Дисертації з теми "Pluie tropicale"

L'objectif est la detection de circulations oceano-atmospheriques associees aux variations interannuelles des pluies des differentes regions tropicale d'afrique australe (136 stations). Les donnees climatiques de surface sur les oceans indien et atlantique (fichiers focal et coads), et les indices des oscillations australe et quasi biennale stratospherique, furent utilises. Le travail est effectue pour les deux trimestres de la saison des pluies (octobredecembre et janvier-mars). En afrique australe tropicale, nous n'observons pas de changement climatique sur la periode 1946-1979. En revanche, nous detectons, a l'aide d'analyses en composantes principales, des configurations spatiales d'anomalies pluviometriques etendues et recurrentes. A l'exception de la tanzanie, les annees soixante-dix furent les plus humides, suivies des annees cinquante. Les annees soixante, et plus encore les annees quatre-vingt, furent anormalement seches. Entre octobre-decembre et janvier-mars, des mecanismes differents regissent la pluviometrie et sa variabilite. En octobre-decembre, la cellule indienne de walker exerce un controle sur la pluviometrie de l'est du sous-continent. Sur le sud-ouest, la variabilite pluviometrique semble associee aux variations en puissance de l'anticyclone de sainte-helene. En janvier-mars, les variations en intensite de la convection equatoriale malgache jouent un role important. Un autre element nouveau est apporte par la mise en relation entre les pluies des plateaux de namibie et du karoo et les variations en intensite de nombre de circulations cellulaires (walker sur les oceans pacifique et indien, hadley sur l'ocean indien, l'atlantique nord et l'atlantique sud). Enfin, l'anti-enso, plus que l'enso, exercerait un forcage non negligeable. Enfin, l'anti-enso, plus que l'enso, exercerait un forcage non negligeable.

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

Dans le contexte actuel de réchauffement climatique, l’étude du cycle de l’eau et de l’énergie dans l’atmosphère est devenue primordiale. Dans le contexte de la mission Megha-Tropiques dédiée l’analyse de l’atmosphère tropicale, l’estimation du taux précipitant à la surface est une problématique essentielle. L’utilisation des données radiométriques MO pour l’estimation du taux précipitant à la surface terrestre, nécessite la mise en œuvre de méthodologies complexes qui reposent sur le problème inverse. Les travaux présentés dans cette thèse s’intéressent à l’algorithme de restitution des précipitations instantanées BRAIN de la mission MT. Son principe de fonctionnement repose sur une approche probabiliste baysienne qui nécessite la construction préalable d’une base de données dite d’inversion et à partir de laquelle le taux précipitant le plus probable pour un vecteur de températures de brillance donnée est estimé. L’objectif de cette étude était d’aporter des améliorations à cet algorithme en intervenant sur deux aspects fondamentaux qui sont : la détection des régions a priori pluvieuses en amont de l’estimation et de l’influence de la base de données et des paramètres d’inversions sur les produits restitués. Afin d’améliorer ces deux aspects, une nouvelle approche de discrimination des zones de pluie utilisant des réseaux de neurones a été mise en place au cours de cette thèse et sera implémentée dans la prochaine version opérationnelle de BRAIN. Une méthode de réduction de la base d’investigation a également été mise en œuvre afin de contraindre sa représentativité et donc la qualité des estimations réalisées
Within the framework of the global warming, the analysis of water and energy budget is of major importance. Considering the Megha-Tropiques (MT) mission whose one of the scientific objectives is to improve the knowledge of water and energy cycle in the intertropical region, the estimation of instantaneous surface rainfall is of the great importance. My PhD work focuses on the optimization of a multi-region, the estimation of instantaneous surface rainfall is of great importance. My PhD work focuses on the optimization of a multi-plateform Bayesian retrieval algorithm called BRAIN (Bayesian Retrieval Algorithm Including Neural Networks) (Viltard et al. , 2006) used for MT. This algorithm uses passive microwave data from satellites such as TRMM, SSM/I and AQUA. It uses a Bayesian Monte Carlo approach to retrieve several atmospheric parameters such as the instantaneous rainfall rate. In order to get a more accurate rainfall restitution, two research axes were investigated : the detection of a priori rainy areas that takes place before the rainfall estimation itself, and the impact of the database and inversion parameters. First, the database on which the algorithm relies needs to be more representative especially as far as high rain rates are concerned. To improve the representativeness of the inversion database, we need first to eliminate repetitive profiles, that is to say extract prototypes from it. To be made, we use Self Organizing Maps SO%s developed by T. Kohonen (2001). Second, the improvement of the rainy-non-rainy pixels classification before the inversion was made using neural networks

Rappel de methodes d'analyse du ruissellement en vue du dimensionnement des ouvrages d'assainissement pluvial en zone urbaine en general et dans les ville d'afrique tropicale en particulier. Experimentation et analyse sur quelques bassins africains au moyen d'un modele conceptuel, le modele du reservoir lineaire, mieux indique dans le cas des systemes d'assainissement complexes

