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Over recent decades, regions of West and Central Africa have experienced different and significant changes in climatic patterns, which have significantly impacted hydrological regimes. Such impacts, however, are not fully understood at the regional scale, largely because of scarce hydroclimatic data. Therefore, the aim of this study is to (a) assemble a new, robust, reconstructed streamflow dataset of 152 gauging stations; (b) quantify changes in streamflow over 1950–2005 period, using these newly reconstructed datasets; (c) significantly reveal trends and variability in streamflow over West and Central Africa based on new reconstructions; and (d) assess the robustness of this dataset by comparing the results with those identified in key climatic drivers (e.g. precipitation and temperature) over the region. Gap filling methods applied to monthly time series (1950–2005) yielded robust results (median Kling-Gupta Efficiency >0.75). The study underlines a good agreement between precipitation and streamflow trends and reveals contrasts between western Africa (negative trends) and Central Africa (positive trends) in the 1950s and 1960s. Homogenous dry conditions of the 1970s and 1980s, characterized by reduced significant negative trends resulting from quasi-decadal modulations of the trend, are replaced by wetter conditions in the recent period (1993–2005). The effect of this rainfall recovery (which extends to West and Central Africa) on increased river flows are further amplified by land use change in some Sahelian basins. This is partially offset, however, by higher potential evapotranspiration rates over parts of Niger and Nigeria. Crucially, the new reconstructed streamflow datasets presented here will be available for both the scientific community and water resource managers.

The study aims to analyze the performance criteria of the GR4J model to reproduce high water flows in the Ouémé watershed at Bonou's outlet which has been vulnerable to climate change in recent decades. The methodology focused on the use of daily climatological and hydrometric data extracted from files of National Directorate of Meteorology, and General Directorate of Water; they were supplemented by those of SIEREM/HSM dataset over the period 1961-2015. The rainfall was regionalized using Thiessen method. The performance of the GR4J model was assessed with NSE, RMSE and KGE criteria. The results indicate that the study area is marked by rainfall variabilities and detection of two breakpoints (1968 and 1987) which divide the series into three sub-periods; these discontinuities have repercussions on the streamflow. It's found that GR4J model overestimates the streamflow during the low water period and underestimates them in high water. However, the efficiency and performance criteria NSE, RMSE and KGE calculated on high water flow rates are better in calibration than in validation. The KGE values are range between 83-85% in calibration and 56-68% during validation, which gives to GR4J model the efficiency and performance to reproduce high flow rates in the study area.

The objective of this study is to analyze the hydro-climatic regimes of the watershed of Mitidja West, and then try to evaluate the influence of climate on superficial flows. Rainfall data and databank for monthly discharges come from the National Agency of Hydraulic Resources (ANRH), rainfall are recorded from 23 rainfall stations distributed over the watershed and whose size varies from one station to another, and Time series of discharges data are generally from 1987 to 2012, but vary in duration. However, we noted that flows have been subjected to ruptures of 1975 until the middle of the 1980s. However, this reduction is due to a the climate impact associated with precipitation which decrease significantly since the end of the 75 years; or an anthropogenic impact due to the many hydraulic infrastructure development since 1985. Thus, for the simulation of the discharges from the rains, the efficiency of the model to simulate monthly discharges of the basin is given by the analysis of the criterion of Nash, of which it gave satisfactory values ​​superior to (60%), we can say, afterwards, that the GR2M model has a certain efficiency to simulate the discharges in the monthly time step and to guarantee a better understanding of the hydrological behavior of the basin.

In the socio-economic and climatic complexity of a Mediterranean environment, desertification involves many processes and is much more spatio-temporally sophisticated than is often suggested by both the policy and academic communities. Here we examine the spatial variability of the Mediterranean environment and its agriculture-a supposed key driver of desertification in the region. We examine trends in agricultural production and climate in the region and the differences between north and south. We review the recent history of Mediterranean desertification research and its changing policy context. In particular, we examine the evidence for Mediterranean desertification, and what we now understand of it, with the hindsight of three decades of research and having 'come out of the other side' of decadal drought events that prompted large-scale concern over the desertification of Mediterranean Europe in the 1990 s. We focus particularly on the spatial heterogeneity of the Mediterranean and the implications of this heterogeneity for understanding perceived desertification in the region, and explore implications for land use and management policy-making, indicating the need for a much more locally nuanced approach.

Rainfall and climatic conditions are the main drivers of natural and cultivated vegetation productivity in the semiarid region of Central Sahel. In a context of decreasing cultivable area per capita, understanding and predicting changes in the water cycle are crucial. Yet, it remains challenging to project future climatic conditions in West Africa since there is no consensus on the sign of future precipitation changes in simulations coming from climate models. The Sahel region has experienced severe climatic changes in the past 60 years that can provide a first basis to understand the response of the water cycle to non-stationary conditions in this part of the world. The objective of this study was to better understand the response of the water cycle to highly variable climatic regimes in Central Sahel using historical climate records and the coupling of a land surface energy and water model with a vegetation model that, when combined, simulated the Sahelian water, energy and vegetation cycles. To do so, we relied on a reconstructed long-term climate series in Niamey, Republic of Niger, in which three precipitation regimes can be distinguished with a relative deficit exceeding 25% for the driest period compared to the wettest period. Two temperature scenarios (+2 and +4 °C) consistent with future warming scenarios were superimposed to this climatic signal to generate six virtual future 20-year climate time series. Simulations by the two coupled models forced by these virtual scenarios showed a strong response of the water budget and its components to temperature and precipitation changes, including decreases in transpiration, runoff and drainage for all scenarios but those with highest precipitation. Such climatic changes also strongly impacted soil temperature and moisture. This study illustrates the potential of using the strong climatic variations recorded in the past decades to better understand potential future climate variations.

