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12 results on '"Air–sea coupling"'

1. Couplage océan-atmosphère-continent dans le système climatique

Author

Voldoire, Aurore, Centre national de recherches météorologiques (CNRM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse III - INP Toulouse, and Jean-Louis Dufresne

Subjects
[SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, air-sea coupling, rétroactions, feedback, modèle de climat, climate model, [INFO.INFO-MO]Computer Science [cs]/Modeling and Simulation, couplage océan-atmosphère
Abstract

Les modèles de climat constituent un laboratoire numérique pour mieux comprendre le système climatique et en proposer des projections. La modélisation du climat nécessite de représenter toutes les composantes qui interagissent à ces échelles de temps : atmosphère, océan, biosphère et cryosphère. Le couplage de toutes ces composantes est nécessaire pour représenter les flux de masse et d'énergie qui régissent ces interactions. Les modèles sont imparfaits mais nous poursuivons constamment leur développement en vue de les rendre le plus réaliste possible. Au fur et à mesure que nos connaissances progressent et que les capacités des supercalculateurs s’accroissent, les modèles se font plus précis et représentent plus de processus.Mes activités de recherche accompagnent l’évolution du modèle de climat CNRM-CM, développé conjointement par le CNRM et le Cerfacs. Elles illustrent ce processus de développement d’un modèle de climat sur deux décennies. D’une part, mes travaux ont contribué à l’amélioration de la modélisation du couplage entre les composantes du système climatique. D’autre part, je mène des études ciblées sur la représentation de processus couplés océan-atmosphère. Ces études ont un double objectif, mieux comprendre le laboratoire numérique pour guider les voies de développement futures et ainsi concourir à son amélioration, mais aussi faire avancer nos connaissances sur les processus couplés qui régissent le système climatique. Dans ce mémoire, je retrace une partie de mes travaux en suivant ces deux axes : je présente dans un premier chapitre certains de mes travaux qui ont contribué à l’amélioration du modèle et dans un deuxième chapitre, des études plus spécifiques qui ont permis de faire avancer notre compréhension des processus couplés qui régissent le système climatique. Dans cette deuxième partie, je mets plus particulièrement en avant les travaux réalisés via l’encadrement d’étudiants (stages, thèses et post-doctorats).La communauté des modélisateurs du climat fait le constat qu’il est de plus en plus difficile d’accroître les performances des modèles, d’une part parce que l’accroissement de la complexité ne les rend pas forcément plus réalistes, mais aussi parce que notre marge de progression semble plus ténue. D’ailleurs, que veut dire améliorer leurs performances ? Cherche-t-on à développer un modèle universel qui permette d’étudier tous les processus climatiques ou bien devons-nous développer autant de modèles que d’applications ? Pour progresser, notre communauté se retrouve face à de nouveaux défis qu’elle tente de relever. Pour ma part, je propose de revenir sur la méthode de calibration des modèles. En effet, la calibration a été, jusque là, réalisée de façon heuristique et est peu documentée. Améliorer cette étape en développant une méthode objective permettra de renforcer notre confiance dans les modèles, de mieux qualifier leurs incertitudes paramétriques mais également d’affiner notre mise en œuvre de modèles à plus haute résolution.

Published
2022

2. Influence of air–sea coupling on Indian Ocean tropical cyclones

Author

Sébastien Masson, Christophe E. Menkès, Jérôme Vialard, S. Neetu, Guillaume Samson, Iyyappan Suresh, K. S. Krishnamohan, Swen Jullien, Matthieu Lengaigne, Océan et variabilité du climat (VARCLIM), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU), CSIR National Institute of Oceanography [India] (NIO), Mercator Océan, Société Civile CNRS Ifremer IRD Météo-France SHOM, Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Laboratoire d'Océanographie Physique et Spatiale (LOPS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER), and Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Atmospheric Science, 010504 meteorology & atmospheric sciences, 010505 oceanography, Air-sea coupling, Northern Hemisphere, Cold wake, Storm, [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], Spatial distribution, 01 natural sciences, Sea surface temperature, Regional coupled ocean-atmosphere model, Coupling (computer programming), 13. Climate action, Climatology, Tropical cyclones, Cyclogenesis, Environmental science, 14. Life underwater, Tropical cyclone, Indian Ocean, Intensity (heat transfer), 0105 earth and related environmental sciences
Abstract