La régénération naturelle en forêt tropicale est le résultat de plusieurs phases successives qui peuvent jouer chacune un rôle crucial dans la coexistence des espèces. Nous avons étudié plusieurs de ces phases à la Station des Nouragues, en Guyane. La pluie de graines a été échantillonnée pendant une durée de 5 ans. La communauté de plantules a été suivie pendant 28 mois. Nous avons développé une nouvelle méthode pour identifier les différentes stratégies de reproduction chez 48 espèces d'arbres et de lianes. Nos résultats ont montré que la communauté de plantes présente une forte variabilité temporelle dans la production de graines. Bien que la plupart des espèces étudiées aient montré une fructification annuelle, un quart d'entre elles a présenté une fructification massive supra-annuelle. Les différentes stratégies de reproduction peuvent résulter en une fluctuation temporelle importante dans le recrutement des plantules. Nous avons donc examiné le rôle de la variabilité spatiotemporelle dans l'arrivée des graines et de l'hétérogénéité spatiale de l'environnement, dans la dynamique de la communauté de plantules. La fluctuation temporelle dans l'arrivée des graines et la variabilité environnementale ont eu un effet considérable sur la densité et la diversité de plantules. Finalement, nous avons montré, pour 15 espèces de plantules, que leurs patrons d'abondance pendant le stade plantule sont déterminés principalement par l'arrivé de graines. Les facteurs environnementaux ont présenté un effet mineur dans la distribution spatiale des plantules. Ces résultats suggèrent que la structuration de la communauté de plantules dépend principalement des processus de dispersion
Natural regeneration in tropical forests is a multistage process including seed production, dispersal, germination and subsequent seedling establishment. All these stages may have critical consequences in population dynamics and on species coexistence. We assessed many aspects of seedling regeneration at the Nouragues Station in French Guiana. We monitored seed arrival over a 5-years period. We monitored seedling community dynamics over 28 months. We developed a new approach in order to identify reproductive strategies among 48 tree and liana species. We found that the plant community showed an important variability in seed production. Most species fruited yearly, but as many as a quarter of the studied species showed a masting pattern, a phenomenon very poorly studied in tropical latitudes. The vast array of reproductive and germination strategies displayed by plants results in important temporal pulses in seedling recruitment. We thus assessed the importance of these sources of temporal variability and of spatial environmental heterogeneity in seedling community dynamics. Annual variation in seedfall and environmental filtering both contributed to explaining spatiotemporal variation in local seedling density and diversity. Finally, we showed for 15 seedling taxa that abundance patterns are mainly controlled by seed arrival. .

Les variations climatiques en Afrique de l'Ouest ont un impact parfois catastrophique, particuliérement au Sahel ou les populations sont exposées aux aléas des ressources en eau. Cette thèse s'inscrit dans la recherche des différents modes de variabilités atmosphèrique et de leurs conséquences sur les processus qui générent les pluies, afin de mieux apprehender le climat et ses variabilités dans cette région.
Ce travail porte sur la part de la variabilité des précipitations au Sahel qui peut être expliquée par la variabilité atmosphérique. L'objectif principal est de comprendre comment les perturbations du champ de vent à 700 hPa - les ondes d'est africaines (AEWs) - agissent sur la convectionqui est elle meme à l'origine des précipitations.
Après avoir exposé les connaissances actuelles de la climatologie en Afrique de l'Ouest, et expliqué la méthodologie développée pour étudier les ondes d'est, la variabilité des précipitations est étudiée à différentes échelles. La modulation de la convection et des précipitations par les ondes est ensuite traitée et permet de distinguer des secteurs propices aux fortes précipitations, ou au contraire inhibiteurs. L'impact des ondes sur la dynamique et la thermodynamique atmosphérique est également abordé, en particulier dans les basses couches atmosphériques. Un autre aspect original de cette thèse est d'étudier comment les ondes d'est s'insèrent dans la variabilité interannuelle et intra saisonnière du flux de mousson. Après avoir mis en évidence des phases actives et inactives du flux de mousson, le comportement des ondes, de la convection et des précipitations est discriminé en fonction des phases de l'onde.

Dans certaines régions du plateau central brésilien, les parties déprimées du paysage sont fréquemment caractérisées par un microrelief très typique, du à l'association de monticules coniques de tailles très variables que l'on appelle murundus. Ce travail discute de l'origine de ces formations et des relations sols-microrelief dans une de ces régions du Brésil Central. Il est montré que la couverture pédologique de cette région s'organise en toposéquences de couleur, suite à des modifications des teneurs en hématite et en goethite. Mises à part ces variations, les sols y sont très homogènes en ce qui concerne la microstructure, la minéralogie et les propriétés physico-chimiques. Dans ces toposéquences, le microrelief murundus n'existe que dans les parties saisonnièrement engorgées. L'origine proposée pour ces formations est basée sur l'observation que, plus les sols sont affectés par l'hydromorphie saisonnière, plus évidents sont, sur les murundus, les témoignages des activités termitiques. Les monticules résulteraient de l'accumulation de matériel sous-jacent au cours de constructions et destructions cycliques de termitières installées hors du niveau engorgé. Il est montré que plusieurs espèces de termites participent à l'édification de ce microrelief