International audience

International audience

In the tropical oceans, where the temperature is roughly homogenous in the upper layer, vertical variations of salinity may be responsible for significant density stratifications. In this study on the Western Tropical Atlantic Ocean, it is shown that fresh surface waters of the Amazon River discharge may induce a strong halocline in the 3-30 m depth range. This halcocline induces a pycnocline that acts as a barrier for mixing between the surface and the subsurface waters. The fresh surface waters are generally associated with positive anomalies of the sea surface temperature. These positive anomalies cover a large part of the basin in boreal summer-fall, following the maximum Amazon River discharge, which may have a significant importance for the ocean-atmosphere exchanges. (Résumé d'auteur)

Contribution of “snow and glaciers in the tropics” programme to the knowledge of climate variability in the Andes Glaciers are very sensitive to parameters as temperature, radiation, precipitation, etc... and are excellent indicators of climatic change (Pouyaud et al., 1995). They record climatic forcing induced by El Niño Southern Oscillation (ENSO) events and can bring information about frequency and magnitude of this phenomena. As hydrologic objets, they concern the Andean population because they are susceptible to experiment in the future rapid evolution. The present retreat of glaciers in the Central Andes is widespread and very strong and its consequences on water resources and natural hazards have encouraged ORSTOM and its scientific partners to develop since 1991 a program aiming to monitor these glaciers. We present in this paper a progress report of this program up until the end of 1997., Contribution du programme “ neiges et glaciers tropicaux ” (NGT) à la connaissance de la variabilité climatique dans les Andes Les glaciers tropicaux sont d’excellents indicateurs de l’évolution du climat à cause de leur extrême sensibilité aux variations des paramètres météorologiques tels que les températures, la radiation, les précipitations etc... (Pouyaud et al., 1995). Ils ont enregistré les implications climatiques des phénomènes El Niño (ENSO) et ils peuvent donner des informations précieuses sur leur fréquence et leur amplitude. Ce sont aussi des objets hydrologiques et les populations andines exploitent leurs ressources. Ils peuvent évoluer très rapidement. Le recul actuel, accéléré et généralisé des glaciers des Andes centrales a des conséquences hydrologiques et peut constituer des risques naturels. L’ORSTOM et ses partenaires scientifiques andins ont mis en route depuis 1991 un vaste programme de suivi dans l’ensemble des Andes tropicales. On évalue les résultats de ce programme jusqu’à la fin 1997., Los glaciares tropicales son excelentes indicadores de la evolución del clima por su extrema sensibilidad a las variaciones de los parámetros meteorológicos como las temperaturas, la radiación y las precipitaciones, etc. (Pouyaud et al., 1995). Bajo este concepto, han registrado las implicaciones climáticas de los fenómenos El Niño-Oscilación del Sur (ENSO) y pueden proporcionar valiosas informaciones sobre su frecuencia y su magnitud. Son también objetos hidrológicos, cuyos recursos son aprovechados por las sociedades andinas, susceptibles de evoluciones futuras muy rápidas. El actual retroceso, generalizado y acelerado, de los glaciares de los Andes centrales y sus consecuencias en términos de hidrología o de riesgos naturales, condujeron al ORSTOM y sus contrapartes científicas andinas a lanzar desde 1991 un amplio programa de monitoreo de estos glaciares en el conjunto de los Andes tropicales. Se está haciendo un balance sobre el avance de este programa hasta fines de 1997., Ribstein Pierre, Pouyaud Bernard, Francou Bernard, Chevallier Pierre. Contribución del programa “Nieves y Glaciares Tropicales” (NGT) al conocimiento de la variabilidad climática en los Andes. In: Bulletin de l'Institut Français d'Études Andines, tome 27, N°3, 1998. Variations climatiques et ressources en eau en Amérique du Sud. Importance et conséquences des événements El Niño. pp. 593-604.

