre part une analyse spatiale dynamique des relations entre le cycle de vie des nuages convectifs et la surface. Une climatologie des systèmes convectifs en Amazonie durant l'expérimentation LBA est réalisée à l'aide de données issues d'un modèle de suivi satellitaire, ainsi que la mise en relation spatiale des caractéristiques du cycle de vie des systèmes convectifs avec le relief et la végétation. Une étude chronologique de 1984 à 1993 compare l'évolution des couvertures nuageuses au-dessus de régions déforestées et de régions dont la couverture forestière s'est maintenue. Les principaux résultats de cette étude sont l'observation d'une tendance à une saisonnalité du climat plus marquée suite à la déforestation, et un déplacement septentrional de la limite de transition entre le climat équatorial et le climat tropical dans le Sud du bassin amazonien.
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Chopin, Franck. "Aide à l'interprétation automatique des amas convectifs sur les images des satellites géostationnaires (GOES, Météosat) en prévision de la future exploitation des images du satellite MSG." Saint-Etienne, 2002. http://www.theses.fr/2002STET4014.
Full textAbstract:
La détection et le suivi automatique des amas convectifs font aujourd'hui l'objet de nombreux travaux en météorologie et en traitement d'images. Les informations que peut fournir l'étude des trajectoires et des déformations de ce type d'hydrométéores, peuvent aider à mieux comprendre et à prévoir des phénomènes météorologiques d'envergure tels que les tempêtes tropicales. Après avoir présenté brièvement les satellites géostationnaires, les caractéristiques des amas convectifs sur les images infrarouges thermiques sont étudiées. Une comparaison systématique de différents filtres de traitement des images est appliquée dans le but d'isoler les systèmes convectifs tropicaux, et de délimiter leurs frontières. De nouveaux filtres de segmentation utilisant pour certains, une approche de type "contours" (gradient continu, CFB) et pour d'autres, une approche de type "régions" (seuillage adaptatif, LPER et NMR) sont décrits. Les méthodes de traitement d'images ayant donné les meilleurs résultats sont alors retenues pour étudier les déplacements et les trajectoires des amas convectifs. Une méthode originale de suivi s'inspirant des méthodes de corrélation et de recouvrements entre amas est établie. Elle se base sur la notion de distances entre images. Des tests portant sur un mois de données GOES sont alors effectués afin de vérifier la cohérence des résultats obtenus. Enfin les méthodes de segmentations retenues précédemment sont introduites dans le modèle afin de voir si le suivi peut être amélioré<br>Detection and automatic tracking of convective clusters are the subject of many researches in meteorology and image processing. The study of the trajectories and the distortion of this type of hydrometeors can provide a lot of informations. These can induce a better understanding of big scale weather phenomena such as tropical storms. After a brief presentation of the geostationary satellites, the characteristics of convective clusters on thermal infrared images are studied. A systematic comparison of different filters of image processing is applied to isolate the tropical convective systems, and to delimite their borders. New segmentation filters, some of them using a "contours" approach (continuous gradient, CFB) and others, an "areas" approach (adaptative thresholding, LPER and NMR) are described. The methods of image processing giving the best results are then used to study displacements and trajectories of convective clusters. An original follow-up method, based on the methods of correlation and overlapping betweeen clusters, is established. Tests relating to one month of GOES data are then carried out in order to check the coherence of the results. Finally the segmentations methods selected previously are introduced into the model in order to see whether the follow-up can be improved
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Fontaine, Emmanuel. "Masse des cristaux de glace et facteurs de réflectivité radar dans les systèmes de nuages convectifs de moyenne échelle formés dans les Tropiques et la région de la mer Méditerranée." Thesis, Clermont-Ferrand 2, 2014. http://www.theses.fr/2014CLF22527/document.
Full textAbstract:
Cette thèse s’intéresse à la variabilité de la relation mass-diamètre (m(D)) des hydrométéores en phase glace présents dans les systèmes convectif de moyenne échelle (MCS). Elle s’appuie sur une base de données acquise pour 4 types de MCS différents durant 4 campagnes de mesure aéroportée : (i) MCS de la mousson Africaine (Continent ; MT2010), (ii) MCS de l’océan Indien (MT2011), (iii) MCS de la Méditerranée (côtes ; HyMeX), (iv) MCS de la mousson Nord-Australienne (côtes ; HAIC-HIWC). La relation m(D) est calculée à partir de l’analyse combinée des images des hydrométéores enregistrées par les sondes optiques et les facteurs de réflectivité mesurés à l’aide d’un radar Doppler embarqués sur le même avion de recherche. Il est d’usage que la relation m(D) des hydrométéores soit représentée par une loi puissance (avec un pré-facteur et un exposant), qui doit être contrainte par des informations supplémentaires sur les hydrométéores. Une étude théorique sur les formes des hydrométéores à l’aide de simulations en 3 dimensions dans lesquelles les hydrométéores sont orientés aléatoirement et projeté sur un plan, permet de contraindre l’exposant β de la relation m(D) en fonction de l’exposant σ de la relation surface-diamètre (S(D)). La relation S(D) est aussi représentée par une loi puissance, et elle peut-être calculée pour une population d’images d’hydrométéores enregistrés par les sondes optiques. La variabilité de l’exposant est finalement calculée à partir de la variabilité de l’exposant σ déduis des images des hydrométéores. Ensuite le pré-facteur α est calculé à partir de simulations des facteurs de réflectivité, de sorte que les facteurs de réflectivité simulés soient égaux aux facteurs de réflectivité mesurés par le radar nuage le long de la trajectoire de l’avion dans les MCS. Des profils moyens en fonction de la température sont calculés pour les coefficients de la relation m(D), les distributions en tailles des hydrométéores et les contenus massiques de glace dans les MCS (CWC). Les profils moyens pour les quatre types de MCS sont différents les uns des autres. Pour les quatre types de MCS, il est montré que les variations des coefficients de la relation m(D) sont corrélées avec les variations de la température. Four types de paramétrisations de la relation m(D) sont calculées depuis l’analyses des variations des coefficients de la relation m(D). Le bénéfice apporté par l’utilisation de relation m(D) non constante contrairement à l’utilisation de relation m(D) avec α et β constant, est démontré en étudiant l’impact de toutes les paramétrisations de la relation m(D) sur le calcul des relations Z-CWC et Z-CWC-T<br>This study focuses on the variability of mass-diameter relationships (m(D)) and shape of ice hydrometeors in Mesoscale Convective Systems (MCS). It bases on data base which were recorded during four airborne measurement campaigns: (i) African monsoon’s MCS (continent; MT2010), (ii) Indian Ocean’s MCS (MT2011), (iii) Mediterranean’s MCS (costs; HyMeX), (iv) North-Australian monsoon’s MCS (costs; HAIC-HIWC). m(D) of ice hydrometeors are derived from a combined analysis of particle images from 2D-array probes and associated reflectivity factors measured with a Doppler cloud radar on the same research aircraft. Usually, m(D) is formulated as a power law (with one pre-factor and one exponent) that need to be constrained from complementary information on hydrometeors. A theoretical study of numerous hydrometeor shapes simulated in 3D and arbitrarily projected on a 2D plan allowed to constrain the exponent β of the m(D) relationship from the exponent σ of the surface-diameter S(D) relationship, which is likewise written as a power law. Since S(D) always can be determined for real data from 2D optical array probes or other particle imagers, the evolution of the m(D) exponent can be calculated. After that, the pre-factor α of m(D) is constrained from theoretical simulations of the radar reflectivity factor matching the measured reflectivity factor along the aircraft trajectory. Mean profiles of m(D) coefficients, particles size distributions and Condensed Water Content (CWC) are calculated in functions of the temperature, and are different for each type of MCS. For the four types of MCS, it is shown that the variability of m(D) coefficients is correlated with the variability of the temperature. Four types of m(D) parametrisations are calculated since the analysis of the variability of the m(D) coefficients. The significant benefit of using variable m(D) relations instead of a single m(D) relationship is demonstrated from the impact of all these m(D) relations on Z-CWC and Z-CWC-T fitted parametrisations
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Coutris, Pierre. "Analyse des propriétés dimensionnelles et massiques des cristaux de glace pour l’étude des processus microphysiques dans les systèmes convectifs à méso-échelle." Thesis, Université Clermont Auvergne (2017-2020), 2019. http://www.theses.fr/2019CLFAC007/document.
Full textAbstract:
L’étude des propriétés et processus microphysiques caractérisant la phase glace permet de mieux définir le rôle des nuages dans le cycle de l’eau et sur bilan radiatif de l’atmosphère. Les modèles atmosphériques et les codes d’inversion des données de télédétection utilisent des paramétrisations établies à partir de mesures in situ. Ces mesures servent également des besoins industriels en lien avec la problématique du givrage en aéronautique. L’étude présentée se base sur les données de deux campagnes aéroportées réalisées dans le cadre de la collaboration internationale HAIC-HIWC, ciblant les zones à fort contenu en glace que l’on peut observe rau sein des systèmes convectifs à méso-échelle (MCS) tropicaux. Sur la question des relations « masse-diamètre » (m - D) d’abord, une nouvelle approche est présentée. Basée sur la résolution d’un problème inverse, elle permet de restituer la masse des cristaux à partir de mesures colocalisées classiques en s’affranchissant de la traditionnelle hypothèse de loi puissance, et montre que cette dernière ne permet pas de représenter correctement les propriétés massiques de populations de cristaux hétérogènes (morphologie et tailles différentes) typiques des MCS. La variabilité horizontale des distributions de tailles permet d’étudier le vieillissement de l’enclume d’un point de vue microphysique et de souligner le rôle essentiel du processus d’agrégation dans l’élimination des petits cristaux apportés dans la haute troposphère par la convection profonde et dans la formation d’agrégats supra-millimétriques, précurseurs glacés des précipitations stratiformes. Les relations m - D restituées permettent d’identifier des régimes microphysiques distincts et ouvre la voie aux développement d’une paramétrisation de la masse volumique des hydrométéores en fonction de critères environnementaux<br>The detailed characterization of ice cloud microphysics is key to understand their role in theEarth’s hydrological cycle and radiation budget. The developement of atmospheric models and remote sensingalgorithms relies on parametrisations derived from in situ measurements. These measurements are also usedby the aviation industry to handle the problem of ice crystal icing. This PhD work presents an analysis of themass and size properties of ice crystals observed in high ice water content areas embedded in tropical mesoscaleconvective systems (MCS) during two airborne field campaigns of the HAIC-HIWC international project.A new approach is developped to derive mass-size relationships (m - D) from size distributions and icewater contents. The retrieval is formulated as an inverse problem which waives the power law constraint, aclassical assumption that proves to be an oversimplification when applied to heterogeneous populations of iceparticules typical of MCS anvils.The horizontal variability of size distributions and the aging of MCS anvils is described in terms of microphysicalprocesses. The importance of the aggregation growth process is emphasized as it efficiently removessmall ice particles brought into the upper troposphere by deep convection and significantly contributes to theformation of large agregates, precusor of the stratiform precipitations. The analysis of mass properties revealsthat distinctive microphysical regimes may be identified from the m-D relationship retrieved in various conditions.It paves the way toward a statistical model of the effective density of ice particles as a function of environmentalparameters
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Guichard, Françoise. "Impact d'un ensemble de nuages sur l'environnement de plus grande échelle vu par un modèle de convection nuageuse explicite (cas GATE et TOGA-GAte)." Toulouse, INPT, 1995. http://www.theses.fr/1995INPT034H.