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

Les travaux présentés portent sur l'estimation quantitative des précipitations en Afrique de l'Ouest par télédétection active. Il s'agit plus précisément de tester l'apport d'un radar polarimétrique opérant à une fréquence atténuée (10 Ghz, bande X), pour produire des champs de pluie à haute résolution dans une région caractérisée par des précipitations intenses d'origine convective. Le contexte particulier de ces travaux est le programme de validation de la mission satellitaire Megha-Tropiques grâce auquel 2 campagnes de terrain ont permis de déployer un radar polarimétrique bande X au Sahel, au Niger en 2010 puis au Burkina Faso en 2012 et 2013. Un jeu de données radar et pluviographique conséquent, constitué de près de 200 évènements pluvieux a été analysé. Une gamme d'estimateurs radar polarimétriques a été présentée, puis chacun d'eux a été évalué sur la base de comparaisons avec les pluviographes. Une batterie de tests statistiques classiques et l'analyse des distributions fréquentielles d'intensités ont permis de comparer les performances de ces estimateurs. Les performances ont été évaluées sur une gamme d'échelles spatio-temporelles et les problèmes liés à la représentativité spatiale des pluviographes ont été analysés. Au-delà de l'évaluation "ponctuelle" des estimateurs, basée sur des comparaisons directes entre un pluviographe et un pixel radar, on a développé des méthodes originales pour comparer entre eux les champs haute résolution issus du radar et de l'interpolation des pluviographes. En s'inspirant de méthodes héritées de l'évaluation de modèles numériques les structures des champs ont été comparées en autorisant une tolérance spatiale. Ceci permet d'avoir une évaluation pertinente des champs pour des utilisations subséquentes en hydrologie ou pour la validation satellitaire. Ce travail a confirmé et étendu à la zone sahélienne certains des résultats précédents sur les performances de différents estimateurs radar en Afrique de l'Ouest ; il met en avant les très bonnes performances de l'estimation s'appuyant sur le saut de phase différentiel (KDP), et dans une moindre mesure l'estimateur basé sur l'atténuation spécifique (AH). Cette thèse confirme l'intérêt du radar bande X polarimétrique pour l'estimation quantitative des précipitations et l'analyse des systèmes précipitants en zone tropicale. Ce type de radar relativement compact et peu couteux pourrait être appliqué à la surveillance des risques hydrométéorologiques dans les zones urbaines ou le suivi de bassins particuliers (zone équipée de barrage ou haut de bassin montagneux par exemple)
This PhD work is on Quantitative Precipitation Estimation (QPE) based on Active Remote-Sensing in Africa. As part of the Megha-Tropiques Satellite Ground Validation (MTGV) field campaigns a X-band dual-polarization Doppler radar was deployed in Sahel, West-Africa : during 2010 in Niamey, Niger and during 2012-2013, in Ouagadougou, Burkina Faso. Altogether 200 convective systems were observed jointly by the radar and by a network of rain gauges. Based on this data set, a comparative study of several rainfall estimators that use X-band polarimetric radar data is presented. In tropical convective systems as encountered in Sahel, microwave attenuation by rain is significant and QPE at X-band is a challenge. Here, four algorithms based on the combined use of reflectivity, differential reflectivity and differential phase shift are evaluated against rain gauges. The comparisons are carried out for a range of space-time scales. Several comparison methods are proposed. Classical statistical scores are used to evaluate the rainfall time series derived from the radar by comparison with the rain gauges. The spatial structure of the fields and the frequency distributions of the rain rates are also compared. These are important parameters to consider when the rain-fields are to be used for hydrological applications or for satellite validation. The results show that the best performances are for the estimator based on the differential phase shift (KDP); another acceptable solution is the estimation based on the specific attenuation (AH). The overall agreement between the radar derived rainfields and the gauges is high. This PhD work confirms that X-band polarimetric radar is a (relatively) cost effective and quality option for monitoring hydro-meteorological risks in the Tropics

L'étude de l'infiltration de l'eau dans le sol en fonction des états de surface a été abordée sous différents climats (Mexique, Equateur, Afrique du Sud, Thaïlande, Vietnam) en testant l'influence des déterminants physiques (gradient de pente, pratiques culturales) et biologiques (couvert végétal, ingénieurs du sol) sur l'infiltration. La simulation de pluie et la description des états de surface ont été utilisées pour tester et analyser les comportements hydrodynamiques superficiels et la détachabilité des sols. Les faibles gradients de pente et certaines pratiques culturales sensés favoriser une structure bien agrégée ne sont pas synonymes de faible infiltration. En effet, ceux-ci ne permettent pas nécessairement de limiter l'impact des gouttes de pluie et la formation de croûtes favorables au ruissellement. Par contre, le couvert végétal et les ingénieurs du sol jouent un rôle majeur pour un maintien durable de l'infiltration y compris sur des sols à la structure superficielle dégradée
The influence of physical factors (gradient slope, farming practices) and biological factors (plant cover, soil engineers) on water infiltration in soils was assessed in different climates (Mexico, Ecuador, South Africa, Thailand, Vietnam). Rainfall simulations and soil surface feature cartography were used to test and analyze the soil surface hydrodynamic behavior and soil detachability. Low slope gradients and cultural practices supposed to promote good aggregated structure are not always synonymous with low infiltration. Indeed, they do not always limit the impact of raindrops and can lead to increased crust formation and runoff. In contrast, vegetation cover and soil engineers play a major role in the sustainable maintenance of infiltration including in soils with a deteriorated surface structure