In the Northern Extratropics, winter climate shows a large interannual-variability compared to other regions and seasons, with the occurrence of extreme weather events such as cold spells, heavy snowfall and wind storms. Unfortunately, current dynamical seasonal forecasting systems still show low predictability in the northern midlatitudes. Besides ocean-atmosphere coupling, there is growing observational and numerical evidence that troposphere-stratosphere coupling also contributes to climate variability on a wide range of scales. The aim of this thesis is to evaluate this additional forcing by focusing on the stratospheric polar vortex influence on the wintertime climate variability in the northern midlatitudes at inter-annual and intra-seasonal timescales. We first make a synthesis of the knowledge about troposphere-stratosphere coupling. The inter-annual variability of the stratospheric polar vortex is assessed using composite analysis of atmospheric ECMWF reanalysis. Then, the main tools used during this thesis are described, namely the ARPEGE-Climat model and the nudging of the stratosphere towards the ECMWF reanalysis. Like many other models, ARPEGE-Climat has a polar jet which is too weak and displaced southward compared to reanalysis data, regardless his version, which could have negative consequences on the wintertime variability. Although the poorly resolved stratosphere is often suggested to explain the lack of previsibility in the models, our results show that, in the ARPEGE-Climat V5 model, the improved vertical resolution is not sufficient to simulate a more realistic climate variability and predictability. For these reasons, throughout this thesis, the stratospheric relaxation towards the reanalysis data from the ECMWF is used in order to compare his relative contribution to the tropospheric extrat-tropical climate variability, compared to the sea surface temperature forcing. Case studies have been carried out for the 1976-1977 and 2009-2010 winters though ensemble simulations with free or nudged stratosphere. Results confirm the relative contribution of the stratosphere to the negative phase of the NAO and the temperature anomalies over the northern Europe. Similar initialized ensemble simulations over the 1958-2007 period confirm the positive impact of the extra-tropical nudging, but show a limited influence of the equatorial nudging, that needs to be analyzed more precisely with a larger ensemble. In conclusion, this thesis shows the importance of a realistic stratosphere in the extra-tropical seasonal forecast in winter, but a lot of questions remains opened, like mechanisms related to the troposphere-stratosphere coupling, and the interest of a statistico-dynamical forecast including a relaxation towards a statistical stratosphere.; Les moyennes et hautes latitudes de l'hémisphère nord sont caractérisées par une forte variabilité climatique en hiver, incluant l'occurrence d'évènements extrêmes tels que les vagues de froid ou les tempêtes, et présentent une faible prévisibilité aux échéances mensuelle à saisonnière dans les systèmes opérationnels. Un nombre croissant d'études montre qu'au delà du couplage océan-atmosphère, le couplage troposphère-stratosphère contribue également à la variabilité climatique à ces échelles de temps. Cette thèse vise à mieux comprendre l'influence de la stratosphère sur la variabilité climatique hivernale à nos latitudes, et à quantifier sa contribution potentielle à la prévisibilité climatique saisonnière en comparaison de la contribution océanique. Dans un premier temps, un état des lieux des connaissances sur le couplage troposphère-stratosphère est dressé et la variabilité inter-annuelle du vortex stratosphérique polaire est revisitée par le biais d'analyses composites sur la base des réanalyses atmosphériques du CEPMMT. Ensuite, les principaux outils de cette thèse sont présentés et validés, à savoir le modèle ARPEGE-Climat et la technique de " nudging " permettant de relaxer (guider) le modèle vers les réanalyses. Comme beaucoup de modèles, les versions 4 et 5 d'ARPEGE-Climat en configuration T63L31 simulent un vortex stratosphérique polaire nettement décalé vers le sud, ce qui peut avoir des conséquences négatives sur la variabilité simulée via la modification des interactions ondes-écoulement moyen. Si la faible résolution verticale dans la stratosphère est souvent mise en avant pour expliquer le manque de prévisibilité dans les modèles, nos travaux sur la version 5 d'ARPEGE-Climat montrent que l'augmentation de la résolution verticale et l'élévation du toit du modèle à 0.1 hPa ne suffisent pas pour obtenir un climat plus réaliste, que ce soit en termes d'état moyen, de variabilité ou de prévisibilité à l'échelle saisonnière. C'est pourquoi, tout au long de cette thèse, la technique de la relaxation de la stratosphère vers les réanalyses issues du CEPMMT a été exploitée afin de montrer, de manière idéalisée, sa forte influence sur la variabilité climatique hivernale aux extra-tropiques de l'hémisphère nord, par rapport au seul forçage par les températures de surface de la mer observées. L'étude des hivers 1976-1977 et 2009-2010 via la réalisation de simulations d'ensemble avec et sans nudging a permis de confirmer la contribution de la stratosphère à la phase négative de la NAO et aux fortes anomalies négatives de température observées sur l'Europe du nord. La généralisation des ensembles à la période 1958-2007 (avec initialisation au 1er Novembre) confirme l'impact positif du nudging extra-tropical mais montre un effet très limité du nudging équatorial qu'il conviendrait d'évaluer de manière plus précise en augmentant la taille des ensembles. Ainsi, si elle confirme l'importance de la stratosphère pour la prévision saisonnière hivernale à nos latitudes, cette thèse ouvre de nombreuses perspectives concernant les mécanismes qui sous tendent le couplage troposphère-stratosphère et l'intérêt d'une prévision statistico-dynamique consistant à relaxer le modèle ARPEGE-Climat vers une stratosphère prévue de manière statistique.