Full textAbstract:
Cette these represente une etude a echelle fine de la convection nuageuse tropicale oceanique et de ses effets a plus grande echelle, a l'aide des bilans thermodynamiques fournis par le modele numerique non-hydrostatique explicite de nuages du cnrm. On analyse une portion d'atmosphere correspondant typiquement a une colonne de modele de circulation generale. Les effets radiatifs (schema du cepmmt) ont ete inclus afin de traiter physiquement les interactions convection-rayonnement. De nouveaux diagnostics ont ete developpes afin d'analyser temporellement et spatialement le systeme et les mecanismes operants. On utilise des simulations bidimensionnelles (donnees gate) poursuivies sur quelques jours, pour caracteriser le regime convectif et sa sensibilite (dans un cas de convection peu organisee), et des simulations tridimensionnelles (donnees toga-coare) poursuivies sur une demi-journee, avec inclusion de la phase glace, pour etudier dans le detail un evenement convectif precis (cas observe de lignes convectives). Relativement aux schemas de convection, l'interet de cette approche est de fournir des elements de comparaison et de reflexion difficiles a obtenir a partir des observations seules. Les simulations bidimensionnelles montrent une grande variabilite temporelle de l'activite convective et des transferts verticaux de vapeur d'eau importante, responsables pour ce cas d'une humidification systematique dans les hautes couches nuageuses. Les effets radiatifs intensifient l'activite convective et le cycle diurne du rayonnement represente un facteur de controle conduisant a un maximum d'activite convective pendant la nuit pour les convergences de grande echelle faibles. L'analyse des simulations tridimensionnelles basee sur une partition du systeme en zones internes (convectives, ciel clair) met en evidence les points suivants. On observe un equilibre de masse entre ces zones, ou intervient la masse de l'eau sous ses differentes phases, resultant d'importants mecanismes de compensation. La connaissance du flux de masse en nuages permet d'estimer correctement le rechauffement/assechement par degagement de chaleur latente. En revanche, la somme des flux resolus a l'echelle des zones internes conduit a une large sous-estimation des flux convectifs. Enfin, cette analyse montre la presence conjointe d'une couche de convection peu profonde dans la simulation, qui est responsable d'un minimum d'assechement dans les basses couches
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Oueslati, Boutheina. "Interaction entre convection nuageuse et circulation de grande échelle dans les tropiques." Toulouse 3, 2012. http://thesesups.ups-tlse.fr/1795/.
Full textAbstract:
Le syndrome de double zone de convergence intertropicale (ITCZ) est un biais systématique dont souffrent la majorité des modèles de circulation générale (GCM). Les causes de ce comportement problématique ne sont toujours pas élucidées. Le but de la thèse est d'apporter des éléments de réponses à ce sujet et de suggérer des pistes d'amélioration des GCMs. Le travail de thèse a mis en évidence l'importance des rétroactions couplées océan-atmosphère et dynamique-thermodynamique dans la structure de l'ITCZ. Dans un premier temps, les mécanismes à l'origine de l'émergence de régimes de précipitations distincts en réponse à différents forçages en température de surface de la mer (SST) ont été analysés, dans les GCMs atmosphériques ARPEGE-Climat et LMDz, en configuration aquaplanète. La transition du régime double à deux ITCZ vers le régime simple à une seule ITCZ a été plus particulièrement analysée. Dans les deux modèles, cette transition est forcée par la convergence des vents de basses couches associée aux changements de gradients méridiens de température de couche limite. Les rétroactions sèches et humides modulent la transition en favorisant ou en s'opposant au forçage par les SST. Les rétroactions dynamiques sèches sont associées l'advection horizontale d'air froid subtropical. Les rétroactions humides, présentes uniquement dans LMDz, sont associées à la convection et incluent le refroidissement stratosphérique et celui de la couche limite dû aux courants convectifs descendants. Les processus humides sont déterminants pour la structure de l'ITCZ par leur influence sur le profil vertical de chauffage diabatique et sur les rétroactions convection-humidité, deux grandeurs très sensibles au schéma de convection et, en particulier, à l'entraînement latéral convectif. Une analyse de l'influence de l'entraînement latéral convectif sur l'ITCZ est effectuée en utilisant le GCM CNRM-CM5 dans une hiérarchie de modèles (couplé océan-atmosphère, atmosphérique et aquaplanète) et montre que la sensibilité de l'ITCZ à ce paramètre est robuste dans les différentes configurations. L'augmentation de l'entraînement convectif réduit considérablement la double ITCZ. Ce changement de structure de l'ITCZ est associé à un changement de la circulation tropicale résultant de rétroactions entre convection et dynamique de grande échelle. En plus de la dynamique verticale, la SST et les rétroactions couplées sont déterminantes pour la structure de l'ITCZ. Les études de sensibilité à l'entraînement latéral convectif montrent que les rétroactions couplées amplifient le biais de double ITCZ. L'analyse multi-modèle des GCMs CMIP5 montre que les processus thermodynamiques associés à la SST sont en grande partie responsables du problème de double ITCZ dans les simulations couplées<br>The spurious double intertropical convergence zone (ITCZ) is a systematic bias affecting state-of-the-art coupled general circulation models (GCM); there is still no consensus on its causes. The goal of this thesis is to shed some light on this outstanding problem toward the improvement of climate model performances. This work emphasizes the roles of coupled ocean-atmosphere and dynamics-thermodynamics feedbacks in the ITCZ structure. The first step was to study the response of the atmospheric GCMs ARPEGE-climat and LMDz in aquaplanet configuration, to a range of SST latitudinal distributions. The purpose was to investigate the existence of multiple precipitation regimes, explore their characteristics and untangle the mechanisms at play in regime transition. The transition from the double regime with two ITCZs to the single regime with only one ITCZ at the equator was analyzed. In both models, the transition between these regimes is mainly driven by changes in the low-level convergence that are forced by the atmospheric boundary layer temperature gradients. Model-dependent, dry and moist feedbacks intervene to reinforce or weaken the effect of the temperature forcing. Dry dynamical feedbacks are mainly driven by horizontal advection of cold subtropical air. Moist thermodynamics which are only active in LMDz; they act as negative feedbacks on low-level convergence and are associated with cooling in the stratospheric cold top and in the boundary layer by convective downdrafts. Moist processes play a crucial role in the ITCZ structure through their influence on the vertical profile of convective heating and modulation of moisture-convection feedbacks, two variables that are very sensitive to the convection scheme and, in particular, to lateral convective entrainment. The influence of lateral convective entrainment on the ITCZ structure is analyzed through a hierarchy of model configurations (coupled ocean-atmosphere, atmospheric and aquaplanet) using the CNRM-CM5 GCM. The sensitivity of the ITCZ structure to this parameter is robust across our hierarchy of models. In response to an increased entrainment rate, the realistic simulations exhibit a weakening of the southern side of the double ITCZ over the southeastern Pacific. The change in ITCZ configuration is associated with a more realistic representation of the tropical circulation driven by feedbacks between large-scale dynamics and deep convection. Together with vertical dynamics, SST and associated coupled feedbacks drive the ITCZ location. Sensitivity experiments to lateral entrainment show that ocean-atmosphere feedbacks amplify the double ITCZ bias. A multi-model analysis using CMIP5 GCMs show that the double ITCZ bias has become small in atmosphere-only simulations, and that coupled atmosphere-ocean feedbacks account for a large part of this bias in coupled simulations
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Leroy, Delphine. "Développement d'un modèle de nuage tridimensionnel à microphysique détaillée - Application à la simulation de cas de convection profonde." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00170274.
Full textAbstract:
La représentation des nuages est une source importante d'incertitude dans les modèles à échelle synoptique ou globale. Pour l'améliorer, la solution retenue au Laboratoire de Météorologie Physique consiste à construire un modèle de nuage le plus réaliste possible, pour pouvoir ensuite le comparer avec des représentations plus simplifiées des nuages et détecter leurs éventuelles faiblesses. Dans un premier temps, un modèle de nuage tridimensionnel et à microphysique détaillée pour la phase liquide a été développé par Leporini (2005) à partir du modèle dynamique 3D de Clark et Hall (1991) et du modèle microphysique DESCAM (DEtailed SCAvenging Model) de Flossmann et al. (1985). L'objectif de cette thèse était de compléter ce modèle avec la phase glace. Le modèle final appelé DESCAM-3D utilise au total 195 variables pour décrire les caractéristiques microphysiques des nuages. De plus, 3 distributions (sur 5 au total) servent à représenter les particules d'aérosol résiduelles et interstitielles. Ainsi, le modèle DESCAM-3D est aussi un outil particulièrement adapté pour l'étude des interactions entre aérosol - nuage. <br />Le modèle DESCAM-3D a été validé par comparaison avec des mesures aéroportées dans un nuage convectif de la campagne CRYSTAL-FACE (Cirrus Regional Study of Tropical Anvils and Cirrus Layers – Florida Area Cirrus Experiment) et avec des observations de la précipitation au sol dans un cas de convection moyenne au dessus des Cévennes (Expérience Alès 2004). Enfin, les premières études des interactions aérosol-nuages avec DESCAM-3D ont déjà montré que le nombre des particules d'aérosol influence la précipitation au sol mais aussi la dynamique du nuage et de ce fait peut avoir des répercussions sur les propriétés de l'enclume des nuages convectifs.
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Deaconu, Lucia-Timea. "Study on multi-layer "aerosol" situations and of "aerosol-cloud" interactions." Thesis, Lille 1, 2017. http://www.theses.fr/2017LIL10165.