This paper assesses the impact of air–sea coupling on Indian Ocean tropical cyclones (TCs) by comparing a 20-year long simulation of a ¼° regional coupled ocean–atmosphere model with a twin experiment, where the atmospheric component is forced by sea surface temperature from the coupled simulation. The coupled simulation reproduces the observed spatio-temporal TCs distribution and TC-induced surface cooling reasonably well, but overestimates the number of TCs. Air–sea coupling does not affect the cyclogenesis spatial distribution but reduces the number of TCs by ~ 20% and yields a better-resolved bimodal seasonal distribution in the northern hemisphere. Coupling also affects intensity distribution, inducing a four-fold decrease in the proportion of intense TCs (Cat-2 and stronger). Air–sea coupling damps TCs growth through a reduction of inner-core upward enthalpy fluxes due to the TC-induced cooling. This reduction is particularly large for the most intense TCs of the northern Indian Ocean (up to 250 W m−2), due to higher ambient surface temperatures and larger TC-induced cooling there. The negative feedback of air–sea coupling on strongest TCs is mainly associated with slow-moving storms, which spend more time over the cold wake they induce. Sensitivity experiments using a different convective parameterization yield qualitatively similar results, with a larger (~ 65%) reduction in the number of TCs. Because of their relatively coarse resolution (¼°), both set of experiments however fail to reproduce the most intense observed TCs. Further studies with finer resolution models in the Bay of Bengal will be needed to assess the expectedly large impact of air–sea coupling on those intense and deadly TCs.

Published
2019
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3. Spatial and temporal variability of wind energy resource and production over the North Western Mediterranean Sea: Sensitivity to air-sea interactions

Author

Thomas Arsouze, Sophie Bastin, Sylvain Mailler, Cindy Lebeaupin-Brossier, Philippe Drobinski, Hiba Omrani, Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), Unité de Mécanique (UME), École Nationale Supérieure de Techniques Avancées (ENSTA Paris), SPACE - LATMOS, Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre national de recherches météorologiques (CNRM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Département des Géosciences - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-École polytechnique (X)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC), and Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
010504 meteorology & atmospheric sciences, Meteorology, 020209 energy, Air-sea coupling, Magnitude (mathematics), 02 engineering and technology, Atmospheric sciences, 7. Clean energy, 01 natural sciences, Stability (probability), Atmosphere, Mediterranean sea, 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering, 14. Life underwater, Sensitivity numerical experiment, 0105 earth and related environmental sciences, Offshore wind energy, [PHYS.PHYS.PHYS-AO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Atmospheric and Oceanic Physics [physics.ao-ph], Propagation of uncertainty, Wind power, Atmospheric models, Renewable Energy, Sustainability and the Environment, business.industry, Offshore wind power, 13. Climate action, business
Abstract

International audience; This work assesses the sensitivity of the offshore wind energy density and production to SST biases and air-sea feedbacks along the French and Spanish coast in the North-Western Mediterranean. It makes use of a set of three 20-years simulations from atmosphere stand-alone and atmosphere/ocean coupled models. In this numerical experiment, the effects of SST bias and air-sea feedbacks are isolated without any interference with other sources of error and uncertainty propagation, meaning that the same model and hence the same physics are used, all other things being equal. This study shows that the effects of SST bias or air-sea feedbacks on wind energy density and production estimation can reach up to 10% and 5%, respectively. Especially, accounting for air-sea coupled processes on sub-monthly time scales weakens systematically the energy density and production by 6.5% and 2.4% with respect to the configuration where these effects are neglected. The relative variability over the 20 years of simulation does not exceed 20% so the impact of air-sea feedbacks is very robust in time in terms of wind energy density and production assessment. Uncertainties up to 6.5 and 2.5% in the evaluation of the potential in terms of wind energy density and production potential can have severe consequences on the whole industry by lowering the projects profitability. This study shows that the effects of SST bias and air-sea feedbacks usually extend vertically up to the hub-height but their magnitude depends on the stability of the atmosphere. This study concludes that reducing the SST bias at the lower boundary of numerical atmospheric models and accounting for rapid interactions and feedbacks between the ocean and the atmosphere are key to improve the reliability of offshore wind energy density and production assessment.