Modèle mathématique semi empirique décrivant la distribution cumulative des intensités de pluie quelle que soit la région du monde. Etude de l'influence des affaiblissements dus à la place sur la qualité de fonctionnement des systèmes et modèle de prévision des affaiblissements. Adaptation d'un des paramétres à chacune des regions du globe

Les prévisions numériques aux échéances infra-saisonnières connaissent un intérêt grandissant depuis une dizaine d'années, dans le sillage du projet Subseasonal-to-Seasonal (S2S) et de sa base de données de prévisions. Cet engouement est dû aux progrès réalisés dans deux directions : la meilleure compréhension théorique des phénomènes sources de prévisibilité à ces échéances, et la meilleure représentation de ces phénomènes dans les modèles numériques. Toutefois, la possibilité de prévoir des événements climatiques au-delà de deux semaines reste limitée et intermittente. Dans le Pacifique Sud-Ouest tropical (110°E-200°E ; 30°S-0°), la modulation des pluies par le principal mode planétaire de variabilité infra-saisonnière, l’oscillation de Madden-Julian (MJO), ainsi que la variabilité basse fréquence liée à El Nino Southern Oscillation (ENSO), laissent cependant entrevoir une possible anticipation des précipitations aux échelles infra-saisonnières. Cette thèse cherche à caractériser la prévisibilité des périodes de fortes précipitations dans le Pacifique Sud-Ouest tropical avec les systèmes de prévision S2S actuels. Elle propose pour cela un cadre d'évaluation appliqué aux re-prévisions de six systèmes de la base S2S sur une période de 18 ans (1996-2013) durant l'été austral (décembre-janvierfévrier), saison pour laquelle les pluies intenses sont les plus fréquentes dans la région. Deux approches parallèles sont ensuite développées pour améliorer les performances des prévisions par rapport à celles initialement obtenues. D'une part, des approches multi-modèles sont mises en oeuvre et permettent de produire des prévisions infra-saisonnières déterministes et probabilistes de meilleure qualité. D'autre part, une méthode de prévision statistique à partir des sorties des modèles est développée. Cette prévision statistico-dynamique part du principe que les modèles numériques prévoient mieux les indicateurs climatiques de grande échelle agissant sur les précipitations (ENSO et MJO) que les précipitations elles-mêmes. Lorsqu'on recalibre les précipitations prévues tout en incluant l'information liée à l'ENSO et à la MJO, l'approche statistico-dynamique est source d'améliorations notables des prévisions probabilistes de fortes pluies. Au-delà de l'évaluation systématique par des scores, ces travaux rendent aussi compte des capacités de prévision à plusieurs semaines d'échéance dans le cas d'événements référencés de fortes pluies. L'accent est mis sur la Nouvelle-Calédonie (163°E-169°E ; 23°S- 18°S), territoire situé dans la partie méridionale du domaine où la prévisibilité infra-saisonnière est modérée. Les performances ponctuelles des systèmes S2S sur ces événements sont mises en regard avec le contexte de grande échelle lié à l'ENSO et la MJO. Ce contexte permet également d'identifier des fenêtres d'opportunité où la confiance face à une prévision de précipitations intenses sera accrue
Numerical subseasonal forecasting has met growing interest in the last decade, in the wake of the Subseasonal-to-seasonal (S2S) prediction project and its forecast database. This is due to recent and significant progress in two directions: a better understanding of the sources of predictability at subseasonal timescales, and a better representation of these phenomena in numerical models. However, the ability to forecast specific climate events beyond two weeks remains quite limited and sporadic. Yet, in the southwest tropical Pacific (110°E-200°E ; 30°S-0°), rainfall is expected to exhibit some subseasonal predictability, thanks to the influence of the Madden-Julian oscillation (MJO) - which is the main driver of subseasonal climate variability at the global scale - and El Nino Southern Oscillation (ENSO) - which provides low-frequency signals. The aim of this thesis is to document the subseasonal predictability of heavy rainfall periods in the southwest tropical Pacific with state-of-the-art S2S forecasting systems. A verification framework is applied to six systems from the S2S database on a common 18-year reforecast period (1996-2013) in the austral summer season (December-January-February), when heavy rainfall is the most frequent in the region of interest. Then, two approaches are developed in order to improve the verification scores compared to those obtained initially. On the one hand, various multimodel combination methods are implemented and improve deterministic and probabilistic forecast quality. On the other hand, statistical forecasts are produced using the dynamical models' output variables. The underlying assumption of this statistical-dynamical approach is that numerical models are better at forecasting large-scale climate drivers affecting rainfall, such as ENSO and the MJO, than rainfall itself. Provided that it includes both calibration of forecast precipitation along with ENSO and MJO information, this approach leads to a significant improvement of probabilistic forecasts of heavy rainfall events. Beyond a systematic evaluation with verification scores, this thesis also assesses the ability to forecast specific heavy rainfall events several weeks in advance. For this purpose, the emphasis is laid on referenced events that occurred in New Caledonia (163°E-169°E ; 23°S- 18°S). Located in the southern part of the domain, this archipelago exhibits limited subseasonal predictability of precipitation in the S2S systems. Their specific performance on the selected single events is evaluated in light of the large-scale ENSO and MJO context. This large-scale context also enables to identify windows of opportunity, when there is increased confidence that heavy precipitation will actually occur if forecast

