Javascript must be enabled to continue!
The extreme atmospheric boundary layer over the Antarctic Plateau and its representation in climate models
View through CrossRef
La couche limite extrême du Plateau Antarctique et sa représentation dans les modèles de climat
L’observation des couches limites atmosphériques au dessus du plateau antarctique a mis en évidence les plus fortes inversions de température proches de la surface de la planète. Bien paramétriser ces couches limites extrêmes dans un modèle de circulation générale est essentiel pour represéntercorrectement l’inversion climatologique de température au dessus du plateau, mais également pour reproduire des vents catabatiques réalistes en aval du plateau et de surcroit, une circulation atmosphérique correcte dans l’hémisphère sud. Les conclusions des précédentes "Gewex AtmosphericBoundary Layer Studies" (GABLS) ont conduit au constat que la paramétrisation des couches limites stables dans les modèles climatiques est une des priorités pour la communauté des modélisateurs.Ceci est dû au fait que la nature même des processus physiques en jeu est mal connue mais aussi parce que les lois de similitudes, sur lesquelles les paramétrisations du mélange turbulent sont fondées, ne sont pas applicables en condition très stable. L’objectif de ces travaux de thèse est d’évaluer et d’améliorer la représentation des couches limites sur le plateau antarctique dans le modèle français de circulation générale Laboratoire de MétéorologieDynamique-Zoom (LMDZ), composante atmosphérique du modèle de climat IPSL. Avant l’évaluation même du modèle, une étude approfondie de la couche limite de surface et de la structure de la couche limite stable a été conduite à partir de l’analyse de mesures in situ au Dôme C. Il en a résulté une caractérisation de la hauteur de rugosité aérodynamique, une estimation des flux turbulents de surface sur une année entière ainsi que la mise en évidence de sursaturations de la vapeur d’eau par rapport à la glace. L’analyse des mesures de température et de vent le long d’une tour de 45 m a aussi montré que la couche limite se comporte tel un système dynamique à deux régimes distincts. La relation entrevitesse du vent et inversion de température décrit un "S renversé", suggérant une transition de régime suivant un hystérésis. Une étude complémentaire a révélé que ce comportement dynamique à deux régimes est une caractéristique générale et robuste des couches limites stables, qui peuvent transiter,selon l’intensité des forçages, d’un régime ’turbulent’ peu stable à un régime ’radiatif’ très stable et vice et versa.Le modèle LMDZ a ensuite été évalué en configuration 1D sur un cycle diurne d’été dans le cadre de la quatrième expérience GABLS. Des tests de sensibilité aux paramètres de surface et à la paramétrisation du mélange turbulent ont été réalisés. Ils ont conduit à de nettes améliorations des performancesdu modèle ainsi qu’à la mise en place d’une configuration adaptée aux conditions antarctiques. Des simulations complémentaires en 3D ont par la suite soulevé l’importance du transfert radiatif infrarouge et de la paramétrisation des flux turbulents de surface pour la modélisation de la couchelimite sur le plateau pendant la nuit polaire. Enfin, les travaux de thèse ont été étendus à la modélisation des couches limites stables continentales. Les paramétrisations locales de turbulence ont en effet tendance à sous-estimer le mélange sous-maille continental, en raison de la multitude des processusde mélange en jeu. Un réflexion a donc été portée sur la façon de palier ce manque de mélange, avec comme idée directrice de transférer la perte d’énergie cinétique grande échelle perdue lors du freinage de l’écoulement par les ondes de gravité, vers de l’énergie cinétique turbulente.
Title: The extreme atmospheric boundary layer over the Antarctic Plateau and its representation in climate models
Description:
La couche limite extrême du Plateau Antarctique et sa représentation dans les modèles de climat
L’observation des couches limites atmosphériques au dessus du plateau antarctique a mis en évidence les plus fortes inversions de température proches de la surface de la planète.
Bien paramétriser ces couches limites extrêmes dans un modèle de circulation générale est essentiel pour represéntercorrectement l’inversion climatologique de température au dessus du plateau, mais également pour reproduire des vents catabatiques réalistes en aval du plateau et de surcroit, une circulation atmosphérique correcte dans l’hémisphère sud.
Les conclusions des précédentes "Gewex AtmosphericBoundary Layer Studies" (GABLS) ont conduit au constat que la paramétrisation des couches limites stables dans les modèles climatiques est une des priorités pour la communauté des modélisateurs.
Ceci est dû au fait que la nature même des processus physiques en jeu est mal connue mais aussi parce que les lois de similitudes, sur lesquelles les paramétrisations du mélange turbulent sont fondées, ne sont pas applicables en condition très stable.