Published
2017
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4. Interactions couplées océan-atmosphère à méso-échelle dans le Pacifique Sud-Est

Author

Oerder, Véra, Processus de couplage à Petite Echelle, Ecosystèmes et Prédateurs Supérieurs (PEPS), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), UPMC - Université Paris 6 Pierre et Marie Curie, Gurvan Madec, François Colas, Vincent Echevin, Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), and Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636))

Subjects
[SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, air-sea coupling, Eastern Boundary Upwelling System, climat, océan, pacifique sud-est, système d’upwelling de bord est, mesoscale, meso-échelle, South-East Pacific, climate, couplage océan-atmosphère
Abstract

temporary reference; This PhD thesis studies the air/sea interactions at the oceanic mesoscale (10-300km) in the South-East Pacific and their consequences on the oceanic mesoscale activity.Satellite observations and a high-resolution regional ocean-atmosphere coupled model areused to characterize the mesoscale Sea Surface Temperature (SST)-wind stress (WS) in-teractions. The intensity of the WS response to SST displays similar spatial and seasonalvariability both in the model and the observations. The simulation is further analyzed tostudy this variations and to understand the boundary layer adjustment mechanisms. A mo-mentum balance evidenced that the near surface wind anomalies are created by anomaliesof the turbulent mixing term.The consequences on the ocean dynamics of the modulation of air-sea momentum, heatand fresh water fluxes by mesoscale SST and surface current are investigated using a setof sensitivity experiments. On one hand, near the coast, the WS response to the upwellingSST front decreases both the upwelling and the eddy kinetic energy (EKE) generationthrough baroclinic conversion. A negative feedback of the atmospheric response on theSST anomalies amplitude is also evidenced. On the other hand, the WS modulation byoceanic surface currents decreases the EKE generation by the mesoscale wind work. It alsocreates an Ekman pumping attenuating the sea surface height anomalies associated to thecoherent eddies.; Cette thèse s’intéresse aux interactions entre l’océan et l’atmosphère dans lePacifique Sud-Est, à des échelles comprises entre 10 et 300 km ("meso-échelle" océanique).Des observations satellites et un modèle couplé à haute résolution (1/12°) sont utiliséspour caractériser la relation entre la meso-échelle de température de surface de la mer(SST) et celle de l’intensité de la tension de vent (TV). L’intensité de la réponse de laTV aux anomalies de SST présente des variations spatiales et saisonnière marquées. Uneanalyse de l’ajustement de la couche limite atmosphérique aux anomalies de de SST dansles simulations numériques permet d’expliquer l’origine et l’intensité des variations de TVet de vitesse du vent. L’étude du bilan de quantité de mouvement montre que les anomaliesde la vitesse du vent près de la surface sont créées par les anomalies du terme de mélangeturbulent.Le modèle couplé a également permis d’étudier la réponse océanique à la modulation desflux à l’interface air-mer par la meso-échelle de courant de surface et de SST. D’une part,près de la côte, la réponse de la TV à la présence du front de SST diminue l’intensité del’upwelling et la génération d’énergie cinétique turbulente (EKE) par instabilité barocline.La réponse de l’atmosphère à la meso-échelle de SST a également une rétroaction négativesur les anomalies de SST. D’autre part, la modulation de la TV par les courants de surfacediminue la génération d’EKE due au travail des anomalies de TV, et créé un pompaged’Ekman atténuant les anomalies de niveau de la mer associées aux tourbillons meso-échelle.