Large river plumes and frontal zones are important physical features influencing plankton distribution in the marine environment. In the western tropical North Atlantic Ocean (WTNA) the Amazon River plume may extend over an area reaching 1.5 x 106 km2. The freshwater plume creates a low-density lens in the surface 25m and supplies silicon and phosphorus to the WTNA. These physical and chemical gradients create an ideal environment for large-scale blooms of diatom diazotroph associations (DDAs), a symbiotic relationship between nitrogen-fixing cyanobacteria and chain-forming diatoms. While the physical and chemical properties of the plume with regard to influences on phytoplankton have been reported, zooplankton distributions and the fate of enhanced primary production in the plume are largely unknown. I investigated mesozooplankton (>200 μm) composition and grazing in the Amazon River plume-influenced WTNA in spring (May-June 2010) and fall (Sept.-Oct. 2011). Changes in zooplankton distribution and grazing occurred over the sea surface salinity (SSS) gradient from low salinity and mesohaline plume waters to high salinity oceanic waters. Distinct communities were identified in each season along the salinity gradient with several taxa primarily constrained in the surface plume waters (e.g., Lucifer faxoni). The plume appears to function as an “extended estuary”, with a number of taxa (e.g., decapods, euphausiids, and fish larvae) utilizing the plume as a nursery habitat or dispersal mechanism for larval stages. Mesozooplankton grazing was elevated in plume waters compared to oceanic waters and was 2-3 times higher in the fall vs. spring. These patterns suggest a lag in the peak mesozooplankton abundance and grazing in response the observed spring DDA bloom, at least in low salinity plume waters. Comparison of micro- and mesozooplankton grazing along the SSS gradient supported a transition from an “export” food web in waters with SSS < 33 where mesozooplankton grazing dominated and potential for export via fecal pellet production is higher, to a “retention” food web at SSS above 33 where microzooplankton grazing was highest and recycling of nutrients in surface waters is predicted. Using molecular techniques to investigate feeding on DDAs and other N- fixers, I found that copepods consumed DDAs (Hemialus-Richelia and Rhizosolenia- Richelia, diatom-diazotroph respectively) as well as the colonial cyanobacterium Trichodesmium. Investigation of mesozooplankton grazing more broadly on other cyanobacteria with 16S rRNA sequencing revealed consumption of Synechococcus, Prochlorococcus, and the unicellular diazotroph UCYN-A Candidatus Atelocyanobacterium thalassa. Together, these results have important implications for our understanding of biogeochemical cycling in the WTNA, and other regions with abundant DDAs (e.g., the Mekong and Congo River plumes).

L’île volcanique de Tahiti, située dans l’océan Pacifique Sud, est soumise à un climat tropical humide caractérisé par des pluies particulièrement élevées. Ainsi, l’île s’érode petit à petit creusant de petits bassins versants allongés très réactifs. Le but de cette thèse est d’analyser les processus hydro-sédimentaires dans le petit bassin versant de la Titaaviri (15 km²), grâce à des campagnes de terrain et aux données acquises au moyen d’instruments pendant la thèse. L’aléa hydrologique a d’abord été caractérisé pour l’ensemble de l’île, à partir de données pluviométriques et limnimétriques. Les pluies extrêmes ont été modélisées en fonction de l’environnement topographique et un modèle régional des débits en fonction des caractéristiques topographiques des bassins versants a également été élaboré. A partir des crues enregistrées dans le bassin versant de la Titaaviri, un modèle pluie-débit a été établi en utilisant la plateforme de modélisation HEC-HMS. Ensuite, l’application de formules de transport solide a servi au calcul des volumes de sédiments charriés dans la vallée pendant une crue majeure. Enfin, des crues extrêmes ont été simulées afin d’estimer le débit que pourrait atteindre la rivière et les quantités de sédiments qui pourraient être charriés
The inactive volcanic island of Tahiti, located in the South Pacific Ocean, is subject to a humid tropical climate characterized by strong precipitations. Thus, the island is eroded progressively, generating small highly reactive catchments. The aim of this PhD project is to analyze the hydro-sedimentary processes in the Titaaviri Catchment (15 km²) using the data collected during the field campaigns and the ones measured by the sensors. The hydrologic risk was first characterized for the whole island from rainfall and water level data available for a period of about 20 years. The extreme rainfalls have been modeled as a function of the topographic environment and extreme runoffs were analyzed in order to establish a regional model as a function of the topographic features of the watersheds. From the data acquired in the Titaaviri catchment, a rainfall-runoff model has been established using the software HEC-HMS. Then, the volume of dragged sediments was estimated during a major flood. Finally, extreme floods with different return periods were estimated in order to estimate the runoffs which the river could reach, and the quantities of sediment that could be dragged