Full textAbstract:
Le premier objectif de cette étude est d’analyser la cohérence entre les restitutions d’aérosols au-dessus des nuages (AAC) réalisées à partir de mesures spatiales passive et active. Nous avons considéré la méthode basée sur les mesures polarisées de POLDER, la méthode développée pour le lidar spatial CALIOP et la méthode basée sur le rapport de dépolarisation CALIOP (DRM), pour laquelle nous proposons une version calibrée. Nos analyses régionale et pluriannuelle globale mettent en évidence un bon accord statistique entre les restitutions DRM et POLDER AOT (R2=0,68 - échelle globale), qui donne confiance dans notre capacité à mesurer les propriétés de l'AAC. Des différences se produisent lors du contact entre les couches d'aérosols et de nuages. La méthode opérationnelle de CALIOP sous-estime l’AOT, comparé aux deux autres méthodes. Le second objectif est d'étudier l'impact des aérosols sur les propriétés des nuages et leur forçage radiatif, sur l'océan Atlantique Sud. Nous avons considéré une synergie entre les restitutions CALIOP et POLDER avec des paramètres météorologiques colocalisés. Nous réalisons des calculs de transfert radiatif dans les domaines visible et infrarouge, et analysons l'effet de la charge en aérosol sur les propriétés des nuages et la météorologie. Nous avons trouvé que les aérosols et le contenu en vapeur d’eau pourraient impacter la convection des nuages. Nos résultats montrent que sous de fortes charges de AAC, les nuages deviennent optiquement plus épais, avec une augmentation du contenu en eau liquide de 20 g.m-2 et des altitudes plus basses du sommet du nuage (~200 m); indiquant un potentiel effet semi-direct des aérosols au-dessus des nuages<br>One of the main objectives of this study is to analyze the consistency between the aerosol above clouds (AAC) retrievals from passive and active satellite measurements. We consider the method based on the passive polarization measurements provided by the POLDER instrument, the operational method developed for the space borne lidar CALIOP, and the CALIOP-based depolarization ratio method (DRM), for which we also propose a calibrated version. We perform a regional analysis and a global multi-annual analysis to provide robust statistics results. Our findings show good agreement between DRM and POLDER AOT retrievals (R2=0.68 at global scale). This result gives confidence in our ability to measure the properties of AAC. Differences occur when the aerosol and cloud layers are in contact. CALIOP operational method is largely underestimating the above cloud AOT, compared to the other two methods.The second objective is to study the impact of aerosols on the cloud properties and their radiative forcing, over the South Atlantic Ocean. We perform a synergy between CALIOP vertical profiles and POLDER retrievals, with collocated meteorological parameters. We performed radiative transfer calculations in the short- and longwave domains, and analyzed the effect of aerosol loading on the cloud properties and meteorology. We found that aerosols and water vapor effects could impact the cloud convection. Our results show that under large loads of AACs, clouds become optically thicker, with an increase in liquid water path of 20 g.m-2 and their cloud top altitudes are lower by 200 m, which may indicate a potential semi-direct effect of aerosols above clouds
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Tobin, Isabelle. "Contribution à l'étude du rôle de l'organisation de la convection tropicale dans le système climatique." Paris 6, 2013. http://www.theses.fr/2013PA066204.
Full textAbstract:
La convection profonde, phénomène à l'origine des orages, est un mécanisme clef dans les échanges d'eau et d'énergie du système climatique. Dans les Tropiques, ce phénomène s'organise sur une vaste gamme d'échelles spatio-temporelles, de la méso-échelle à l'échelle planétaire. L'objectif de cette thèse est de contribuer à la compréhension du rôle de cette organisation dans le système climatique. Des simulations idéalisées haute résolution de champs de nuages convectifs ont suggéré l'existence de relations entre l'état d'agrégation de la convection et l'atmosphère à grande-échelle. Afin de confronter ces résultats à la réalité, une méthodologie de diagnostic du degré d'agrégation de la convection a été développée pour examiner les relations statistiques entre l'état d'agrégation de la convection et l'état atmosphérique moyen à partir d'observations spatiales au-dessus des océans tropicaux. Nous avons montré à l'échelle synoptique et à méso-échelle que, lorsque la convection est agrégée, l'atmosphère est plus sèche, la nébulosité réduite, les flux radiatifs ondes longues au sommet de l'atmosphère plus intenses, le flux solaire réfléchi plus faible que lorsque la convection est dispersée. A l'échelle synoptique, la convection agrégée est également associée à des flux turbulents de surface renforcés. Ces résultats suggèrent que l'état d'agrégation module les interactions entre la convection et l'atmosphère de grande-échelle. Une représentation déficiente des états d'agrégation de la convection et des effets associés dans les modèles de circulation générale pourrait alors affecter les performances de modélisation et de la prévision du climat<br>Deep convection is a key process for water and energy exchanges in the climate system. In the Tropics, convection gets organized over a wide range of spatio-temporal scales, from the mesoscale to the planetary scale. The motivation for this present work is to understand better the climatic role of this complex convective organization. Idealized high-resolution simulations of convective cloud ensembles have suggested the existence of relationships between the aggregation state of convection and the large-scale atmosphere. To investigate such relationships in observations, we have defined a diagnostic of the degree of convective aggregation and applied it to a long time series of satellite data over tropical oceans. At both synoptic scale and mesoscale, statistical relationships have been found between the degree of convective aggregation and the large-scale atmosphere. When convection is aggregated, the free troposphere is drier, high and mid-level cloudiness is reduced, outgoing longwave radiation is enhanced and reflected shortwave radiation is weaker than when convection is scattered. At the synoptic scale, when convection is aggregated, surface turbulent fluxes are stronger. These results suggest that the aggregation state of convection modulates interactions between convection and the large-scale atmosphere. Thus, a deficient representation of the aggregation state of convection and its associated effects in General Circulation Models may affect performance of climate modeling and forecasts
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Kubicki, Agnès. "Modèle rhéologique pour la diffusion d'ondes de gravité en air humide saturé et application à la convection nuageuse." Lille 1, 1999. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/1999/50376-1999-407.pdf.
Full textAbstract:
Les équations de mélanges de fluides sont utilisées pour décrire un système gouvernant le mouvement d'un air humide saturé, visqueux et conducteur de chaleur en présence de gravité. Une modélisation rhéologique d'abord, asymptotique ensuite, permet de décrire les mouvements du mélange air sec-vapeur d'eau-eau liquéfié composant l'air humide, et concrètement, un nuage. Le mélange est en général, quand les concentrations d'eau sont faibles, un milieu statiquement stable à cause des nombreuses propriétés que possède le milieu : double diffusivité, loi d'état du fluide hétérogène et équilibre de saturation notamment. Afin d'identifier les phénomènes de convection dans le milieu, l'approximation de Boussinesq sous forme asymptotique permet l'étude aussi bien des mouvements en convection profonde que ceux en milieu peu profond. Le résultat le plus original est la possibilité d'existence, malgré la dissipation, de mouvements linéarisés périodiques, qui ne sont amortis ni en temps, ni en espace. Comme application dans une couche peu profonde, nous considérons un problème de Rayleigh-Benard humide linéaire avec surfaces libres au sens Boussinesq. Bien que les conditions aux limites soient académiques, elles permettent de déterminer directement les états marginaux de l'équation de dispersion. L'étude de l'apparition de l'instabilité convective dans ce milieu peut être décrite à l'aide d'un nombre de Rayleigh Ra et d'un nombre de Rayleigh humide Rh. On établit les conditions d'apparition de l'instabilité dans le plan (Ra, Rh) en fonction de l'état statique et de caractéristiques phénoménologiques du milieu. Celui-ci est en général linéairement stable, mais deux cas d'instabilité sont présentes : l'instabilité stationnaire existe quand le gradient d'humidité totale est nul, et l'instabilité oscillatoire peut exister pour un nombre de Rayleigh négatif, pour des valeurs positives du gradient de l'humidité. Cette dernière est toujours une instabilité de basse fréquence.
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Taufour, Marie. "Validation et amélioration du schéma microphysique à deux moments LIMA à partir des observations de la campagne de mesures HyMeX." Thesis, Toulouse 3, 2018. http://www.theses.fr/2018TOU30325/document.
Full textAbstract:
La formation des systèmes convectifs est un processus complexe qui s'étend de l'échelle synoptique, avec la mise en place de circulations favorisant la convection, à la micro-échelle, avec les processus de formation et de croissance des hydrométéores. C'est aux échelles les plus fines que se concentre cette thèse dont l'objectif est d'étudier l'apport d'une microphysique complexe sur l'occurrence et la morphologie d'évènements fortement précipitants. La microphysique évaluée est celle du schéma LIMA, de type bulk à deux moments, capable de prendre en compte l'évolution d'une population d'aérosols multimodale et le traitement pronostique de son interaction avec les nuages et les précipitations. Dans un premier temps, l'apport de la microphysique de LIMA est évalué en comparaison à la microphysique bulk à un moment du schéma ICE3, moins sophistiqué et actuellement opérationnel à Météo-France dans le modèle AROME. Afin de mesurer l'apport de ce nouveau schéma sur la simulation de cas fortement précipitants tels que ceux qui touchent régulièrement le sud-est de la France à l'automne, deux cas d'étude de la campagne HyMeX ont été simulés avec Meso-NH et comparés aux nombreuses observations disponibles. Si l'évaluation des cumuls de précipitations montre un impact modéré de l'un ou l'autre des schémas microphysiques, l'écart est plus marqué en terme de composition et de structure des systèmes convectifs : la microphysique à 2 moments développe une structure verticale plus réaliste et introduit plus de variabilité sur les champs microphysiques. L'évaluation a aussi identifié des biais dans le schéma, notamment une surestimation des diamètres de gouttes de pluie. Des pistes d'amélioration de la microphysique de LIMA ont alors été proposées et évaluées sur les mêmes cas. Des tests de sensibilité à l'initialisation de la population d'aérosols ont ensuite été menés. Il s'avère que les aérosols n'affectent pas uniquement les hydrométéores primaires (gouttelettes d'eau nuageuse et cristaux de glace) mais aussi les autres hydrométéores, engendrant des impacts sur le développement des systèmes convectifs simulés, en termes de composition nuageuse et de précipitations. Les simulations avec une population d'aérosols réaliste initialisée à partir des analyses CAMS ont montré un impact modéré sur les cumuls de précipitations mais une amélioration plus significative de l'évolution temporelle du système (intensification, dissipation) et de la composition nuageuse, réduisant le diamètre des gouttes de pluie sur les cas d'étude<br>The triggering and growth of Convective systems is a complex process that extends from the synoptic scale, with the establishment of atmospheric circulations promoting convection, to the microscale, with the formation and growth processes of hydrometeors. This PhD focuses on these finest scales and investigates the contribution of complex cloud-microphysics to the occurrence and morphology of heavy precipitation events. The two-moment microphysical scheme LIMA evaluated in this study takes into account the evolution of a multimodal aerosol population and the prognostic treatment of its interaction with liquid and ice clouds and precipitation. First, the contribution of LIMA is evaluated in comparison to the ICE3 one-moment bulk microphysical scheme, which is less sophisticated and currently operational in the AROME model at Météo-France. In order to measure the performance of this new scheme, two case studies of the HyMeX campaign were simulated with the Meso-NH model and compared to a wide variety of available measurements. The assessment of cumulative precipitation shows a moderate impact of each of these microphysical schemes, but the difference is more pronounced in terms of convective systems composition and structure: the two moment microphysics develops a more realistic vertical structure and introduces more microphysical variability. The evaluation also identified biases in the scheme (such as an overestimation of rain drop diameters). Some improvements to the implementation of LIMA were proposed and evaluated on the same cases. Then, the scheme is used to perform a sensitivity test to the aerosol population on the same case studies. Tests on the concentration of idealized populations have shown that aerosols do not only affect primary production of cloud droplets and ice crystals but also precipitating hydrometeors, causing impacts on the development of simulated convective systems in terms of cloud composition and generated precipitation. Simulations based on a realistic aerosol population initialized from CAMS analyses also showed a moderate impact on cumulative precipitation, but a more significant improvement on the temporal evolution of the system (intensification, dissipation) and cloud composition, leading to a reduction of rain drop diameters in the studied cases
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Gondot, Pascal. "L'electrisation des nuages orageux : etude d'un cas de centre positif de basse altitude par des moyens aeriens in situ." Clermont-Ferrand 2, 1988. http://www.theses.fr/1988CLF21091.