Published
2016

5. Mesoscale air-sea coupled interactions in the South-East Pacific

Author

Oerder, Véra, Processus de couplage à Petite Echelle, Ecosystèmes et Prédateurs Supérieurs (PEPS), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), UPMC - Université Paris 6 Pierre et Marie Curie, Gurvan Madec, François Colas, and Vincent Echevin

Subjects
[SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, air-sea coupling, Eastern Boundary Upwelling System, climat, océan, pacifique sud-est, système d’upwelling de bord est, mesoscale, meso-échelle, climate, South-East Pacific, couplage océan-atmosphère
Abstract

temporary reference; This PhD thesis studies the air/sea interactions at the oceanic mesoscale (10-300km) in the South-East Pacific and their consequences on the oceanic mesoscale activity.Satellite observations and a high-resolution regional ocean-atmosphere coupled model areused to characterize the mesoscale Sea Surface Temperature (SST)-wind stress (WS) in-teractions. The intensity of the WS response to SST displays similar spatial and seasonalvariability both in the model and the observations. The simulation is further analyzed tostudy this variations and to understand the boundary layer adjustment mechanisms. A mo-mentum balance evidenced that the near surface wind anomalies are created by anomaliesof the turbulent mixing term.The consequences on the ocean dynamics of the modulation of air-sea momentum, heatand fresh water fluxes by mesoscale SST and surface current are investigated using a setof sensitivity experiments. On one hand, near the coast, the WS response to the upwellingSST front decreases both the upwelling and the eddy kinetic energy (EKE) generationthrough baroclinic conversion. A negative feedback of the atmospheric response on theSST anomalies amplitude is also evidenced. On the other hand, the WS modulation byoceanic surface currents decreases the EKE generation by the mesoscale wind work. It alsocreates an Ekman pumping attenuating the sea surface height anomalies associated to thecoherent eddies.; Cette thèse s’intéresse aux interactions entre l’océan et l’atmosphère dans lePacifique Sud-Est, à des échelles comprises entre 10 et 300 km ("meso-échelle" océanique).Des observations satellites et un modèle couplé à haute résolution (1/12°) sont utiliséspour caractériser la relation entre la meso-échelle de température de surface de la mer(SST) et celle de l’intensité de la tension de vent (TV). L’intensité de la réponse de laTV aux anomalies de SST présente des variations spatiales et saisonnière marquées. Uneanalyse de l’ajustement de la couche limite atmosphérique aux anomalies de de SST dansles simulations numériques permet d’expliquer l’origine et l’intensité des variations de TVet de vitesse du vent. L’étude du bilan de quantité de mouvement montre que les anomaliesde la vitesse du vent près de la surface sont créées par les anomalies du terme de mélangeturbulent.Le modèle couplé a également permis d’étudier la réponse océanique à la modulation desflux à l’interface air-mer par la meso-échelle de courant de surface et de SST. D’une part,près de la côte, la réponse de la TV à la présence du front de SST diminue l’intensité del’upwelling et la génération d’énergie cinétique turbulente (EKE) par instabilité barocline.La réponse de l’atmosphère à la meso-échelle de SST a également une rétroaction négativesur les anomalies de SST. D’autre part, la modulation de la TV par les courants de surfacediminue la génération d’EKE due au travail des anomalies de TV, et créé un pompaged’Ekman atténuant les anomalies de niveau de la mer associées aux tourbillons meso-échelle.

Published
2016

6. Influence of submonthly air-sea coupling on heavy precipitation events in the Western Mediterranean basin

Author

Cindy Lebeaupin Brossier, Ségolène Berthou, Samuel Somot, Marc Stéfanon, Karine Béranger, Emmanouil Flaounas, Sophie Bastin, Sylvain Mailler, Philippe Drobinski, Thomas Arsouze, Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD), Département des Géosciences - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-École polytechnique (X)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC), Unité de Mécanique (UME), École Nationale Supérieure de Techniques Avancées (ENSTA Paris), SPACE - LATMOS, Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'étude des transferts en hydrologie et environnement (LTHE), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG ), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), National Observatory of Athens (NOA), Groupe d'étude de l'atmosphère météorologique (CNRM-GAME), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Institut des Sciences de l'Univers (INSU-MISTRALS), Agence Nationale de la Recherche (ANR), ANR-12-SENV-0001,REMEMBER,Compréhension et modélisation du système climatique régional couplé pour la prévention des risques hydrométéorologiques en Méditerranée dans un contexte de changement global(2012), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), Centre national de recherches météorologiques (CNRM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA), and Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Mediterranean climate, [PHYS.PHYS.PHYS-AO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Atmospheric and Oceanic Physics [physics.ao-ph], Atmospheric Science, Potential impact, air-sea coupling, Heavy precipitation events, 010504 meteorology & atmospheric sciences, 0208 environmental biotechnology, atmosphereo-cean regional climate model, 02 engineering and technology, Mediterranean, [SDU.STU.ME]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Meteorology, Special observation, 01 natural sciences, Mediterranean Basin, 020801 environmental engineering, Surface heat, 13. Climate action, [SDU.STU.CL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Climatology, Climatology, Environmental science, Climate model, Precipitation, 0105 earth and related environmental sciences
Abstract