La zone forestière de la région tropicale humide de l'Afrique de l'Ouest participe activement au maintien d'un équilibre climatique dont le moteur est la Circulation Atmosphérique Générale. Toutefois, en raison de la pression démographique, l'évolution actuelle de cette région forestière nécessite de promouvoir un développement agricole conforme à la vocation hydro climatique. Le travail présenté contribue à mieux évaluer l'Impact de la modification physionomique du couvert forestier dans cette zone. Il constitue une participation à ce vaste programme. Dans le présent travail, te premier objectif, à caractère agronomique, est d'étudier le comportement d'un couvert forestier aménagé d’Hévéa brasiliensis (produit récolté: caoutchouc) introduit récemment dans la zone forestière en Côte d'Ivoire dans le cadre d'une politique de mise en valeur régionale. L'étude passe par l'analyse des échanges énergétiques au niveau de l'interface forêt-atmosphère à l'aide de la méthode du bilan d'énergie (rapport de Bowen) associée au bilan hydrique. La quantification des différents processus, en fonction des conditions édapho-climatiques, a permis de modéliser les mécanismes du fonctionnement du couvert forestier d’Hévéa et de déterminer les facteurs climatiques limitant son rendement: distribution des pluies et rayonnement solaire. Le second objectif, à caractère climatique, est de déterminer le bilan hydrologique régional à l'aide d'un modèle réaliste permettant l'évaluation des transferts, en particulier celui de la vapeur d'eau. Les résultats de la modélisation réalisée à l'aide des données obtenues sur un bassin versant de la région sud-ouest de la zone forestière montrent que: la forêt, de par sa structure verticale aérienne et souterraine, injecte l'équivalent de 55 à 70% des précipitations annuelles dans l'atmosphère, ce qui permet aux paramètres physiques de la masse d'air (humidité et température) en provenance de l'océan de ne pas trop changer; toute modification de la surface forestière perturbe non seulement les échanges de chaleur e-t de vapeur d'eau au cours de l'année mais affecte également la répartition des eaux de pluies, en particulier le ruissellement et l'écoulement en profondeur. L'introduction à grande échelle, de couverts annuels dans la zone forestière modifierait les équilibres énergétique et hydrique dont l'impact se répercuterait sur les régions situées en aval de l'avancée de l'Equateur Météorologique, répondant partiellement à la question de la désertisation des régions sahéliennes
The tropical rain forest contributes largely to a climatic equilibrium which is maintained by the general atmospheric circulation. However, due to the population pressure, the current evolution of this forest zone requires that an agricultural development should be stimulated in accordance with the characteristics of this zone, which urged us to contribute to this comprehensive program. The first objective consists in studying the behavior of a forest zone covered with Hevea /Brasiliensis (producing rubber) which has been introduced recently in the forest zone of the Ivory Coast as part of a policy of regional development. This study has been made by analyzing the energy balance-Bowen ratio method associated with the water balance. The evaluation of the different processes according to the soil-climatic conditions allowed to modelize the characteristics of the dynamics of the forest zone covered with Hevea and therefore its yield. The second objective consists in characterizing the regional energy balance using an adequate model for evaluation transfers and particularly the water vapor transfer. Due to the large forest areas, any modification in the properties of the forest area alters the heat and water vapor exchanges, thus affecting some physical parameters of the air mass. The study is made on drainage basin situated in the south-western part of the forest zone. Due to its aerial and underground vertical structure, the forest recycles about 55 to 70 % of the annual rainfalls into the atmosphere, thus preserving the physical characteristics of the humid air mass from the ocean. The large-scale introduction of annual crops would alter the regional energy equilibrium whose impact would be observed on the region situated north of the forest zone

La variabilité des relations reliant d'une part l'intensité de pluie moyenne, , à l'aire intégrale spatio -temporelle de la pluie, (ATI)R, et d'autre part le volume de pluie cumulé, V, à l'intégrale spatio-temporelle de la couverture nuageuse, (ATI) TB, à la transition entre un climat aride et un climat équatorial est analysée. La zone d'étude, localisée dans la partie la plus à l'est des côtes sahéliennes, est caractérisée par deux forts gradients du cumul saisonnier du volume de pluie, l'un terre-mer et l'autre nord-sud. La zone d'étude est ainsi subdivisée en 4 sous-zones qui permettent l'analyse de la variabilité des coefficients linéaires des relations étudiées par rapport aux gradients terre-mer et nord-sud du cumul saisonnier de la précipitation. A partir d'une base de données de 6 années (1994-1999) collectées avec le radar météorologique de Dakar Yoff, nous montrons que le coefficient linéaire S(tR) reliant et F(tR) pour différents seuils tR d'intensité de pluie est reproductible pour les 4 sous-zones, en accord avec le caractère ergodique de la distribution de l'intensité de pluie observée dans la région. Ceci montre que S(tR) est indépendant des caractéristiques climatiques locales. Ce résultat est démontré aussi bien pour l'échantillon " Ligne de Grains " que pour les échantillons " Ligne de Convection " et " Région Stratiforme " pris séparément. On montre aussi que pour optimisation de la méthode, il faut se placer à des seuils d'intensité de pluie proches des moyennes climatiques des échantillons considérés. Avec les données infrarouges de Meteosat et le volume de pluie estimé par radar pour 23 évènements pluvieux obtenus en regroupant les données de 4 saisons de pluie (de 1996 à 1999), nous établissons la relation entre V et l'(ATI)TB à différents seuils de température de brillance radiométrique tTB. On montre que la variabilité du paramètre linéaire G(tTB) reliant V et l'(ATI)TB est minimale pour les seuils tTB situés entre 243 et 235K, avec un coefficient de variation (CV) de seulement 8%, c'est à dire presque constant pour les 4 sous-zones. Pour tTB égal à 235K, la valeur moyenne de G(tTB) dans les 4 sous-zones est de 3,02 mmh-1, presque exactement la valeur trouvée pour l'indice GPI durant l'expérience GATE. La stabilité de G(tTB) suggère que les processus dynamiques et microphysiques qui soutendent la relation entre la pluie et l'intégrale spatio-temporelle de la couverture nuageuse correspondante sont faiblement influencés pas les caractéristiques climatiques locales. Ces résultats montrent, en accord avec, les conclusions d'études antérieures l'efficacité de la méthode ATI pour la mesure des précipitations cumulées depuis l'espace.