Full textAbstract:
Un des objectifs de la campagne cooperative landes fronts 84 etait l'etude de l'electrisation des nuages convectifs au moyen de mesures aeroportees du champ electrique, de la charge des particules precipitantes, de la granulometrie des particules nuageuses et des parametres thermodynamiques et dynamiques. Une etude comparative de deux situations (6 juin et 28 juin 1984) a permis de constater que des nuages dont l'extension verticale du domaine de developpement des precipitations etait limitee au niveau -20**(o)c (6 juin), produisaient des particules precipitantes en majorite chargees positivement alors que dans le cas des nuages d'orages typiques du 28 juin, etendus jusqu'a la tropopause, l'electrisation negative dominait. L'etude detaillee d'un des petits cumulus du 6 juin a pu mettre en evidence l'association etroite liant le centre positif de basse altitude a la presence de graupels fortement charges positivement. Ces observations corroborent les resultats experimentaux de laboratoire sur les collisions entre graupels et cristaux en presence d'eau surfondue, en particulier en ce qui concerne la dependance en signe de la charge transferee aux graupels vis-a-vis de la temperature et a propos du role preponderant des plus gros graupels dans le phenomene d'electrisation a l'echelle du nuage
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Wang, Di. "What controls the 3D distribution of water vapor isotopic composition in East Asia?" Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2023SORUS567.pdf.
Full textAbstract:
Contrairement aux carottes de glace polaires, les variations isotopiques dans les carottes de glace tibétaines compliquent l'interprétation des signaux de température. L'une des principales raisons est que dans les régions de mousson aux latitudes basses et moyennes, les isotopes de l'eau sont influencés par des processus convectifs et nuageux. Il est nécessaire de mieux comprendre le comportement des isotopes de l'eau et les contrôles dynamiques impliqués dans la transpiration et la convection de l'humidité. Des observations in situ à grande échelle et des profils verticaux des isotopes de la vapeur pendant la convection seraient utiles, mais ces données sont rares. Le but de cette thèse a été de documenter les variations horizontales, verticales et temporelles de la mousson d'Asie de l'Est. D’abord, afin de documenter les variations horizontales près de la surface et saisonnières de la composition isotopique stable de l’eau en Chine, nous avons effectué des observations in situ des isotopes de la vapeur d'eau sur une vaste région de la Chine (plus de 10 000 km) pendant les saisons de pré-mousson et de mousson, à l'aide d'un système de mesure des isotopes de la vapeur d'eau nouvellement conçu et installé sur un véhicule. Nous avons constaté que les variations spatiales de la vapeur δ18O sont principalement contrôlées par la distillation de Rayleigh le long des trajectoires des masses d'air pendant la saison de pré-mousson, et sont fortement influencées par différentes sources d'humidité, les processus de recyclage continental et la convection le long du transport de l'humidité pendant la saison de la mousson. Ces résultats donnent un aperçu de la distribution spatiale et de la variabilité saisonnière de la composition isotopique de l'eau en Asie de l'Est et de leurs facteurs de contrôle, et soulignent la nécessité d'interpréter les enregistrements proxy dans le contexte du système régional et des sources d'humidité. Ensuite, pour mieux comprendre les processus physiques qui contrôlent la distribution verticale des isotopes de la vapeur et sa variabilité intra-saisonnière et saisonnière, nous avons observé les profils verticaux des isotopes de la vapeur de l'atmosphère jusqu'à la haute troposphère (de la surface du sol à 3856 m jusqu'à 11000 m d'altitude) de juin à octobre dans le sud-est du plateau tibétain à l'aide d'un drone spécialement conçu à cet effet. Pour l’échantillonnage, nous avons utilisé des sacs d’air, mais avons rencontré des problèmes de perméabilité généralement associés à ces sacs. Pour corriger ces problèmes, nous avons développé un modèle de diffusion et en avons calibré les paramètres avec des expériences de laboratoire. Ceci nous a permis de documenter pour la première fois que la distribution verticale des isotopes de la vapeur d'eau atmosphérique pendant toute la période de la mousson jusqu'à la haute troposphère, avec une résolution verticale et une gamme d'altitudes sans précédent. Nous constatons que les profils verticaux de la composition isotopique de la vapeur d'eau reflètent une combinaison de processus à grande échelle, en particulier la convection profonde et le recyclage continental le long des trajectoires, et les processus convectifs locaux, en particulier le détrainement convectif et la sublimation des cristaux de glace. Les variations saisonnières et intra-saisonnières observées sont généralement cohérentes verticalement, en raison du fort mélange convectif vertical et du détrainement convectif local de la vapeur provenant des basses couches, et reflètent les variations de convection profonde le long des trajectoires<br>Unlike polar ice core records, the isotope variations in Tibetan ice cores challenge the interpretation of temperature signals. One of the main reasons is that in monsoon regions at low and middle latitudes, water isotopes are influenced by convective and cloud processes. A deeper understanding of water isotope behavior and the dynamical controls involved in moisture transpiration and convection is needed. Large-scale in-situ observations and vertical profiles of vapor isotopes during convection would be helpful. However, such data are rare. The aim of this thesis was to document horizontal, vertical, and temporal variations in the isotopic composition of water in East Asian monsoon region. First, to document the horizontal and seasonal variations of water isotopes near the surface across China, we made in-situ observations of near-surface vapor isotopes over a large region (over 10000 km) across China in both pre-monsoon and monsoon seasons, using a newly-designed vehicle-based vapor isotope monitoring system. We found that the observed spatial variations of vapor δ18O are mainly controlled by Rayleigh distillation along air mass trajectories during the pre-monsoon period, but are significantly influenced by different moisture sources, continental recycling processes, and convection along moisture transport during the monsoon period. These results provide an overview of the spatial distribution and seasonal variability of water isotopic composition in East Asia and their controlling factors and emphasize the need to interpret proxy records in the context of the regional system and moisture sources. Second, to better understand the physical processes that control the vertical distribution of vapor isotopes and its intra-seasonal and seasonal variability, we observed the vertical profiles of atmosphere vapor isotopes up to the upper troposphere (from the ground surface at 3856m up to 11000m a.s.l.) from June to October in the southeastern Tibetan Plateau using a specially-designed unmanned-aerial-vehicle (UAV) system. For the sampling, we chose to carry air bags on UAVs as a portable sampling device, but encountered the permeability problem commonly associated with these bags. To corrected for this problem, we developed a diffusion model with diffusion parameters calibrated through laboratory experiments. This allows us to document for the first time the vertical distribution of atmospheric water vapor isotopes across the entire monsoon period up to the upper troposphere, boasting an unprecedented vertical resolution and altitude range. We find that the vertical profiles of water vapor isotopic composition reflect a combination of large-scale processes, in particular deep convection and continental recycling along trajectories, and local convective processes, in particular convective detrainment, and sublimation of ice crystals. The observed seasonal and intra-seasonal variations are generally vertically coherent, due to the strong vertical convective mixing and local convective detrainment of vapor originating from the low levels, and are mainly due to deep convection along trajectories
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Pergaud, Julien. "Étude et paramétrisation de la turbulence et des nuages de couche limite." Toulouse 3, 2008. http://thesesups.ups-tlse.fr/2340/.
Full textAbstract:
L'objectif principal de cette thèse était de développer une nouvelle paramétrisation améliorant le mélange et la représentation des nuages dans les couches limites convectives. Nous avons développé ainsi une paramétrisation basée sur le concept EDMF pour Eddy-Diffusivity/Mass Flux dans lequel le schéma en flux de masse représente un thermique idéalisé qui peut échanger de l'air avec son environnement et dont les parcelles d'air peuvent condensées. Dans la partie sèche de l'updraft, l'entraînement et le détrainement sont définis comme proportionnels à la flottabilité et inversement proportionnels à la vitesse verticale dans l'updraft. Ce formalisme permet à ces échanges de s'adapter en fonction du type de couche limite ou encore de l'intensité de la convection. Dans le nuage, c'est le formalisme en tri par flottabilité qui a été choisi. Il est en effet bien adapté pour les échanges entre le nuage et son environnement. Les tests dans un modèle unicolonne ont permis de mettre en valeur l'apport d'un tel schéma dans la représentation du mélange mais aussi des nuages de couche limite. Il permet notamment une bonne représentation de la zone à contre-gradient et corrige un défaut bien connu des paramétrisations en coefficient d'échange turbulent. Des résultats 3D pré-opérationnels sont présentés et montrent la nécessité d'un tel schéma pour des modèles à 2. 5km de résolution. Il a été ainsi implémenté dans le nouveau modèle opérationnel de Météo-France, AROME<br>The main objective of this thesis was to develop a new parameterization enabling to improve the mixing and representation of clouds in convective boundary layers. We thus developed a parameterization based on the concept EDMF for Eddy- Diffusivity/Mass Flux and in which the mass _ux scheme represents idealized thermal which can exchange air with its environment and whose air parcels can condensate. In the dry part of the updraft, entrainment and detrainment are defined as proportional to the buoyancy and inversely proportional to the vertical velocity in the updraft. This formalism allows the exchanges to adapt depending on the type of boundary layer or the intensity of convection. In the cloud, the buoyancy sort formalism was chosen. Indeed, it is well suited to represent exchanges between the cloud and its environment. Tests in a single column model helped highlight the contribution of such a scheme in the representation of the turbulence but also boundary layer clouds. It allows a good representation of the counter-gradient area and corrects a well-knwon defect of eddy-diffusivity parameterizations. 3D results are presented and demonstrate the need for such a scheme for models with 2. 5km resolution. It has been well implemented in the new operational mesoscale model at Météo-France named AROME
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Rio, Catherine. "Paramétrisation de la couche limite atmosphérique convective et représentation du cycle diurne des nuages dans un modèle de climat." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2007. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00003728.