International audience; Heavy precipitation events (HPEs) can be a major cause of damage and casualties in the Mediterranean basin. With the use of atmosphere–ocean coupled regional climate models (AORCMs) and the advantage of 24 years of simulation (1989–2012), we identified regions with potential impact of submonthly air-sea coupling on HPEs among the regions hit by heavy rain during HyMeX 1st special observation period (SOP1): Valencia in Spain, the Cévennes in Southern France, Liguria in Northwestern Italy, Calabria in Southern Italy and Northeastern Italy. A first evaluation of the two AORCMs (MORCE and CNRM-RCSM4) against gridded precipitation datasets showed that 70 to 90% of the 30 most intense HPEs simulated were observed HPEs for most regions. The Cévennes, Valencia and Calabria were the only three regions to show a statistical relationship between rain differences and SST differences where the low-level jets that feed the events most frequently blow. This sensitivity of precipitation to SST changes is due to low-level wind changes related with changes in surface heat fluxes. Based on the calculation of submonthly variations in these regions during HyMeX, HPEs on the 28/09/2012 and 12/10/2012 in Valencia and on 25-26/10/2012 in the Cévennes have most probably been affected by submonthly air-sea coupling.

Published
2016
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7. Regional mesoscale air-sea coupling impacts and extreme meteorological events role on the Mediterranean Sea water budget

Author

Karine Béranger, Sophie Bastin, Philippe Drobinski, Cindy Lebeaupin Brossier, Groupe d'étude de l'atmosphère météorologique (CNRM-GAME), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), SPACE - LATMOS, Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Fluides Géophysiques et Océanographie (FGO), Unité de Mécanique (UME), École Nationale Supérieure de Techniques Avancées (ENSTA Paris)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées (ENSTA Paris), École Nationale Supérieure de Techniques Avancées (ENSTA Paris), Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD), Département des Géosciences - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-École polytechnique (X)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC), Centre national de recherches météorologiques (CNRM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), and Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)

Subjects
Mediterranean climate, Atmospheric Science, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Air-sea coupling, 0207 environmental engineering, Mesoscale meteorology, 02 engineering and technology, Atmospheric model, [SDU.STU.ME]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Meteorology, 01 natural sciences, Med-CORDEX, Mediterranean sea, Mediterranean Sea, 14. Life underwater, Precipitation, 020701 environmental engineering, 0105 earth and related environmental sciences, Water budget, Extreme events, Annual cycle, Sea surface temperature, 13. Climate action, Climatology, Environmental science, Outflow, MORCE, HyMeX
Abstract