In the Northern Extratropics, winter climate shows a large interannual-variability compared to other regions and seasons, with the occurrence of extreme weather events such as cold spells, heavy snowfall and wind storms. Unfortunately, current dynamical seasonal forecasting systems still show low predictability in the northern midlatitudes. Besides ocean-atmosphere coupling, there is growing observational and numerical evidence that troposphere-stratosphere coupling also contributes to climate variability on a wide range of scales. The aim of this thesis is to evaluate this additional forcing by focusing on the stratospheric polar vortex influence on the wintertime climate variability in the northern midlatitudes at inter-annual and intra-seasonal timescales. We first make a synthesis of the knowledge about troposphere-stratosphere coupling. The inter-annual variability of the stratospheric polar vortex is assessed using composite analysis of atmospheric ECMWF reanalysis. Then, the main tools used during this thesis are described, namely the ARPEGE-Climat model and the nudging of the stratosphere towards the ECMWF reanalysis. Like many other models, ARPEGE-Climat has a polar jet which is too weak and displaced southward compared to reanalysis data, regardless his version, which could have negative consequences on the wintertime variability. Although the poorly resolved stratosphere is often suggested to explain the lack of previsibility in the models, our results show that, in the ARPEGE-Climat V5 model, the improved vertical resolution is not sufficient to simulate a more realistic climate variability and predictability. For these reasons, throughout this thesis, the stratospheric relaxation towards the reanalysis data from the ECMWF is used in order to compare his relative contribution to the tropospheric extrat-tropical climate variability, compared to the sea surface temperature forcing. Case studies have been carried out for the 1976-1977 and 2009-2010 winters though ensemble simulations with free or nudged stratosphere. Results confirm the relative contribution of the stratosphere to the negative phase of the NAO and the temperature anomalies over the northern Europe. Similar initialized ensemble simulations over the 1958-2007 period confirm the positive impact of the extra-tropical nudging, but show a limited influence of the equatorial nudging, that needs to be analyzed more precisely with a larger ensemble. In conclusion, this thesis shows the importance of a realistic stratosphere in the extra-tropical seasonal forecast in winter, but a lot of questions remains opened, like mechanisms related to the troposphere-stratosphere coupling, and the interest of a statistico-dynamical forecast including a relaxation towards a statistical stratosphere.; Les moyennes et hautes latitudes de l'hémisphère nord sont caractérisées par une forte variabilité climatique en hiver, incluant l'occurrence d'évènements extrêmes tels que les vagues de froid ou les tempêtes, et présentent une faible prévisibilité aux échéances mensuelle à saisonnière dans les systèmes opérationnels. Un nombre croissant d'études montre qu'au delà du couplage océan-atmosphère, le couplage troposphère-stratosphère contribue également à la variabilité climatique à ces échelles de temps. Cette thèse vise à mieux comprendre l'influence de la stratosphère sur la variabilité climatique hivernale à nos latitudes, et à quantifier sa contribution potentielle à la prévisibilité climatique saisonnière en comparaison de la contribution océanique. Dans un premier temps, un état des lieux des connaissances sur le couplage troposphère-stratosphère est dressé et la variabilité inter-annuelle du vortex stratosphérique polaire est revisitée par le biais d'analyses composites sur la base des réanalyses atmosphériques du CEPMMT. Ensuite, les principaux outils de cette thèse sont présentés et validés, à savoir le modèle ARPEGE-Climat et la technique de " nudging " permettant de relaxer (guider) le modèle vers les réanalyses. Comme beaucoup de modèles, les versions 4 et 5 d'ARPEGE-Climat en configuration T63L31 simulent un vortex stratosphérique polaire nettement décalé vers le sud, ce qui peut avoir des conséquences négatives sur la variabilité simulée via la modification des interactions ondes-écoulement moyen. Si la faible résolution verticale dans la stratosphère est souvent mise en avant pour expliquer le manque de prévisibilité dans les modèles, nos travaux sur la version 5 d'ARPEGE-Climat montrent que l'augmentation de la résolution verticale et l'élévation du toit du modèle à 0.1 hPa ne suffisent pas pour obtenir un climat plus réaliste, que ce soit en termes d'état moyen, de variabilité ou de prévisibilité à l'échelle saisonnière. C'est pourquoi, tout au long de cette thèse, la technique de la relaxation de la stratosphère vers les réanalyses issues du CEPMMT a été exploitée afin de montrer, de manière idéalisée, sa forte influence sur la variabilité climatique hivernale aux extra-tropiques de l'hémisphère nord, par rapport au seul forçage par les températures de surface de la mer observées. L'étude des hivers 1976-1977 et 2009-2010 via la réalisation de simulations d'ensemble avec et sans nudging a permis de confirmer la contribution de la stratosphère à la phase négative de la NAO et aux fortes anomalies négatives de température observées sur l'Europe du nord. La généralisation des ensembles à la période 1958-2007 (avec initialisation au 1er Novembre) confirme l'impact positif du nudging extra-tropical mais montre un effet très limité du nudging équatorial qu'il conviendrait d'évaluer de manière plus précise en augmentant la taille des ensembles. Ainsi, si elle confirme l'importance de la stratosphère pour la prévision saisonnière hivernale à nos latitudes, cette thèse ouvre de nombreuses perspectives concernant les mécanismes qui sous tendent le couplage troposphère-stratosphère et l'intérêt d'une prévision statistico-dynamique consistant à relaxer le modèle ARPEGE-Climat vers une stratosphère prévue de manière statistique.

8 pages; International audience; Cette synthèse rappelle quelques résultats à l'issue de l'expérience internationaleAMMA (2003-2010) en matière de variabilité de la mousson africaine (des échelles intra-saisonnières à pluri-décennales) et de prospective climatique. Ceux-ci ont confirmé le poids des températures de surface marine et des téléconnexions pour les fluctuations interannuelles et décennales tout en réévaluant l'importance de la variabilité interne de l'atmosphère. Ils ont aussi précisé les modes dominants de variabilité intrasaisonnière et les interactions avec les états de surface. Plusieurs hypothèses impliquant les effets mémoire liés à l'eau du sol et à la végétation, particulièrement au printemps et en automne boréal, ont par ailleurs été formulées. En termes de prospective, l'analyse des sorties de modèles suggère plutôt des excédents de précipitations sur le Sahel central et oriental et un déficit relatif plus à l'ouest vers 2050. La phase 2 d'AMMA (2010-2020) s'attachera davantage aux aspects qui ont un fort impact sociétal en collaboration directe avec les services météorologiques : prévisibilité, scores de prévision, indicateurs opérationnels, évaluation de la part du forçage anthropique dans l'évolution actuelle et future.

International audience; In Togo, the public health campaigns do not give much importance to climate. This work has highlighted the close relationship between climate variables and malaria. Indeed, the study showed that the combination of climate and entomological data contributes significantly to a better understanding of heat and rainfall conditions associated with malaria. Thus, only a better understanding of the interactions between climate and health will develop strategies, policies and effective measures to cope and adapt to the many consequences of climate variability.; Au Togo, les campagnes de santé publique ne donnent pas beaucoup d'importance au climat. Le présent travail met en évidence l'étroite relation entre les variables du climat et le paludisme. En effet, l'étude a montré que l'association des données climatiques et entomologiques contribue de manière significative à une meilleure compréhension des conditions pluviométriques et thermiques associées au paludisme. Ainsi, seule une meilleure compréhension des interactions entre le climat et la santé permettra d'élaborer des stratégies, des politiques et des mesures efficaces pour faire face et s'adapter aux nombreuses conséquences de la variabilité climatique.