Full textAbstract:
L'objectif principal de cette thèse est d'améliorer la représentation du cycle diurne des nuages convec- tifs dans les modèles de circulation générale atmosphérique grande-échelle. La sous-estimation des nuages bas, le déclenchement prématuré des précipitations convectives ainsi que leur arrêt prématuré en fin de journée sont des biais communs à la plupart des modèles de climat. L'amélioration de ces dif- férents aspects passe notamment par une représentation plus réaliste des mouvements convectifs de la couche limite atmosphérique. Pour cela, les processus en jeu dans la turbulence de couche limite, la convection sèche et nuageuse, peu profonde et profonde, sont d'abord étudiés à l'aide d'observations et de simulations haute résolution. Cela permet d'établir les hypothèses à la base de la paramétrisation que l'on souhaite développer. Pour essayer de prendre en compte toutes les échelles de turbulence observées dans la couche limite convec- tive, on combine à un schéma diffusif classique une paramétrisation en flux de masse représentant les structures cohérentes de la couche limite : le modèle du thermique nuageux. Le schéma est principale- ment testé dans une version unicolonne du modèle LMDZ, développé au Laboratoire de Météorologie Dynamique, sur des cas particuliers de convection continentale, sèche et nuageuse, peu profonde et pro- fonde, et évalué à partir d'observations et de simulations haute résolution. La représentation explicite d'un panache ascendant entraînant et détraînant, ainsi que d'une subsidence compensatoire dans l'en- vironnement, permet d'améliorer le cycle diurne de la couche limite et des cumulus qui se forment par beau temps. Cette meilleure représentation des nuages de couche limite a par ailleurs des répercussions sur le cycle diurne de la convection plus profonde associée aux orages et prise en compte par une para- métrisation indépendante. Le contrôle du déclenchement et de l'intensité de la convection profonde par les processus dits sous-jacents, de couche limite d'une part et liés à la formation de poches froides sous le système convectif précipitant d'autre part, permet de retarder le déclenchement des précipitations de plusieurs heures et de les maintenir plus tard dans la soirée. Enfin, les développements effectués sont adaptés à la représentation de la convection induite par les feux de biomasse dans les Tropiques. Initialisé par les caractéristiques des feux dans ces régions, le modèle du thermique nuageux devient celui du pyro-thermique nuageux, avec des panaches qui restent confinés dans la couche limite mais peuvent aussi percer jusqu'à la moyenne troposphère. Les différentes paramétrisations évoquées sont destinées à faire partie de la nouvelle version 3D de LMDZ, en vue des simulations climatiques à effectuer dans le cadre du prochain rapport du Groupe d'experts Intergouvernemental sur l'Evolution du Climat (GIEC).
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Hiron, Thibault. "Experimental and modeling study of heterogeneous ice nucleation on mineral aerosol particles and its impact on a convective cloud." Thesis, Université Clermont Auvergne (2017-2020), 2017. http://www.theses.fr/2017CLFAC074/document.
Full textAbstract:
L’un des enjeux principaux dans l’appréhension de l’évolution du climat planétaire réside dans la compréhension du rôle des processus de formation de la glace ainsi que leur rôle dans la formation et l’évolution des nuages troposphériques. Un cold stage nouvellement construit permet l’observation simultanée de jusqu’à 200 gouttes monodispersées de suspensions contenant des particules de K–feldspath, connues comme étant des particules glaçogènes très actives. Les propriétés glaçogènes des particules résiduelles de chaque goutte sont ensuite comparées pour les différents modes de glaciation et le lien entre noyau glaçogène en immersion et en déposition est étudié. Les premiers résultats ont montré que les mêmes sites actifs étaient impliqué dans la glaciation par immersion et par déposition. Les implications atmosphériques des résultats expérimentaux sont discutés à l’aide de Descam (Flossmann et al., 1985), un modèle 1.5–d à microphysique détaillée dans une étude de cas visant à rendre compte du rôle des différents mécanismes de glaciation dans l’évolution dynamique du nuage convective CCOPE (Dye et al., 1986). Quatre types d’aérosol minéraux (K–feldspath, kaolinite, illite et quartz) sont utilisés pour la glaciation en immersion, par contact et par déposition, à l’aide de paramétrisations sur la densité de sites glaçogènes actifs. Des études de sensibilité, où les différents types d’aérosols et modes de glaciation sont considérés séparément et en compétition, permettent de rendre compte de leurs importances relatives. La glaciation en immersion sur les particules de K–feldspath s’est révélée comme ayant le plus d’impact sur l’évolution dynamique et sur les précipications pour un nuage convectif<br>One of the main challenges in understanding the evolution of Earth's climate resides in the understanding the ice formation processes and their role in the formation of tropospheric clouds as well as their evolution. A newly built humidity-controlled cold stage allows the simultaneous observation of up to 200 monodispersed droplets of suspensions containing K-feldspar particles, known to be very active ice nucleating particles. The ice nucleation efficiencies of the individual residual particles were compared for the different freezing modes and the relationship between immersion ice nuclei and deposition ice nuclei were investigated. The results showed that the same ice active sites are responsible for nucleation of ice in immersion and deposition modes.The atmospheric implications of the experimental results are discussed, using Descam (Flossmann et al., 1985), a 1.5-d bin-resolved microphysics model in a case study aiming to assess the role of the different ice nucleation pathways in the dynamical evolution of the CCOPE convective cloud (Dye et al., 1986). Four mineral aerosol types (K-feldspar, kaolinite, illite and quartz) were considered for immersion and contact freezing and deposition nucleation, with explicit Ice Nucleation Active Site density parameterizations.In sensitivity studies, the different aerosol types and nucleation modes were treated seperately and in competition to assess their relative importance. Immersion freezing on K-feldspar was found to have the most pronounced impact on the dynamical evolution and precipitation for a convective cloud
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Schaeffer, Nicolas. "Modélisation et simulation numérique des phénomènes de nucléation et de croissance en écoulement confiné." Université de Marne-la-Vallée, 2001. http://www.theses.fr/2001MARN0129.
Full text
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Pilon, Romain. "Transport et élimination des radionucléides naturels par les processus nuageux : Mécanismes et représentation dans un modèle de climat." Paris 6, 2013. http://www.theses.fr/2013PA066151.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur l’étude de la répartition des radionucléides dans l’atmosphère et de sa variabilité spatiale et temporelle. Les radionucléides objets de cette étude sont ceux mesurés par les stations du système de surveillance international (IMS) de l’Organisation du traité d’interdiction complète des essais nucléaires, et plus particulièrement les deux radionucléides naturels, 7Be et 210Pb, fréquemment utilisés dans l’étude du transport atmosphérique. L’outil principal est le modèle de circulation générale LMDz. Grâce à leur sources situées dans la haute troposphère et la stratosphère pour le 7be et dans la basse troposphère pour 210Pb, ces traceurs sont utiles pour évaluer les processus qui le redistribuent verticalement. Les tropiques constituent la région dont les concentrations à la surface sont le plus mal simulées par le modèle LDMz. Ce désaccord entre mesures et simulations met en évidence le besoin d’une meilleure représentation du transport dans les systèmes convectifs et une meilleure compréhension des processus physiques représentés dans le modèle. Nous avons développé une paramétrisation du transport des radionucléides et de leur élimination par la condensation à l’intérieur des nuages convectifs profonds et par les précipitations. Elle suit le modèle convectif d’Emanuel et a été développée dans le modèle de climat LMDz. L’analyse des différents processus affectant la distribution des traceurs dans le modèle 1D montre comment les processus convectifs et de précipitations de grande échelle combinent leurs effets. Les descentes précipitantes de la convection profonde déplacent du 7Be à la surface et en déposent peu dans la troposphère moyenne, les pluies de grande échelle éliminent le 7Be de toute la troposphère<br>This thesis focuses on the distribution of radionuclides in the atmosphere and of its spatial and temporal variability. Randionuclides, studied in this thesis, are thus from the International Monitoring System of the Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization, particularly the two natural radionuclides 7Be et 210Pb which are frequently uses for atmospheric transport study. The main tool is the LMDz climate model. Thanks to the high/low tropospheric radionuclides sources, these tracers are useful for the evaluation of processes which affect its distribution. Tropics are the region where radionuclides surface concentrations are the worst simulated by the LMDz model. The disagreement between observations nd simulations underlines the need to a better representation of transport in convective systems et a better understanding of physical processes in the model. We developed a parametrization of transport of radionuclide and its removal by incloud condensation and by precipitation by convective clouds. The scheme follows closely the Emanuel moist convection scheme and has been developed in LMDz climate model. The analysis of the different processes affecting tracers distribution in the unicolum version of LMDz show how convective and large-scale processes combine their effects to move vertically tracers. Convective precipitating downdrafts move down 7Be at the surface, with the help of the evaporation of convective and large-scale precipitation, whereas large-scale condensation removes the radionuclide from the whole troposphere
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Bolot, Maximilien. "Approche théorique de la distribution des isotopologues stables de l'eau dans l'atmosphère tropicale, de l'échelle convective aux grandes échelles." Paris 6, 2013. http://www.theses.fr/2013PA066527.
Full textAbstract:
L’objectif de cette thèse est d’établir les grands principes de la distribution des isotopologues stables de l’eau en atmosphère convective et d’explorer en retour le potentiel des mesures isotopiques pour l’étude de la convection profonde. Dans un premier temps, on revisite le traitement des effets isotopiques de l’eau dans les updrafts convectifs, en insistant sur les effets hors équilibres induits par la sursaturation et la présence d’une zone mixte où coexistent glace et eau surfondue. On montre que ces effets peuvent mener à des variations significatives de l’excès en deutérium de la vapeur en altitude. On montre aussi que des mesures combinées des rapports isotopiques à la base du nuage et en altitude sur une gamme restreinte de niveaux de détraînement permettent d’estimer la sursaturation et le contenu en eau surfondue à l’intérieur du nuage. Dans un deuxième temps, on s’intéresse à la distribution des rapports isotopiques à l’intérieur des cristaux de glace en fonction de leur historique de croissance et de nucléation. En s’appuyant sur les résultats de la campagne TC4, on montre comment les processus de croissance diffusive et d’agrégation peuvent être caractérisés à partir de leur signature respective sur la distribution isotopique des cristaux. Pour finir, on cherche à établir dans quelle mesure respective la convection humide et la circulation de grande échelle contrôlent les rapports isotopiques et leurs variations dans la troposphère tropicale. On conclut sur la possibilité d’utiliser les isotopologues de l’eau pour obtenir des informations sur l’entraînement convectif et le recyclage de l’humidité dans les zones convectives des tropiques<br>The goal of this thesis is to establish the principles of water stable isotopologues distribution in convecting atmospheres and, in turn, to explore the potential of isotopic measurements for the study of deep convection. First, we revisit the treatment of water isotopic effects in convective updrafts, with a special focus on the out-of-equilibrium conditions arising from supersaturation and the presence of a mixed-phase layer, where liquid water and ice coexist. We show that these effects can lead to significant shifts in the deuterium excess of vapour at high altitude. We also show that combined measurement of isotopic ratios at cloud base and over restricted altitude regions at cloud top could be used to estimate supersaturation and supercooled liquid water. Then, we study the distribution of isotopic ratios inside ice crystals and relate this distribution to the nucleation and growth history of crystals. Using measurements from the TC4 campaign, we show how diffusive growth and aggregation processes have a distinct signature in terms of crystal isotopic composition and can be characterised accordingly. Finally, we seek to determine the relative importance of moist convection and large-scale circulation in controlling isotopic ratios and their variations in the tropical troposphere. We conclude on the feasibility of using water isotopologues to gain information on convective entrainment and on the recycling of moisture in actively convecting areas of the tropics
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Santiago-Jegaden, Armelle. "Impact des états de surface continentaux sur la dynamique pluvieuse au Cameroun : répartition statio-temporelle des indicateurs météosat : occurences de nuages à sommet froid et températures maximales de brillance." Dijon, 1998. http://www.theses.fr/1998DIJOL027.