The Amazon and the Orinoco river plumes modulate ocean stratification and colour in the tropical North Atlantic. This changes air-sea interactions and may thus be important for tropical cyclones (TCs). Using a regional ocean model, the potential impact of the rivers on ocean temperatures, stability, and TC intensity is investigated. The influence of riverine freshwater on the ocean is twofold: Firstly the freshwater plume stabilizes the water column, and secondly ocean colour in the plume modifies solar transmission. Within the Amazon and Orinoco plume, the two mechanisms have opposing and effective cancelling effects on TCs. On the one hand the freshwater plume thickens the barrier layer by up to 15 m locally, leading to increased stability and temperature inversions. The cooling inhibition index (CI) is +2.2 (J/m2) 1/3 larger when the river freshwater is present, potentially reducing SST feedbacks. Surface temperatures and upper ocean heat content are only slightly modified by the rivers. Ocean colour in the freshwater plume on the other hand, blocks the deeper ocean from sunlight, leading to moderate surface warming (+0.1o C) and substantial sub- surface cooling (-0.3o C 100m mean temperature). As a consequence cold water is more readily available to passing storms and the CI decreases by -2.1 (J/m2) 1/3 , hence increasing negative SST feedbacks. The net effect of the coloured plume on SST cooling is thus negligible. Simple, idealized relationships between expected surface cooling and TC intensity, suggest that the river-induced barrier layer enhances strong TCs by up to -5 to -12 hPa, while ocean colour may reduce intensity of strong storms by +8 hPa to +16 hPa. The net impact of the coloured plume is negligible for weak storms and a slight intensity reduction for stronger cyclones. Within the Amazon and Orinoco plume, the river freshwater effect may thus be substantially reduced or even offset by light absorbing particles.