International audience; Cet article fait le point sur certaines connaissances acquises dans le cadre du programme AMMA (phase 1) au sujet des impacts de la variabilité climatique sur la santé en Afrique de l'Ouest. Les auteurs ont travaillé d'une part sur les maladies sévissant majoritairement en saison des pluies, à vecteur tel que le paludisme à Plasmodium falciparum, ou non comme le choléra, et d'autre part sur les maladies respiratoires et non vectorielles, telles que les méningites bactériennes à méningocoques à Neisseira Meningitidis, qui sévissent en plein coeur de la saison sèche. Le paludisme est connu pour sa relation à l'eau et à la température, indispensable pour le développement de son vecteur et son parasite. Le choléra, bien que lié à l'eau, peut aussi être observé en saison sèche : le lien entre choléra et environnement mérite donc un état des lieux éclairé par les nouveaux paramètres et outils disponibles aujourd'hui du côté du climat. L'intensité de la saison de la méningite est très liée aux conditions de vent et d'humidité prédominants en octobre-novembre de l'année précédente. Son démarrage est en phase avec le maximum de l'hiver et l'arrivée des grands événements de poussières dans les basses couches atmosphériques. Enfin, son arrêt est très lié à l'arrivée de la mousson. Ces résultats marquent une étape importante dans la mise en place de systèmes d'alerte précoce.

In this article the authors assess the potential impacts of projected climate change on water, livelihoods and food security in the Basin Focal Projet basins. The authors consider expected change within the context of recently observed climate variability in the basins to better understand the potential impact of expected change and the options available for adaptation. They use multi-global circulation model climate projections for the AR4 SRES A2a scenario, downscaled and extracted for each basin. They find significant differences in the impacts (both positive and negative impacts) of climate change, between and within basins, but also find large-scale uncertainty between climate models in the impact that is projected.

Reading eighteenth and nineteenth centuries books bring very interesting informations on climatic hazards and their morphological consequencies during colonisation times. It leads to compare them to nowadays dispositions. Thus, short time climatic fluctuations with negative impacts on human activities can be identified, due to climatic variations belonging to climatic characteristics but not to climatic change. Analysis on deforestation consequencies reveal how these observations were acute and enclose strikely modern sustainable preoccupations., La lecture d'ouvrages de la fin du XVIIIe et du XIXe siècles apporte des informations sur les aléas climatiques aux Antilles et leurs incidences morphologiques durant la colonisation. Elle permet ainsi d'effectuer des comparaisons avec les dispositions actuelles et d'identifier, dans les manifestations perturbantes pour les activités humaines, des formes d'expression des fluctuations des pas de temps courts, qui ressortissent de la variabilité intrinsèque du climat et non de ses mutations. Des remarques sur les incidences de la déforestation sont aussi instructives sur les facultés d'analyses de ces observateurs dont la pertinence et le souci de « durabilité » sont étonnement d'actualité.

According to the International Panel on Climate Change (IPCC), detection is the statistical demonstration that an observed change cannot be explained by natural internal variability alone. This PhD Thesis deals with regional climate changes detection and in particular with the statistical methods well suited to it. Several statistical hypothesis testing procedures are introduced and studied. The first method considered involves looking for a climate change signal in the observations, assuming that its spatial distribution is known. In this case, a new adaptation of the optimal fingerprint method is proposed. It is based on the use of a well-conditioned covariance matrix estimate of the internal climate variability. The second approach proposes to look for a signal with a prescribed temporal pattern. This investigated pattern can be evaluated from climate model runs by using smoothing splines. A third strategy involves the study of an undefined climate change signal but one which satisfies a space-time separability assumption. Its time component also need to be regular. A functional statistical framework can be used in this case to construct a test of significance for the first smooth principal component, based on the penalised likelihood ratio. Applying these different methods to observed datasets covering France and the Mediterranean basin has led to new sets of results regarding the current climate changes over these regions. Significant changes are found in the mean annual and seasonal temperatures as well as in the annual precipitation over France. These changes are not spatially uniform, and modify the spatial distribution of the variable considered. Finally, comparing the various methods proposed allows to discuss the ability of numerical climate models to properly represent the spatial and temporal features of climate changes.; Selon le Groupe Intergouvernemental d'experts sur l'Evolution du Climat (GIEC), la détection est la démonstration statistique de ce qu'un changement observé ne peut pas être expliqué par la seule variabilité interne naturelle du climat. Cette thèse s'intéresse à la détection des changements climatiques à l'échelle régionale, et en particulier aux méthodes statistiques adaptées à ce type de problématique. Plusieurs procédures de tests statistiques sont ainsi présentées et étudiées. La première méthode développée consiste à rechercher, dans les observations, la présence d'un signal de changements climatiques dont la distribution spatiale est connue. Dans ce cas, une nouvelle adaptation de la méthode des empreintes digitales optimales a été proposée, basée sur l'utilisation d'un estimateur bien conditionné de la matrice de covariance de la variabilité interne du climat. Une seconde approche propose de rechercher un signal ayant une forme d'évolution temporelle particulière. La forme recherchée peut alors être évaluée à partir de scénarios climatiques en utilisant des fonctions de lissage "splines". Une troisième stratégie consiste à étudier la présence d'un changement non spécifié à l'avance, mais qui vérifie une propriété de séparabilité espace-temps, et qui présente une certaine régularité en temps. On utilise dans ce cas un formalisme de statistique fonctionnelle, pour construire un test de significativité de la première composante principale lisse, basé sur le rapport des vraisemblances pénalisées. L'application de ces différentes méthodes sur des données observées sur la France et le bassin Méditerranéen a permis de mettre en évidence de nouveaux résultats concernant les changements climatiques en cours sur ces deux domaines. Des changements significatifs sont notamment mis en évidence sur les températures annuelles et saisonnières, ainsi que sur les précipitations annuelles, dans le cas de la France. Ces changements ne sont pas uniformes en espace et modifient la distribution régionale de la variable étudiée. La comparaison des différentes méthodes de détection proposées a également permis de discuter de la capacité des modèles de climat à simuler correctement les caractéristiques spatiales et temporelles des changements climatiques.