Full textAbstract:
L'objectif de ce travail est de mettre en évidence le rôle que peuvent jouer les états de surface continentaux dans la répartition des amas nuageux de type cumuliforme et des pluies au Cameroun. Cette recherche s'inscrit dans un cadre plus vaste d'amélioration des prévisions pluviométriques dans une région du globe où la population est très dépendante de la variabilité spatio-temporelle des précipitations. Le Cameroun est bien approprié à cet essai car il bénéficie d'une palette climatique très large, allant de l'humidité constante des régions équatoriales aux ambiances sahéliennes des abords du lac Tchad l'organisation du relief et des formations végétales est originale, surtout dans le sud du pays, tandis qu'au nord, la vie est étroitement tributaire d'une unique et courte période pluvieuse. Une méthode nouvelle est ici mise au point. Elle s'appuie sur une mise en corrélation de données satellitales de la période 1990-93 (synthèses thermiques météosat) avec des documents cartographiques digitalisés, relatifs aux caractéristiques de la surface du sol. La radiance émise par la surface terrestre et l'atmosphère dans l'infrarouge thermique vers l'espace est filtrée pour extraire deux faits majeurs en relation avec la convection et la pluviogenèse. Les développements convectifs apparaissent perturbés essentiellement par les grandes unités de relief. L'influence des orientations des pentes et des masses orographiques est ainsi nettement ressortie. Le rôle des états de surface dits secondaires reste plus délicat à mettre en évidence. Cependant, la présence de nappes d'eau libre et de secteurs périodiquement inondés dans le nord semble avoir des répercussions sur la convection. De plus, les interactions entre les basses couches de l'atmosphère et les différentes formations végétales ont pu être précisées au niveau de la zone de contact forêt-savane, dans le sud du pays ou de nouveaux éléments de réponse ont pu être apportés quant aux conséquences climatiques des activités humaines (brulis, défrichements). Des relations entre ces observations et la variabilité pluviométrique ont été établies, ouvrant la perspective intéressante de recherches similaires sur des périodes plus longues et dans d'autres régions<br>The objective of this study is to expose the role that the continental surface characteristics have in the distribution of cloud banks of the cumuliform type and rain in Cameroon this research lies within a larger framework of improving pluviometric forecast in a region of the globe where population is very dependant on the spatio-temporal variability of precipitation. Cameroon is quite appropriate for this study as it enjoys a wide range of climates, ranging from constant humidity of equatorial areas to sahelian atmosphere in the surroundings of lac chad. The relief and vegetation are particular, especially in the south of the country, while, in the north, life is narrowly dependent upon a single, short, rainy season. Here, a new method has been developed. It is based on correlating satellite findings from the period 1990- 1993 (meteosat thermic synthesis) with digitalised cartographical documents relative to the characteristics of the ground. Radiation emitted by the ground and the atmosphere in the thermic infrarouge towards space is filtered to extract two major facts relating to convection and rainfall formation. Convection developements appear to be disturbed essentially by large land formations. The influence of slope directions and orographic masses is clear the role of secondary ground characteristics is more difficult to prove. Nevertheless, the presence of free water sheet and areas which are periodically flooded in the north seem to have repercussions on convection. In addition, the interactions between the lower levels of the atmosphere and vegetation were able to be specified in the forest/savanna border in the south of the country where new elements were introduced due to the climatic consequences of human activities (slash-and-burn farming, land clearing). The relation between these observations and the variability of rainfall have been established, leading to interesting perpectives for similar research for longer periods of time and in other areas
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Ramage, Karim. "Contribution à l'estimation des précipitations et à la caractérisation des nuages en Afrique de l'Ouest à partir des observations des satellites METEOSAT et TRMM." Paris 7, 2002. http://www.theses.fr/2002PA077159.
Full text
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Patou, Maximilien. "Analyse temporelle des propriétés optiques, microphysiques et macrophysiques de systèmes nuageux fortement précipitants à partir de SEVIRI/MSG." Thesis, Lille 1, 2018. http://www.theses.fr/2018LIL1R006/document.
Full textAbstract:
La formation et l’intensification des précipitations sont le résultat de différents processus microphysiques menant au grossissement des hydrométéores nuageux. Les caractéristiques macrophysiques de formation et de développement des nuages convectifs fournissent un cadre environnemental qui influence et contraint ces processus microphysiques. L’observation de l’évolution des nuages à haute résolution temporelle permet de mettre en évidence ces processus microphysiques dont la compréhension est indispensable à la prévision à courte échéance des fortes précipitations. Dans ce travail, nous avons mis au point une méthode originale de suivi à haute résolution temporelle (cinq minutes) de systèmes convectifs isolés et associés à de fortes précipitations à partir de l’instrument SEVIRI (Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager) embarqué sur le satellite géostationnaire MSG (Météosat Seconde Génération). À partir de plusieurs cas d’étude, une analyse combinée de l’évolution temporelle des propriétés microphysiques (phase thermodynamique, rayons effectifs des hydrométéores), optiques (épaisseur optique) et macrophysiques (ratio périmètre/surface, température moyenne) au sommet des nuages ainsi que l’observation de l’évolution des précipitations au sol ont permis d’identifier sur une période d’intensification des précipitations allant de 30 minutes à 2h, un comportement typique des propriétés au sommet des nuages. Ce résultat fournit une base d'analyse pour la détermination future d’indicateurs précurseurs des fortes précipitations<br>Formation of precipitation and its intensity are the result of the microphysical processes that contribute to the growth of precipitating hydrometeors. Macrophysical features of cloud formation and growth provide a framework of environmental conditions constraining microphysical processes. Cloud observations at high temporal resolution can highlight microphysical processes to better understand them which is essential for short-term prediction of heavy rainfall events within the context of nowcasting. A new methodology to track convective cloud systems with a time resolution of five minutes was developed from SEVIRI (Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager) on board Meteosat Second Generation (MSG) geostationary satellite. A temporal analysis of cloud top microphysical properties (cloud top phase, cloud effective radius), cloud optical properties (cloud optical thickness), cloud top macrophysical properties (perimeter to area ratio, mean temperature) and ground based precipitation estimation was conducted. Particular temporal trends of cloud top properties was observed over a 30 minutes to 2h rainfall enhancement period. This result provides an analytical basis to determine future precursors of heavy rainfall events
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Piriou, Jean-Marcel. "Représentation de la convection dans les modèles globaux et régionaux : concepts, équations, études de cas." Toulouse 3, 2005. http://www.theses.fr/2005TOU30163.
Full textAbstract:
Le présent travail s'est intéressé à la représentation de la convection humide à grande échelle, soit aux concepts permettant d'exprimer l'effet moyen d'un ensemble d'ascendances et subsidences convectives. Les thèmes principaux abordés sont ceux de la causalité, des équations à échelle résolue et de l'entraînement. Un banc de validation a été mis en place, comparant les simulations unidimensionnelles des paramétrisations à des simulations de référence tridimensionnelles issues de modèles à haute résolution. Les résultats principaux sont les suivants : * Proposition du concept de CCF (Condensation Convective Flottable) pour résoudre le dilemme de causalité en paramétrisation convective. * Proposition d'un jeu d'équations convectives à échelle résolue relâchant les hypothèses du jeu le plus fréquemment utilisé en paramétrisation de la convection: celui de Yanai (1973). Le nouveau jeu d'équations est utilisable par des paramétrisations tout en étant relié directement à celui utilisé dans les modèles explicites de convection (CRM). Démonstration de la faisabilité de cette nouvelle approche, en greffant autour de ce nouveau jeu d'équations un schéma d'ascendance, de vitesse verticale, et une fermeture, puis en passant le système résultant au banc d'essai unidimensionnel. * Un travail sur l'entraînement a été effectué par l'étude de données de simulations à haute résolution, puis par la proposition d'un schéma d'entraînement historique ouvrant la voie à la prévision du cycle diurne convectif continental par des paramétrisations<br>In this study we address the question of convection modelling inside global and regional models, i. E. The concepts expressing the mean effect of a large ensemble of convective updrafts and downdrafts. The main points addressed in this study are causality, equations at the model resolved scale, and entrainment. A ne-dimensional test-bed is developed, comparing simulations from parameterizations to those of high resolution models used as a reference. The main results are: * Proposal of the BCC concept (Buoyant Convective Condensation) to solve the causality dilemma inside convective parameterizations. * Proposal of a new set of convective equations at resolved scale, releasing the hypothesis underlying the most widely used equation set: that of Yanai (1973). The new equations set can be used as a basis to develop convective parameterizations, while being closer to that used in high resolution models (CRM). It is shown that this approach is relevant to build parameterization schemes: a scheme is developped, using this equations set, associated with an ascent scheme, a vertical velocity scheme, and a closure. The resulting convective parameterization is validated on a single-column test-bed. .
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Figoureux, Karine. "Coefficients de diffusion dans la convection de fluides géophysiques hétérogènes : application à l'air nuageux et à l'eau de mer." Lille 1, 2007. https://pepite-depot.univ-lille.fr/RESTREINT/Th_Num/2007/50376-2007-241.pdf.
Full textAbstract:
Les effets diffusifs et thermodiffusifs jouent un rôle très important dans la dynamique des fluides géophysiques, à la fois parce qu'ils sont nombreux et parce qu'ils sont à l'origine de phénomènes qui gouvernent l'évolution de notre environnement. La plupart des phénomènes qui se produisent dans les fluides géophysiques sont gouvernés par des convections dites « de Rayleigh-Bénard », rendues plus complexes par le caractère multiphasique de ces fluides. Une propriété dominante des problèmes de convections hydrodynamiques est qu'elles sont gouvernées par « l'Approximation de Boussinesq » valable uniquement pour des écoulements se produisant dans des couches relativement minces. Une dégénesrence de cette approximation est « l'approximation anélastique » qui est valable pour des convections d'échelle de hauteur importante. Un point commun à ces deux approximations est que les coefficients non constants qui y figurent sont des fonctions ne dépendant que de l'état statique du milieu. Lorsque les fluides sont hétérogènes, le mécanisme de convection s'applique à plusieurs diffusions combinées ensemble. Celles-ci, essentiellement dues à la diffusion moléculaire des constituants, sont gouvernées par des lois de Fick, qui mettent en jeu des coefficients appelés coefficients de diffusion. Ceux-ci sont des fonctions des variables d'état caractérisant thermodynamiquement le milieu: p, T, et les concentrations des constituants. Mais ces fonctions ne sont pas connues en général. L'objet de ce travail est double : (1) former, dans des conditions réalistes, des équations de diffusion capables de décrire efficacement les phénomènes de convection dans des fluides possédant les caractéristiques des fluides géophysiques, et, en particulier, d'identifier les coefficients de diffusion correspondants ; (2) montrer comment, à l'aide de données issues de mesures relativement simple, ces coefficients de diffusion peuvent être estimés lorsque l'on s'intéresse aux fluides de l'environnement. On évalue tout d'abord les valeurs statiques de ces coeffcients puis on indique comment un nombre plus élevé de données expérimentales permettrait de déterminer leur valeur en fonction des variables d'état. On traite, à titre d'exemple, trois milieux à propriétés différentes: (a) l'air humide insaturé (l'air atmosphérique «clair» qui est un mélange binaire inerte idéal de gaz parfaits ; (b) l'eau de mer, (mélange binaire d'eau et de sel liquide), qui est un mélange inerte non idéal de liquides à lois d'état complexes, (c) l'air humide saturé (air « nuageux ») qui est un mélange ternaire non inerte.