International audience; The Mediterranean Sea water budget (MWB) is a key parameter, as it controls the Mediterranean Sea water loss and thus the Atlantic Water inflow and the Mediterranean general circulation. More accurately, the MWB controls the net flow through the Strait of Gibraltar, which implies both inflow and outflow. Generally considered at the basin scale and over long-term periods, the MWB is in fact characterized by a large variability in space and time, induced by the complex topography of the region, mesoscale processes and (short) intense events in the ocean and atmosphere compartments. In this study, we use an ocean-atmosphere coupled system at mesoscale able to represent such phenomena, to evaluate the MWB atmospheric components: Evaporation (E) and Precipitation (P). We compare two companion regional simulations: an uncoupled atmospheric run using the ERA-interim Sea Surface Temperature (SST) reanalysis and a coupled run using the MORCE system with the two-way coupling between the NEMO-MED12 eddy-resolving ocean model and the non-hydrostatic Weather Research and Forecasting atmospheric model. We first evaluate the SST validity against satellite data and evidence the coupled system ability in representing SST mesoscale structures, characteristics of the Mediterranean circulation and of small-scale ocean processes, despite a colder mean value and a lower amplitude of the annual cycle. Then, the comparison aims to examine the coupled processes effects (meaning the impacts of the interactive high-resolution and high-frequency SST) on E and P and on their variability. The comparison highlights that the SST is the controlling factor for E and P budgets, with reduction by 6 and 3 % in the coupled run compared to the uncoupled run, respectively. The modifications propagate until 750 km inland far from the Mediterranean coast, as towards the Atlantic Ocean and the Black Sea. This indicates that coupling plays a major role in distributing water at mesoscale. The coupling directly modifies the seasonal variability. It also significantly decreases extreme evaporation and precipitation occurences and intensities. This extreme events mitigation in the coupled run contributes for ~50 % to the decrease in the E and P budgets.

Published
2015
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8. Ocean feedback to tropical cyclones: climatology and processes

Author

Nicolas C. Jourdain, Guillaume Samson, Christophe E. Menkès, Swen Jullien, Jérôme Lefèvre, Patrick Marchesiello, Matthieu Lengaigne, Echanges Côte-Large (ECOLA), Laboratoire d'études en Géophysique et océanographie spatiales (LEGOS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Processus de couplage à Petite Echelle, Ecosystèmes et Prédateurs Supérieurs (PEPS), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), CIimate Change Research Centre, University of New South Wales [Sydney] (UNSW), Laboratoire de glaciologie et géophysique de l'environnement (LGGE), Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), IISc-NIO-IITM-IRD Joint International Laboratory, Indo-French Cell for Water Sciences, Processus de la variabilité climatique tropicale et impacts (PARVATI), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), and Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
[SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, Atmospheric Science, Air-sea coupling, Modeling, Coupling (physics), Sea surface temperature, Eddy, 13. Climate action, Anticyclone, Climatology, Tropical cyclones, Cyclogenesis, Environmental science, Upwelling, 14. Life underwater, Tropical cyclone, Intensity (heat transfer)
Abstract

International audience; This study presents the first multidecadal and coupled regional simulation of cyclonic activity in the South Pacific. The long-term integration of state-of the art models provides reliable statistics, missing in usual event studies, of air-sea coupling processes controlling tropical cyclone (TC) intensity. The coupling effect is analyzed through comparison of the coupled model with a companion forced experiment. Cyclogenesis patterns in the coupled model are closer to observations with reduced cyclogenesis in the Coral Sea. This provides novel evidence of air-sea coupling impacting not only intensity but also spatial cyclogenesis distribution. Storm-induced cooling and consequent negative feedback is stronger for regions of shallow mixed layers and thin or absent barrier layers as in the Coral Sea. The statistical effect of oceanic mesoscale eddies on TC intensity (crossing over them 20 % of the time) is also evidenced. Anticyclonic eddies provide an insulating effect against storm-induced upwelling and mixing and appear to reduce sea surface temperature (SST) cooling. Cyclonic eddies on the contrary tend to promote strong cooling, particularly through storm-induced upwelling. Air-sea coupling is shown to have a significant role on the intensification process but the sensitivity of TCs to SST cooling is nonlinear and generally lower than predicted by thermodynamic theories: about 15 rather than over 30 hPa °C−1 and only for strong cooling. The reason is that the cooling effect is not instantaneous but accumulated over time within the TC inner-core. These results thus contradict the classical evaporation-wind feedback process as being essential to intensification and rather emphasize the role of macro-scale dynamics.