L’objectif de ces travaux de thèse est d’évaluer et d’améliorer la représentation des couches limites sur le plateau antarctique dans le modèle français de circulation générale Laboratoire de MétéorologieDynamique-Zoom (LMDZ), composante atmosphérique du modèle de climat IPSL.
Avant l’évaluation même du modèle, une étude approfondie de la couche limite de surface et de la structure de la couche limite stable a été conduite à partir de l’analyse de mesures in situ au Dôme C.
Il en a résulté une caractérisation de la hauteur de rugosité aérodynamique, une estimation des flux turbulents de surface sur une année entière ainsi que la mise en évidence de sursaturations de la vapeur d’eau par rapport à la glace.
L’analyse des mesures de température et de vent le long d’une tour de 45 m a aussi montré que la couche limite se comporte tel un système dynamique à deux régimes distincts.
La relation entrevitesse du vent et inversion de température décrit un "S renversé", suggérant une transition de régime suivant un hystérésis.
Une étude complémentaire a révélé que ce comportement dynamique à deux régimes est une caractéristique générale et robuste des couches limites stables, qui peuvent transiter,selon l’intensité des forçages, d’un régime ’turbulent’ peu stable à un régime ’radiatif’ très stable et vice et versa.
Le modèle LMDZ a ensuite été évalué en configuration 1D sur un cycle diurne d’été dans le cadre de la quatrième expérience GABLS.
Des tests de sensibilité aux paramètres de surface et à la paramétrisation du mélange turbulent ont été réalisés.
Ils ont conduit à de nettes améliorations des performancesdu modèle ainsi qu’à la mise en place d’une configuration adaptée aux conditions antarctiques.
Des simulations complémentaires en 3D ont par la suite soulevé l’importance du transfert radiatif infrarouge et de la paramétrisation des flux turbulents de surface pour la modélisation de la couchelimite sur le plateau pendant la nuit polaire.
Enfin, les travaux de thèse ont été étendus à la modélisation des couches limites stables continentales.
Les paramétrisations locales de turbulence ont en effet tendance à sous-estimer le mélange sous-maille continental, en raison de la multitude des processusde mélange en jeu.
Un réflexion a donc été portée sur la façon de palier ce manque de mélange, avec comme idée directrice de transférer la perte d’énergie cinétique grande échelle perdue lors du freinage de l’écoulement par les ondes de gravité, vers de l’énergie cinétique turbulente.
Related Results
“The Earth Is Dying, Bro”
“The Earth Is Dying, Bro”
Climate Change and Children
Australian children are uniquely situated in a vast landscape that varies drastically across locations. Spanning multiple climatic zones—from cool tempe...
Transitional periods of the atmospheric boundary layer
Transitional periods of the atmospheric boundary layer
The atmospheric boundary layer is the part of the troposphere influenced by the presence of the surface, and where most weather phenomena occur. During the day, with fair weather c...
Proximal Tibial Epiphysiodesis in a Growing Dog
Proximal Tibial Epiphysiodesis in a Growing Dog
Background: It is believed that the inclined tibial plateau angle to be a major cause of cranial cruciate ligament (CCL) rupture, and the treatment of this disease is the tibial p...
Ethics of climate change : a normative account
Ethics of climate change : a normative account
Consider, for instance, you and your family have lived around a place where you enjoyed the flora and fauna of the land as well as the natural environment. Fishing and farming were...
EVALUATING THE IMPACT OF SURFACE TRANSVERSE CURVATURE ON BOUNDARY LAYER FLOWS: AN EXTENDED THWAITES INTEGRAL APPROACH
EVALUATING THE IMPACT OF SURFACE TRANSVERSE CURVATURE ON BOUNDARY LAYER FLOWS: AN EXTENDED THWAITES INTEGRAL APPROACH
The existing Thwaites integral method does not account for the surface transverse curvature (TVC) effects on laminar boundary layer flows over axisymmetric bodies of revolution. Mo...
Climate and Culture
Climate and Culture
Climate is, presently, a heatedly discussed topic. Concerns about the environmental, economic, political and social consequences of climate change are of central interest in academ...
Tropical Pacific relationships with Southern Hemisphere atmospheric circulation and Antarctic climate
Tropical Pacific relationships with Southern Hemisphere atmospheric circulation and Antarctic climate
<p>Significant trends in high-latitude Southern Hemisphere atmospheric circulation and surface climate have been observed over recent decades, which are likely linked to tele...
On Problems of Establishing State Sovereignty over Antarctic Territories: China’s International Legal Position
On Problems of Establishing State Sovereignty over Antarctic Territories: China’s International Legal Position
INTRODUCTION. The Antarctic region is unique in terms of organizing effective management by a large number of states at the same time. For this purpose, the Antarctic Treaty was co...