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Saüt, Carine. "Transport et évolution de l'ozone et de ses précurseurs au-dessus de l'Océan Pacifique : impact de la convection nuageuse organisée." Toulouse 3, 2003. http://www.theses.fr/2003TOU30141.
Full text
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Brosse, Fabien. "Influence de la couche limite convective sur la réactivité chimique en Afrique de l'Ouest." Thesis, Toulouse 3, 2017. http://www.theses.fr/2017TOU30324/document.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur l'influence de la couche limite convective et nuageuse sur la réactivité chimique en Afrique de l'Ouest. Pour répondre à cette question, des simulations à haute résolution (50m) sont réalisées sur le modèle atmosphérique Méso-NH couplé à un mécanisme chimique détaillé représentant la chimie gazeuse et aqueuse. Cette échelle spatiale permet de représenter explicitement les caractéristiques spatiales et temporelles des structures turbulentes. Les thermiques en couche limite sont identifiés à l'aide d'un échantillonnage conditionnel basé sur l'utilisation d'un traceur passif à décroissance radioactive. L'impact du transport turbulent sur la redistribution d'espèces chimiques dépend du temps de vie chimique de ces espèces. La ségrégation spatiale créée au sein de la couche limite augmente ou réduit les taux de réaction moyens entre composés. La campagne de terrain AMMA, et plus récemment DACCIWA, sont utilisées pour définir des forçages dynamiques et chimiques pour des environnements simulés. Le premier est représentatif d'un environnement biogénique dominé par des émissions naturelles de COV. Le second reproduit un environnement urbain modérément pollué typique du Golfe de Guinée (Cotonou au Bénin). Pour simplifier, l'analyse des simulations est limitée aux réactions chimiques entre OH et l'isoprène dans le cas biogénique, entre les aldéhydes C>2 et OH dans le cas urbain. L'influence de la couche limite convective est étudiée à l'échelle du thermique et du domaine. Cela permet une connexion avec les modèles à résolution plus lâche qui adoptent une hypothèse de mélange parfait et immédiat, négligeant de fait les variabilités spatiales de composés chimiques au sein d'une maille. Les premiers résultats, basés sur la phase gazeuse uniquement, montrent que les nuages en couche limite convective affectent le transport vertical d'espèces chimiques. Les thermiques sont des zones de réactions privilégiées où la réactivité chimique est maximale. La plus grande intensité de ségrégation est calculée au sommet de la couche limite, toutefois de signes opposés entre les deux environnements. En environnement biogénique, le mélange non-homogène de l'isoprène et de OH dans cette zone induit une diminution maximale de 30% du taux de réaction moyen. Dans le cas urbain, la constante de réaction effective entre OH et les aldéhydes est supérieure de 16% à la constante moyenne. La réactivité de OH est supérieure de 15 à 40% dans les thermiques comparé au reste du domaine, dépendant de l'environnement chimique et de l'heure. Comme les thermiques occupent une faible portion du domaine, l'impact des structures turbulentes sur la réactivité totale de OH est une diminution de 9% pour le cas biogénique et une augmentation maximale de 5% dans le cas anthropique. Des simulations LES incluant la réactivité aqueuse révèlent une baisse importante des rapports de mélange de OH associée à la présence de nuages<br>This thesis focuses on the influence of the convective and cloudy boundary layer on the chemical reactivity in West Africa. To answer this question, high resolution simulations (50m) are performed on the atmospheric model Meso-NH coupled to a detailed chemical scheme representing the gaseous and aqueous phases. This spatial scale allow to explicitly represent the spatial and temporal characteristics of turbulent structures. Thermals in the boundary layer are identified by a conditional sampling based on a radioactive-decay passive scalar. The turbulent transport influence on the redistribution of chemical species depends on the chemical lifetimes of these species. Spatial segregation is created within the convective boundary layer that increases or decreases the mean reaction rates between compounds. AMMA campaign field study, and more recently DACCIWA, are used to define dynamical and chemical forcing of two simulated environments. The first one is representative of a biogenic environment dominated by natural emissions of VOC. The second reproduces a moderately polluted typical urban area of the Guinean Gulf (Cotonou in Benin). For the sake of simplicity, simulations analysis are limited to the chemical reaction between isoprene and OH in the biogenic case, and the reaction between C>2 aldehydes and OH in the anthropogenic case. The convective boundary layer influence is studied at thermal and domain scale. This makes the connection with coarse resolution models for which a hypothesis of perfect and immediate mixing is made, neglecting the spatial variability of chemical species within a grid cell. The first results are based on the gaseous phase only. Cloudy development in the convective boundary layer only affects the vertical transport of chemical species. The simulations show that thermals are preferential reaction zones where the chemical reactivity is the highest. The top of the boundary layer is the region characterized by the highest calculated segregation intensities but of the opposite sign in both environments. In the biogenic environment, the inhomogeneous mixing of isoprene and OH in this zone leads to a maximum decrease of 30% of the mean reaction rate. In the anthropogenic case, the effective rate constant for OH reacting with aldehydes is 16% higher at maximum than the averaged value. The OH reactivity is higher by 15 to 40% inside thermals compared to the surroundings depending on the chemical environment and time of the day. Because thermals occupy a small fraction of the simulated domain, the impact of turbulent motions on the domain-averaged OH total reactivity reaches a maximum 9% decrease for the biogenic case and a maximum of 5% increase for the anthropogenic case. LES simulations including the aqueous reactivity reveal a significant decrease in OH mixing ratios associated to the presence of clouds. Consequently, isoprene and C>2 aldehydes mixing ratios increase at these altitudes
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Trraf, Mohamed. "Étude de la convection nuageuse dans le sud-ouest de la France, cas du 2 juin 1984 : effet du relief pyrénéen." Clermont-Ferrand 2, 1988. http://www.theses.fr/1988CLF21084.
Full textAbstract:
La formation et le developpement de la convection profonde dans un environnement non favorable a la convection locale, le 2 juin 1984, dans le sud-ouest de la france, sont etudies. A partir des donnees de surface, des reflectivites radar et des images du satellite meteosat ii, il a ete montre qu'un systeme tres convectif s'est developpe dans des conditions non favorables a la convection locale et loin du front froid. Apres avoir etudie les champs meteorologiques, il a ete suggere la presence d'une zone de convergence d'un ecoulement venant du sud-est dans les basses couches, entre le massif central et les pyrenees, et d'un autre venant du secteur ouest. Par la variation spatiale de la temperature potentielle equivalente et la convergence ci-dessus la convection s'est averee possible. L'apparition du vent de sud-ouest qui aurait contribue a la formation de cette zone de convergence a ete expliquee. L'analyse des donnees meteorologiques, notamment les temperatures potentielles equivalentes a duhort-bachem et variation temporelle du vent a biarritz et utilisation du modele montrent, pour la journee du 2 juin 1984, un renforcement de vent tres local (ouest des pyrenees) lors du franchissement des pyrenees qui pourrait expliquer le developpement de cette zone de convergence. D'ou l'importance d'etudier la deformation de l'ecoulement par le relief pyreneen
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Trraf, Mohamed. "Etude de la convection nuageuse dans le sud-ouest de la France, cas du 2 juin 1984 effet du relief pyrénéen /." Grenoble 2 : ANRT, 1988. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37618984v.
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Reinares, Martinez Irene. "Les mécanismes de contrôle des précipitations dans le nord de l'Afrique pendant un épisode poussiéreux." Thesis, Toulouse 3, 2017. http://www.theses.fr/2017TOU30382/document.
Full textAbstract:
Les précipitations en Afrique septentrionale se produisent principalement pendant la saison des moussons. Elles résultent de l'interaction des processus atmosphériques dans une large gamme d'échelles, ce qui rend leur prévision difficile. Les mécanismes de contrôle des précipitations sont examinés au cours d'un épisode bien documentée d'émission et de transport de poussières du 9 au 14 juin 2006. La même méthode pour la détection et le suivi des nuages a été appliquée sur les observations par satellite et plusieurs simulations numériques (avec convection explicite ou paramétrée) pour étudier les systèmes précipitants. Parmi les différents types de systèmes identifiés, les systèmes convectifs de mésoéchelle (MCS) produisent la majeure partie de la précipitation totale, avec une contribution observée de 66%. Les plus grands producteurs de précipitation sont les MCS à longue durée de vie (c'est-à-dire de plus de 6 h), à l'origine de 55% des précipitations. Ces MCS deviennent plus organisés, c'est-à-dire plus grands, plus longs et plus rapides, alors qu'ils propagent vers l'ouest. Les simulations permettant la convection reproduisent la partition de pluie, mais ne reproduisent pas complètement l'organisation des MCS à longue durée de vie. La simulation avec convection paramétrée ne parvient pas à représenter correctement la partition de pluie. Cela montre la valeur ajoutée apportée par les simulations permettant la convection. L'effet radiatif des poussières est ensuite analysé en comparant deux simulations permettant la convection, avec et sans interaction poussière-rayonnement. Les effets directs sont un réchauffement de niveau moyen et un refroidissement à proximité de la surface, principalement dans les parties occidentales de l'Afrique septentrionale, qui tendent à stabiliser l'atmosphère inférieure. Un effet semi-direct est une diminution des précipitations. Cette baisse des pluies s'explique par un nombre trop faible de MCS à longue durée de vie qui, néanmoins, ont une durée de vie plus longue et sont plus efficaces en termes de production de précipitations. La diminution du nombre de MCS à longue durée de vie est due à la stabilisation de l'atmosphère qui inhibe le déclenchement de la convection<br>Precipitation in northern Africa occurs mainly during the monsoon season. It arises from the interaction of atmospheric processes across a wide range of scales, making its prediction challenging. The control mechanisms on precipitation are examined during a well-documented case study of dust emission and transport on 9-14 June 2006. The same method for cloud detection and tracking was applied on satellite observations and several numerical simulations (with explicit or parameterized convection) to investigate the precipitating systems. Among the various types of systems identified, mesoscale convective systems (MCSs) yield most of the total precipitation, with an observed contribution of 66%. The greatest precipitation producers are the long-lived MCSs (i.e., that last more than 6 h), at the origin of 55% of precipitation. These MCSs become more organized, i.e., larger, longer-lived and faster, as they propagate westward. The convection-permitting simulations capture the rainfall partition, but do not fully reproduce the organization of the long-lived MCSs. The simulation with parameterized convection fails to correctly represent the rain partition. This shows the added-value provided by the convection-permitting simulations. The radiative effect of dust is then analyzed, by comparing two convection-permitting simulations, with and without dust-radiation interaction. The direct effects are a mid-level warming and a near-surface cooling mainly in the western parts of northern Africa, which tend to stabilize the lower atmosphere. One semi-direct effect is a decrease in precipitation. This rainfall drop is explained by a too low number of long-lived MCSs which, nevertheless, are longer-lived and more efficient in terms of precipitation production. The diminution in the number of long-lived MCSs is due to the stabilization of the atmosphere inhibiting the triggering of convection
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Domingues, Ramos Maria Helena. "Analyse de la pluviométrie sous des systèmes nuageux convectifs : étude de cas sur des données de la ville de Marseille et de la méthode ISIS de Météo-France." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2002. http://www.theses.fr/2002GRE10062.