Le Maroc est un pays situé en région méditerranéenne. Son climat est essentiellement semi-aride. Sa situation géographique et sa grande variabilité climatique intrinsèque font de ce pays une zone très vulnérable au changement climatique global. Une modification des pluies va probablement entrainer une modification de la disponibilité des ressources en eau. Les impacts pour la population devraient donc être importants. Les ressources en eau font aussi l’objet d’une pression anthropique qui ne cesse de croître : changement d’occupation des sols, construction de barrages, prélèvements d’eau souterraine… Les objectifs de cette étude sont tout d’abord, d’étudier les régimes hydroclimatiques du Maroc, puis essayer d’évaluer la part anthropique et climatique influençant les écoulements superficiels. La régionalisation climatique nous a permis de constituer des unités climatiques sur plusieurs échelles d’espace emboitées grâce à la méthode des vecteurs régionaux. Les précipitations au Maroc sont corrélées avec la NAO surtout dans les régions atlantiques. Nous observons une baisse des pluies sur la majeure partie du royaume à partir de 1976/80 (tests de ruptures), excepté en Méditerranée Nord, où les pluies montrent une tendance haussière depuis les années 80. En ce qui concerne les écoulements, une approche par bassin versant a été réalisée. Les dates de ruptures sont identiques à celle des pluies, avec cependant, des années plus tardives pour les coefficients d’écoulement. Ces dates de rupture ont été comparées aux dates de construction de grands barrages sans trouver de lien. Nous pouvons en déduire que la diminution des débits et des coefficients d’écoulement à partir de 1980 sur de nombreux bassins versants, est due à la diminution des précipitations, sur la période d’étude allant jusqu’en 1990 environ. (Résumé d’auteur)

The oceans explain an important part of the variability of monsoon rainfall overWest Africa. What are the physical processes of those ocean–atmosphere interactions? How are they simulated by climate models? Both issues are addressed, by considering the interannual and decadal time-scales separately, and comparing the simulations performed for the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) to the 20th Century observation record. At the interannual time-scale, sea surface temperature anomalies in the equatorial Pacific, the Gulf of Guinea, and the Mediterranean, are statistically linked to the West African monsoon rainfall. The stationnarity of those links is assessed over the 20th Century. The physical processes are then studied in the atmospheric reanalyses and in the IPCC coupled simulations. To understand the behaviour of the Centre national de recherches météorologiques (CNRM) model, various sensitivity experiments are carried out, with a reanalyzed wind-stress prescribed to the ocean model, over the tropical Pacific or over the global ocean. An atmospheric simulation with prescribed sea surface temperatures is also used, to discuss the role of the ocean–atmosphere coupling. Given the seasonality of the West African monsoon, attention has to be paid to the phaselocking of the oceanic variability. In the coupled models, the biases of the El Niño–Southern Oscillation (ENSO) and of the Atlantic Niño lead indeed to ocean–monsoon interactions that are different from those observed. A better understanding and simulation of the oceanic variability and its influences could in fine enhance the seasonal forecasting skills over West Africa; Les océans expliquent une part importante de la variabilité des pluies de mousson en Afrique de l’ouest. Quels sont les mécanismes physiques de ces interactions océan– atmosphère ? Comment sont-elles reproduites par les modèles de climat ? Ces deux questions sont ici abordées, en séparant d’emblée les échelles de temps interannuelles et décennales, et en confrontant les simulations réalisées pour le 4e rapport du Groupe intergouvernemental d’experts sur l’évolution du climat (GIEC) aux données observées du xxe siècle. À l’échelle interannuelle, les anomalies de température à la surface du Pacifique équatorial, du golfe de Guinée, et de la Méditerranée sont statistiquement liées aux anomalies des pluies d’Afrique de l’ouest. La question de la stationnarité de ces liens au cours du xxe siècle est brièvement abordée. Les mécanismes physiques sont ensuite appréhendés dans les réanalyses atmosphériques et dans les simulations couplées du GIEC. Pour comprendre le comportement du modèle du Centre national de recherches météorologiques (CNRM), différentes expériences de sensibilité sont réalisées en prescrivant à l’océan une tension de vent réanalysée, sur le Pacifique tropical ou sur tout globe. Une simulation atmosphérique avec des températures de surface prescrites est aussi utilisée pour discuter du rôle du couplage océan–atmosphère. Étant donné le caractère saisonnier de la mousson africaine, le phasage temporel de la variabilité océanique doit être considéré avec attention. Dans les modèles couplés, les biais de l’El Niño–Southern Oscillation (ENSO) et de l’Atlantic Niño conduisent en effet à des interactions océan–mousson différentes de celles observées. À terme, une meilleure compréhension et simulation de la variabilité océanique et de ses influences pourrait permettre d’améliorer les scores de prévision saisonnière sur l’Afrique de l’ouest