Published
2014
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9. Effects of the air–sea coupling time frequency on the ocean response during Mediterranean intense events

Author

Cindy Lebeaupin Brossier, Hervé Giordani, Véronique Ducrocq, Groupe d'étude de l'atmosphère météorologique (CNRM-GAME), and Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
[SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, 010504 meteorology & atmospheric sciences, 010505 oceanography, Air-sea coupling, Mesoscale modeling, Forcing (mathematics), Oceanography, Atmospheric sciences, 01 natural sciences, Physics::Geophysics, Ocean dynamics, Ocean surface topography, Temporal resolution, Mediterranean sea, 13. Climate action, Latent heat, Climatology, Mediterranean Sea, Environmental science, Precipitation, Ocean heat content, Physics::Atmospheric and Oceanic Physics, 0105 earth and related environmental sciences
Abstract

International audience; The near-sea surface meteorological conditions associated with the Mediterranean heavy precipitation events constitute, on a short time scale, a strong forcing on the ocean mixed layer. This study addresses the question of the optimal time frequency of the atmospheric forcing to drive an ocean model in order to make it able to capture the fine scale ocean mixed layer response to severe meteorological conditions. The coupling time frequency should allow the ocean model to reproduce the formation of internal low-salty boundary layers due to sudden input of intense precipitation, as well as the cooling and deepening of the ocean mixed layer through large latent heat fluxes and stress under the intense low-level jet associated with these events. In this study, the one-dimensional ocean model is driven by 2.4-km atmospheric simulated fields on a case of Mediterranean heavy precipitation, varying the time resolution of the atmospheric forcing. The results show that using a finer temporal resolution than 1 h for the atmospheric forcing is not necessary, but a coarser temporal resolution (3 or 6 h) modifies the event course and intensity perceived by the ocean. Consequently, when using a too coarse temporal resolution forcing, typically 6 h, the ocean model fails to reproduce the ocean mixed layer fine scale response under the heavy rainfall pulses and the strong wind gusts.

Published
2009
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10. Two-way one-dimensional high-resolution air-sea coupled modelling applied to Mediterranean heavy rain events

Author

Lebeaupin Brossier, Cindy, Ducrocq, Véronique, Giordani, Hervé, Groupe d'étude de l'atmosphère météorologique (CNRM-GAME), and Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
[SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, air-sea coupling, Mediterranean Sea, heavy rainfall, mesoscale modelling
Abstract

International audience; South-eastern France is prone to heavy rain events during the autumn. For these extreme precipitation events, the Mediterranean Sea fuels the atmospheric boundary layer in heat and moisture and sometimes contributes to flooding, owing to the large swell and waves produced in these situations. The aim of this study is to examine how the severe atmospheric conditions over the sea associated with these events alter the ocean mixed layer, and what feedback the ocean contributes to the precipitation events. To address these questions, a high-resolution air-sea coupled system is developed between the atmospheric MESO-NH model and a one-dimensional ocean model. It is applied for short range (24 h) and high-resolution (2-3 km) simulations of three representative torrential rainfall events: 12-13 November 1999 (Aude case), 8-9 September 2002 (Gard case) and 3 December 2003 (Hérault case). In those meteorological situations characterized by moderate to intense low-level winds, the Mediterranean Sea globally loses energy, to the benefit of the convective precipitating systems. The result is an overall decrease of the thermal content all along the simulation of the events. Significant cooling and deepening of the ocean mixed layer are found in the areas of intense low-level winds. A notable result of the study concerns the impact of the torrential rainfall on the ocean mixed layer. The most important disturbances of the ocean mixed layer are indeed found underneath the heavy precipitation. The salt content is decreased all along the ocean mixed layer depth, but more significantly in the first ten metres near the air-sea interface, with the formation of a salt barrier. By performing both two-way and one-way coupled simulations, it is found that the interactive coupling tends to moderate both the atmospheric and ocean responses compared with the one-way mode. The differences between the two-way and one-way coupled simulations are, however, found to be relatively small considering the atmospheric short-range forecast.