Full textAbstract:
Les systèmes convectifs sont souvent associés à des orages violents et des inondations. Cette thèse contribue à l'analyse de la probabilité d'apparition d'un orage dans sa dimension spatiotemporelle. Les données pluviométriques de Marseille et les données de la méthode ISIS de Météo-France de détection satellite de systèmes convectifs de méso-échelle (SCME) ont été mises en relation au pas de temps de la demi-heure (avril à septembre, 1993 à 1997). Les résultats montrent que la présence d'un SCME conditionne fortement les distributions des pluies ponctuelles et des lames d'eau. Environ 50% des systèmes sont associés à une pluie moyenne non-nulle sur la ville. Le risque de pluies fortes est environ 2. 5 fois plus important quand un SCME est présent. La notion de sévérité d'un orage a été introduite comme étant la période de retour des plus forts cumuls de pluie observés sur la ville pour différentes durées et surfaces. Les graphes de sévérité de trois événements orageux observés à Marseille montrent la forte variabilité de périodes de retour des orages. L'analyse structurale des champs de pluies a indiqué une corrélation spatiale plus forte quand on considère la pluie sous SCME, par rapport à la pluie observée en absence de SCME. L'analyse a mis en évidence une échelle de variabilité liée à la taille caractéristique des cellules convectives et une variabilité résiduelle, de taille caractéristique plus importante, correspondant probablement à la transition des zones convectives et stratiformes qui accompagnent les SCME. Un modèle de simulation de champs de pluies, basé sur la méthode des bandes tournantes, a été inféré sur les données sous SCME. Une première analyse statistique des pluies simulées a permis de montrer que ce modèle reproduit bien les moments climatologiques et spatiaux des données. Il peut être utilisé pour calculer par une approche Monte-Carlo les courbes IDSF (intensité-durée-surface-fréquence) de la pluie sous SCME.
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Randriambelo, Tantely. "Détection satellitaire des feux de végétation et des zones de convection en zone tropicale : application à l'étude climatologique de l'ozone troposphérique." La Réunion, 1998. http://elgebar.univ-reunion.fr/login?url=http://thesesenligne.univ.run/98_11_Randriambelo.pdf.
Full textAbstract:
Dans les régions tropicales, l'ozone troposphérique, est à la fois contrôlée par des mécanismes photo-chimiques et dynamiques. L'objectif de ce travail est, à partir d'une approche climatologique basée sur des données de radiosondages (Réunion et Irene-Afrique du Sud-), des données avions (MOZAIC), des données satellites (NOAA) et des données de modèles (NCEP et ECMWF), d'évaluer l'importance et les rôles respectifs des différents mécanismes mis en jeu. Dans ce but plusieurs méthodes de télédétection, utilisant les données des satellites NOAA ont été développées. Leur mise en oeuvre a permis la détermination des périodes et des zones affectées par les feux de végétation produisant de forts développements de panaches de fumées (septembre pour le Sud-Est africain et octobre-novembre pour Madagascar), et également la détermination des zones de convection (octobre pour le Sud-Est africain et fin octobre- novembre pour Madacascar). Les résultats obtenus sont utilisés pour analyser l'origine des variations saisonnières d'ozone au-dessus du site de La Réunion. L'ozone troposphérique durant les années 1993 et 1995 montrent les caractéristiques très différentes et font l'objet de deux cas d'études : 1993 étant une année typique et 1995 l'année atypique. L'étude de l'année 1993 souligne l'importance de la présence des zones de convection à proximité des régions sources. Au mois d'août, pendant la saison sèche, seule la couche moyenne est contaminée en ozone. En revanche, en fin de saison des feux et début de la convection, toute la troposphère libre est contaminée avec une concentration de l'ordre de 100 ppbv d'ozone. Les radiosondages obtenus en 1995 présentent des concentrations d'ozonetroposphérique beaucoup plus fortes. Le cas d'étude du 25 août présente de ce point de vue un intérêt particulier, car l'ozone y atteint plus de 200 ppbv dans toute la troposphère. Une analyse dynamique montre que, si pendant cette période on n'observe pas de sévère pertubation d'origine dynamique au-dessus de la Réunion, il y a contribution des sources éloignées de différentes nature : des feux de végétation d'une part et des intrusions stratosphériques d'autre part (Afrique du Sud). Ce travail a permis de montrer que l'origine des variations saisonnières de l'ozone troposphérique au-dessus de l'océan Indien n'est pas simple, car il faut tenir compte à la fois des sources anthropiques et des perturbations, tropicales et latitudes moyennes, à proximité du site ou à distance.
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Roux, Frank. "Les lignes de grains de copt81 : environnement, precipitations, cinematique, thermodynamique." Paris 7, 1987. http://www.theses.fr/1987PA077154.
Full textAbstract:
Dans cette these sont etudiees 11 lignes de grains, ensembles de nuages convectifs alignes se deplacant sur l'afrique de l'ouest, observees au cours de l'experience copt81, conduite en mai/juin 1981 a korhogo dans le nord de la cote d'ivoire, et dont une caracteristique etait la presence des deux radars meteorologiques doppler ronsard. Le chapitre 1 est consacre aux methodologies radar. Apres une rapide revue des principes de la mesure et des procedures de traitement des donnees de vitesse, un developpement plus detaille est donne pour des methodes originales de restitutions thermodynamiques et de quantification des interactions avec l'environnement. Dans le chapitre 2, l'experience copt81 est replacee dans le cadre de la meteorologie tropicale et plus particulierement de l'afrique de l'ouest, ainsi que par rapport aux etudes anterieures d'observation et de modelisation des systemes convectifs mesoechelle. Les resultats de copt81 sont detailles dans le chapitre 3 par l'etude de l'environnement thermodynamique et cinematique, des caracteristiques communes et des particularites des 11 lignes de grains qui ont ete observees. Cet ensemble de resultats et les elements nouveaux qui ont pu etre deduits sont ensuite discutes, et des perspectives de developpements futurs sont evoques dans la conclusion
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Lefeivre, Brigitte. "Etude expérimentale et par modélisation des caractéristiques physiques et chimiques des précipitations collectées en forêt équatoriale africaine." Toulouse 3, 1993. http://www.theses.fr/1993TOU30077.
Full textAbstract:
Cette etude porte sur la physico-chimie des pluies collectees de juin 1988 a juin 1989 sur le site forestier d'enyele (nord congo). Elle integre egalement les resultats des travaux anterieurs realises sur des pluies collectees de novembre 1986 a septembre 1987 a dimonika (sud congo). L'analyse statistique et temporelle de la composition chimique de ces pluies a permis de caracteriser et quantifier les principales sources de gaz et aerosols a l'echelle de l'afrique centrale au cours de cycles saisonniers complets. L'etude de l'influence des caracteristiques physiques des nuages precipitants sur les niveaux de concentrations chimiques de la pluie au sol comprend un volet experimental et un volet modelisation. Le volet experimental a permis d'etablir une nouvelle classification du type de pluie (stratiforme ou convectif) en fonction du contenu en eau moyen pondere realisee grace aux enregistrements granulometriques de 62 evenements pluvieux du nord congo. L'etude de regression entre les concentrations chimiques et le contenu en eau a montre des relations distinctes selon le type de pluie et la nature (gaz ou aerosol) du compose lessive. La modelisation a ete realisee a l'aide d'un modele de nuage convectif applique au lessivage de so#2gaz et so#4 aerosol. Elle a permis de confirmer le comportement distinct des gaz et des aerosols vis-a-vis de l'effet de dilution par les plus fortes pluies, et d'identifier les principaux processus mis en jeu
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Bechara, Joelle. "Impact de la mousson sur la chimie photooxydante en Afrique de l'Ouest." Phd thesis, Université Paris-Est, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00496705.
Full textAbstract:
Le changement climatique est relié à l'évolution de la composition chimique de l'atmosphère et de sa capacité oxydante, impliquant le système COV-NOy-HOx-O3. La troposphère tropicale, de l'Afrique de l'Ouest en particulier, joue un rôle critique sur la composition atmosphérique globale pour trois raisons majeures : (1) l'existence d'importantes sources de précurseurs d'espèces photooxydantes, (2) une photochimie active, (3) une activité convective intense en période de mousson. Pour évaluer son rôle, il est nécessaire de bien caractériser ces différents processus et leur interaction. Cette question est au coeur du programme international AMMA (Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine) dans lequel s'inscrit cette thèse. Ce travail a pour objectif de caractériser et d'évaluer l'impact de la convection nuageuse profonde sur la chimie photooxydante de la troposphère libre en Afrique de l'Ouest, en particulier pour les composés organiques volatils (COV), qui sont d'importants précurseurs d'ozone. Ce travail s'appuie sur les données physico-chimiques recueillies sur les deux avions de recherche français au cours de la campagne d'observation intensive de l'été 2006 de AMMA. Afin de compléter le dispositif instrumental embarqué, une nouvelle instrumentation de mesure indirecte des COV a été d'abord développée. Puis, l'utilisation de traceurs physico-chimiques et la mise en place d'outils diagnostiques appliqués aux COV (profils verticaux de concentrations, rapport de concentration de COV ad hoc, horloge photochimique, réactivité totale vis-à-vis de OH) ont montré que la convection profonde assure un transport vertical rapide et efficace des espèces gazeuses réactives émises près de la surface vers la haute troposphère. Enfin, un modèle photochimique de boîte 0D a permis de renseigner l'évolution de la composition chimique des masses d'air post-convectives. Les simulations montrent que les espèces transportées par la convection participent activement à la chimie et conduisent à une production nette et significative d'ozone dans la haute troposphère. La sensibilité de la production d'ozone aux précurseurs gazeux (COV et NOx) a été également évaluée
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Papon, Cynthia. "Paramétrage des nuages de convection restreinte." Mémoire, 2010. http://www.archipel.uqam.ca/3039/1/M11398.pdf.
Full textAbstract:
Les nuages de convection restreinte sont omniprésents au-dessus de l'Océan Tropical et durant l'été dans la couche limite des latitudes moyennes . Ils ont un impact sur la structure thermodynamique de la basse atmosphère et, par le biais de leur interaction avec la radiation solaire, ils influencent le budget énergétique à la surface. Dans ce projet, nous introduisons un paramétrage des nuages de convection restreinte dans le Modèle Régional Canadien du Climat (MRCC). Ce paramétrage est couplé au schéma de convection, qui est celui de Bechtold-Kain-Fritsch. La représentation de ces nuages ainsi que du MRCC avec ce paramétrage est évalué au-dessus du Pacific selon le protocole du GEWEX Pacific Cross-section Intercomparaison (GPCI). ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Convection restreinte, Paramétrage de la couverture nuageuse, Modèles régionaux du climat.