In 1925, a French astronomer J. Mascart achieved the gigantic work of studying more than three thousand publications in order to sum up the available knowledge about the climate variability. He published his analysis and conclusions in a book. We base on this work to tackle anew some epistemological problems. In particular we weigh up the relevance of the popperian doctrine in the case of climate change. As eventually seen, the strict framework of falsifiability does not practically operate and the most rational position seemed to stake on improving measurements and scientific networking. We qualify this position as "narrowly scientific". The case of climate change is, in fact, representative of any question of knowledge whose assessments and controls are postponed to the future, which is the case of every theory attempting to say more than available measurements.This leads us to reconsider the narrowly scientific position, a wait and see policy which does not take into account the interests involved in contradictory representations. We discuss a more engaged attitude for research centres that is better placed to anticipate possible dangerous uses.; Nous étudions la pertinence de la doctrine popperienne dans le cas du changement climatique telle que cette connaissance était appréhendée en 1925 en nous fondant sur une analyse approfondie et quasi-exhaustive de J. Mascart des travaux et théories disponibles à cette époque. On s'aperçoit que le cadre strict de la réfutabilité n'est pas opérant et qu'à cette époque la position qui se voulait la plus rationnelle, apparentée à des points de vue qui seront, après guerre, ceux de Lakatos, Quine et Feyerabend, est finalement attentiste. Nous la qualifions de scientifique au sens étroit. Le cas du changement climatique est, en fait, générique de toute question de connaissance dont les sanctions et contrôles sont repoussés à plus tard, ce qui est le cas de toute théorie qui prétend dire plus que les mesures disponibles. Ceci nous conduit à reconsidérer la position scientifique étroite qui ne tient pas compte des intérêts en jeu dans les représentations contradictoires. Nous discutons de la part des laboratoires une attitude plus engagée et plus anticipative d'usages possibles éventuellement dangereux.

In 1925, a French astronomer J. Mascart achieved the gigantic work of studying more than three thousand publications in order to sum up the available knowledge about the climate variability. He published his analysis and conclusions in a book. We base on this work to tackle anew some epistemological problems. In particular we weigh up the relevance of the popperian doctrine in the case of climate change. As eventually seen, the strict framework of falsifiability does not practically operate and the most rational position seemed to stake on improving measurements and scientific networking. We qualify this position as "narrowly scientific". The case of climate change is, in fact, representative of any question of knowledge whose assessments and controls are postponed to the future, which is the case of every theory attempting to say more than available measurements.This leads us to reconsider the narrowly scientific position, a wait and see policy which does not take into account the interests involved in contradictory representations. We discuss a more engaged attitude for research centres that is better placed to anticipate possible dangerous uses.; Nous étudions la pertinence de la doctrine popperienne dans le cas du changement climatique telle que cette connaissance était appréhendée en 1925 en nous fondant sur une analyse approfondie et quasi-exhaustive de J. Mascart des travaux et théories disponibles à cette époque. On s'aperçoit que le cadre strict de la réfutabilité n'est pas opérant et qu'à cette époque la position qui se voulait la plus rationnelle, apparentée à des points de vue qui seront, après guerre, ceux de Lakatos, Quine et Feyerabend, est finalement attentiste. Nous la qualifions de scientifique au sens étroit. Le cas du changement climatique est, en fait, générique de toute question de connaissance dont les sanctions et contrôles sont repoussés à plus tard, ce qui est le cas de toute théorie qui prétend dire plus que les mesures disponibles. Ceci nous conduit à reconsidérer la position scientifique étroite qui ne tient pas compte des intérêts en jeu dans les représentations contradictoires. Nous discutons de la part des laboratoires une attitude plus engagée et plus anticipative d'usages possibles éventuellement dangereux.