Depuis le développement des mesures satellites de nombreuses missions spatiales sont dédiées au suivi de l'atmosphère et de la surface terrestre. Ces travaux de thèse s'inscrivent dans le cadre de la mission Megha-Tropiques dédiée au cycle de l'eau et de l'énergie en zone tropicale. L'objectif est d'évaluer le potentiel des estimations de précipitation par satellite pour des applications hydrologiques en zone tropicale. Les Tropiques réunissent les plus grands fleuves du globe, mais ne bénéficient pas de réseaux d'observation in-situ denses et continus permettant une gestion intégrée efficace de la ressource et des systèmes d'alertes. Les estimations des précipitations issues des systèmes d'observation satellite offrent une alternative pour ces bassins peu ou pas instrumentés et souvent exposés aux extrêmes climatiques. C'est le cas du fleuve Niger, qui a subi une grande variabilité climatique depuis les années 1950, mais aussi d'importants changements environnementaux et hydrologiques. Depuis les années 2000, le Niger moyen connaît une recrudescence des inondations pendant la période de crue Rouge (engendrée par ses affluents sahéliens pendant la mousson). A Niamey, des niveaux record de hauteur d'eau et de période d'inondation ont été enregistrés en 2003, 2010, 2012 et 2013, engendrant de nombreuses pertes humaines et matérielles. Ces travaux analysent l'influence du forçage pluviométrique sur les inondations liées à la crue Rouge à Niamey. Une gamme de produits pluviométriques (in situ et satellite) et la modélisation hydrologique (ISBA-TRIP) sont combinés pour étudier : (i) l'apport des produits satellite pour diagnostiquer la crue Rouge récente, (ii) l'impact des caractéristiques des produits et de leurs incertitudes sur les simulations et enfin (iii) l'évaluation du rôle des précipitations, face aux changements de conditions de surface, dans l'évolution de la crue Rouge à Niamey depuis les années 1950. L'étude a mis en évidence l'impact des caractéristiques des estimations des précipitations (cumul, intensité et distribution spatio-temporelle) sur la modélisation hydrologique et le potentiel des produits satellites pour le suivi des inondations. Les caractéristiques des précipitations se propageant dans la modélisation, la détection des inondations est plus efficace avec une approche relative à chaque produit plutôt qu'avec un seuil absolu. Ainsi des produits présentant des biais peuvent être envisagés pour la simulation hydrologique et la détection des inondations. Le nouveau produit TAPEER de la mission MT présente un fort potentiel hydrologique, en 2012 et pour la zone d'étude. D'autre part, l'étude de la propagation de l'erreur associée à ces précipitations a mis en évidence, la nécessité de déterminer la structure du champ d'erreur pour l'utilisation d'une telle information en hydrologie. Enfin la modélisation a été utilisée comme levier pour décomposer les sensibilités de la crue Rouge aux variations des précipitations et des conditions de surface. Pour simuler les changements hydrologiques entre les périodes 1953-1982 et 1983-2012, les changements d'occupation du sol et d'aire de drainage doivent être pris en compte. Puis les variations des précipitations peuvent expliquer les changements majeurs décennaux et annuels entre les années 1983 et 2012
Since the development of satellite based remote sensing in the 1970s, many missions have been dedicated to monitoring the terrestrial atmosphere and surfaces. Some of these satellites are dedicated to the Tropics with specific orbits. Megha-Tropiques (MT) is devoted to the water and energy cycle in the tropical atmosphere and provides an enhanced sampling for rainfall estimation in the tropical region. This PhD work was initiated within MT hydro-meteorological activities, with the objective of assessing the hydrological potential of satellite rainfall products in the Tropics. The world most important rivers lay in tropical areas where the in situ observation networks are deficient. Alternative information is therefore needed for water resource management and alert systems. The present work focuses on the Niger River a basin which has undergone drastic climatic variations leading to disasters such as droughts and floods. Since 1950, the Niger has been through 3 main climatic periods: a wet period (1950-1960), a long and intense drought period (1970-1980) and since 1990 a partial recovery of the rainfall. These climatic variations and the anthropic pressure, have modified the hydrological behaviour of the basin. Since 2000, the middle Niger River has been hit by an increase of floods hazards during the so-called Red flood period. In Niamey city, the highest river levels and the longest flooded period were recorded in 2003, 2010, 2012 and 2013, leading to heavy casualties and property damage. This study combines hydrological modelling and a variety of rainfall estimation products (satellite and in-situ) to meet several objectives: (i) the simulation of the Niamey Red flood and the detection of floods (during the recent period 2000-2013) (ii) the study of the propagation of satellite rainfall errors in hydrological modelling (iii) the evaluation of the role of rainfall variability, and surface conditions, in the changes of the Red flood in Niamey since the 50s. The global model ISBA-TRIP, is run with a resolution of 0.5° and 3h, and several rainfall products were used as forcing. Products derived from gauges (KRIG, CPC), pure satellite products (TAPEER, 3B42RT, CMORPH, PERSIANN) and mixed satellite products adjusted by rain gauges (3B42v7, RFE2, PERSIANN-CDR). This work confirms the hydrological potential of satellite rainfall products and proposes an original approach to overcome their biases. It highlights the need for documenting the errors associated with the rainfall products and the error structure. Finally, the hydrological modelling results since the 1950s have given a new understanding of the relative role of rainfall and surface conditions in the drastic increase of flood risk in Niamey

Des observations detaillees sur les termes du bilan hydrique et sur le milieu naturel d'un petit bassin versant dans une region de savane du nord-ouest de la cote d'ivoire, en combinaison avec des experiences de simulation de pluies, de tracage de crues et de suivis neutroniques de profils hydriques ont permis de proposer un modele de fonctionnement hydrologique pour les bassins versants, qui montre une evolution dans le temps et dans l'espace des processus d'ecoulement. Ces mecanismes d'ecoulement proposes ont ete testes sur quatre modeles conceptuels globaux

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

Cette thèse privilégie dans l'analyse de l'espace géographique la pluie et la rivière, le relief et la roche, la végétation, la surface du sol et le sol... mais l'on ne s'étonnera pas d'y rencontrer des champs et des jachères, des villages et des vergers. Elle a l'ambition de participer au développement d'une géographie centrée sur l'organisation d'un espace matériel produit conjointement par la nature et l'homme. C'est dans l'étude des changements de dimensions, dans « l'analyse scalaire », que se trouve l'essentiel de son explication scientifique et c'est à cette recherche que l'auteur s'est attaché...
La méthode d'analyse des milieux et des paysages est celle de l'« École d'Abidjan » dont Jean-Charles Filleron a été l'un des fondateurs. Trente mois ont été consacrés à la description de 826 relevés de la végétation, de la surface du sol et du sol sur le terrain et plus de 2500 photos aériennes ont été analysées du double point de vue de la forme et du milieu. Les traitements statistiques multivariés, ACP, AFC et classifications ont permis la réalisation d'une systématique des milieux et paysages aux différentes échelles scalaires.
Le champ d'application est le Nord-Ouest de la Côte d'Ivoire, vaste territoire de 49000 km2 dont l'essentiel est dévolu aux savanes plus ou moins boisées couvrant plateaux cuirassés et inselbergs. Sur ce territoire faiblement peuplé, l'auteur met en évidence le rôle des sociétés rurales... et de la nature du substrat rocheux... dans la diversité des milieux et des paysages et renouvelle le discours écologique sur les milieux tropicaux.