Published
2009
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11. Modélisation climatique du bassin méditerranéen : variabilité et scénarios de changement climatique

Author

Somot, Samuel, Groupe d'étude de l'atmosphère météorologique (CNRM-GAME), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paul Sabatier - Toulouse III, Michel Crépon, Centre national de recherches météorologiques (CNRM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
climate variability, Méditerranée, air-sea coupling, circulation thermohaline, cyclogénèse, changementclimatique, Mediterranean, couplage océan-atmosphère, thermohalinecirculation, modélisation climatique régionale, regional climate modelling, climate change, [SDU.STU.CL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Climatology, convectionocéanique profonde, variabilité climatique, ocean deep convection, cyclogenesis
Abstract

Air-sea fluxes, open-sea deep convection and cyclogenesis are studied in the Mediterraneanwith the development of a regional coupled model (AORCM). It accurately simulatesthese processes and their climate variabilities are quantified and studied. The regionalcoupling shows a significant impact on the number of winter intense cyclogenesis as wellas on associated air-sea fluxes and precipitation. A lower interannual variability than innon-coupled models is simulated for fluxes and deep convection. The feedbacks drivingthis variability are understood. The climate change response is then analysed for the 21stcentury with the non-coupled models : cyclogenesis decreases, associated precipitationincreases in spring and autumn and decreases in summer. Moreover, a warming and saltingof the Mediterranean as well as a strong weakening of its thermohaline circulation occur.This study also concludes with the necessity of using AORCMs to assess climate changeimpacts on the Mediterranean.; Les flux air-mer, la convection profonde et la cyclogénèse sont étudiés en Méditerranéegrâce au développement d'un modèle régional couplé (AORCM). Il reproduit correctementces processus et permet de quantifier et d'étudier leur variabilité climatique. Le couplagerégional a un impact significatif sur le nombre de cyclogénèses intenses en hiver et surles flux et précipitations associés. Il simule une variabilité interannuelle plus faible qu'enmode forcé pour les flux et la convection et permet de comprendre les rétroactionsqui la pilotent. L'impact régional d'un scénario climatique est analysé avec les modèlesnon-couplés : le nombre de cyclogénèses diminue, les pluies associées augmentent auprintemps et en automne et diminuent en été. En outre, la Méditerranée se réchauffe,se sale et sa circulation thermohaline s'affaiblit fortement. Cette thèse conclut de plus àla nécessité des AORCMs pour étudier l'impact du changement climatique en Méditerranée.

Published
2005

12. Decadal oscillations in a simplified coupled model due to unstable interactions between zonal winds and ocean gyres

Author

Olivier Arzel, Thierry Huck, Laboratoire de physique des océans (LPO), and Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Atmospheric Science, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Wind stress, Zonal and meridional, Oceanography, Air sea interaction, 01 natural sciences, Air–sea interaction, Physics::Geophysics, Ocean circulation, Ocean gyre, Astrophysics::Solar and Stellar Astrophysics, 14. Life underwater, Computers in Earth Sciences, Physics::Atmospheric and Oceanic Physics, [SDU.STU.OC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Oceanography, 0105 earth and related environmental sciences, geography, Air–sea coupling, geography.geographical_feature_category, 010505 oceanography, Atmospheric wave, Ocean current, Rossby wave, Geology, Geophysics, Boundary current, Sea surface temperature, 13. Climate action, Air sea coupling, Climatology, Ocean–atmosphere system, Physics::Space Physics, Ocean atmosphere system
Abstract

International audience; A simplified coupled ocean–atmosphere model, consisting of a one-layer bidimensional ocean model and a one-layer unidimensional energy balance atmospheric model [J. Clim. 13 (2000) 232] is used to study the unstable interactions between zonal winds and ocean gyres. In a specific range of parameters, decadal variability is found. Anomalies, quite homogeneous zonally, show small-scale wavelength in latitude: perturbations emerge and grow at the southern limb of the intergyre boundary and propagate southward before decaying. The wind stress anomalies are proportional to the meridional gradient of the atmospheric temperature anomalies: this ratio acts as a positive amplification factor, as confirmed by a parameter sensitivity analysis. Assuming zonally-averaged anomalies harmonic in the meridional direction, a very simple analytical model for the perturbations is derived, based on forced Rossby wave adjustment of the western boundary current and its associated anomalous heat transport: it accounts for the scale selection, the growth and the southward propagation of sea surface temperature anomalies in the subtropical gyre. The latter is not only due to the slow advection by the mean current, but to a prevailing mechanism of self-advecting coupled oceanic and atmospheric waves, out of phase in latitude. Relevance to the observational record is discussed.

Published
2003
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