Patterns of interannual variability of the ocean- atmosphere coupled system in the Southern Hemisphere ex- tratropics are studied with a simple dynamical model, in or- der to determine the basic physical processes of interaction independently of tropical forcing. The model used is an at- mospheric quasi-geostrophic model coupled to a "slab" oceanic mixed layer, which includes mean geostrophic advection by the Antarctic Circumpolar Current (ACC). The ocean-atmosphere coupling occurs through surface heat fluxes and Ekman cur- rent heat advection. In a fully coupled simulation, the atmos- pheric part of the model, which includes high frequency tran- sient eddies at midlatitudes, exhibits a strong Southern Annu- lar Mode (SAM) as the first mode of variability at interannual time-scales. The SAM-related wind anomalies induce Ekman currents in the mixed layer which produce sea surface tempe- rature anomalies. These are then advected along by the ACC. A forced mechanism where the ocean role is reduced to advect the SST appears sufficient to reproduce the main features of the variability. Nevertheless, a positive feedback of the ocean was also found. It operates through anomalous Ekman currents heat advection and contributes to the maintenance of the SST anomaly. The stationary atmospheric response to an idealised SST ano- maly (SSTa) is next studied in the same simple model of the Southern Hemisphere. Sensitivity of the stationary atmosphe- ric response to the SSTa location is determined. Differentiating the barotropic from the baroclinic responses, it was found that for extratropical SSTa, the baroclinic atmospheric response is independent of the SSTa longitude whereas the barotropic res- ponse can take two different patterns. The SSTa induces a warm air anomaly through the thermal wind balance, which gives a baroclinic response that creates a trough 45 degrees eastward. This response is simply due to the advection of the SSTa induced anomalous vortex stretching by quasi-stationary westerlies. Baroclinic transients eddies were found to have a dissipative role. The barotropic response consists of midlatitudes ridge and South Pole trough for SSTa localised from the western Atlan- tic to the Indian center ocean; and of South Pole ridge for SSTa localised from the Australo-Antarctic basin to the cen- ter of the Pacific ocean.The barotropic responses have a similar eddy component. The difference in the response pattern is se- lected by the zonally symmetric component, which is similar to opposite phases of the Southern Annular Mode (SAM). These SAM-like responses are driven by the anomalous advection of relative vorticity which in turn depends on the position of the SSTa relatively to the geopotential quasi-stationary wave mean field of the model., Les modes de variabilités interannuelles du système couplé océan-atmosphère aux moyennes latitudes de l’hémi- sphère sud sont étudiés avec un modèle de compléxité intermé- diaire. L’objectif est de déterminer les mécanismes d’interac- tions océan-atmosphère indépendamment du forçage tropicale. Le modèle est un modèle atmosphérique quasi-géostrophique à 3 niveaux, couplé à une couche de mélange océanique de profondeur constante incluant l’advection géostrophique par le courant circumpolaire Antarctique (ACC). Le couplage océan- atmosphère se fait par les flux de chaleur de surface et les trans- ports d’Ekman forcés par la tension de vent de surface. Dans une simulation totalement couplée, l’atmosphère, qui inclue la dynamique des transitoires baroclines, exhibe un mode annu- laire (SAM) comme premier mode de variabilité interannuelle. Les anomalies de vent induites par le SAM créent des courants méridiens d’Ekman dans la couche de mélange qui induisent à leur tour des anomalies de température océanique de surface qui sont ensuite avectées par l’ACC. Un mécanisme purement forcé où le rôle de l’océan est réduit à l’advection des ano- malies de SST est suffisant pour reproduire les caractéristiques principales de la variabilité. Néanmoins, une rétroaction posi- tive de l’océan est mise en évidence par l’analyse de la réponse stationnaire atmosphérique à une anomalie de SST (SSTa). Celle-ci est déterminée pour un ensemble d’expériences où une SSTa idéalisée est localisée en 14 longitudes différentes, uni- formément réparties le long d’un cercle de moyenne latitude. En projetant les réponses obtenues sur les modes verticaux at- mosphériques, il est mis en évidence la partition de la réponse en une composante barocline identique quelque soit la posi- tion de la SSTa et une composante barotrope se projetant sur le mode dominant de variabilité atmosphérique du modèle. La SSTa induit une anomalie d’air chaud dans la couche basse atmosphérique qui engendre une réponse barocline 45o à l’est. Cette réponse est due à l’advection du vortex stretching induit par la SSTa, par les vents d’ouest quasi-stationnaires. La réponse barotrope consiste en une haute pression aux moyennes latitudes et une basse pression sur le pôle quand les SSTa sont localisées de l’océan Atlantique ouest au centre de l’océan Indien ; et d’une haute pression sur le pôle quand elle est localisée du bassin Autralo-Antarctique au centre de l’océan Pacifique. Les réponses barotropes ont une composante tour- billonnaire identique. La différence entre les réponses est déter- minée par la composante zonalement symétrique qui se projette sur le SAM. La réponse barotrope est formée par le terme d’ad- vection de vorticité relative basse fréquence qui est lui-même déterminé par l’impact sur le pôle des interactions de l’anoma- lie de vorticité relative aux moyennes latitudes avec les ondes stationnaires du modèle.

International audience; Le déficit de pluie des 30 dernières années au Sahel est le plus souvent analysé de manière globale, ce qui ne permet pas d'en étudier l'impact sur le cycle hydrologique. L'étude conjointe de données fournies par le Centre Régional AGRHYMET et d'un jeu de données haute résolution collectées dans le cadre de l'observatoire AMMA-CATCH Niger permet d'analyser ici quels sont les facteurs les plus marquants qui différencient années humides et années sèches au Sahel. Cette analyse explore la variabilité des pluies à différentes échelles temporelles pour des années sèches et humides: à l'échelle annuelle, à travers la sensibilité de l'indice pluviométrique à la taille du domaine considéré; à l'échelle de l'événement, par la variation de deux paramètres définissant le régime pluviométrique (à savoir la hauteur moyenne de pluie par événement et le nombre moyen d'événements par jour); et au pas de temps inférieur, en étudiant les distributions des intensités de pluie.

National audience

Mean conditions, seasonal, and ENSO-related (El Nino Southern Oscillation) variability in the vicinity of Wallis, Futuna, and Samoa islands (13°–15° S, 180°–170° W) over the 1973–1995 period are analysed for wind pseudo-stress, satellite-derived and in situ precipitation, sea surface temperature (SST) and salinity (SSS), sea level, and 0–450 m temperature and geostrophic current. The mean local conditions reflect the presence of the large scale features such as the western Pacific warm pool, the South Pacific Convergence Zone (SPCZ), and the South Pacific anticyclonic gyre. The seasonal changes are closely related to the meridional migrations of the SPCZ, which passes twice a year over the region of study. During the warm phase of ENSO (El Nino), we generally observe saltier-than-average SSS (of the order of 0.4), consistent with a rainfall deficit (0.4 m yr −1 ), a hint of colder-than-average surface temperature is also identified in subsurface (0.3°C), a weak tendency for westward geostrophic current anomalies (2 cm s −1 at the surface), a sea level decrease (5–10 cm), together with easterly (5 m 2 s −2 ) and well marked southerly (10 m 2 s −2 ) wind pseudo-stress anomalies. Anomalies of similar magnitude, but of opposite sign, are detected during the cold phase of ENSO (La Nina). While these ENSO-related changes apply prior to the 1990s, they were not observed during the 1991–1994 period, which appears atypical.