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Cycle de vie des cirrus tropicaux : apport des observations STRATEOLE-2

Description

Les cirrus sont des nuages de glace présents dans la haute troposphère. Ils couvrent une grande partie du globe terrestre (40 % environ), sont difficiles à observer car ils sont optiquement fins, et jouent un rôle important et incertain dans le bilan radiatif de la planète. Dans la bande tropicale,   les cirrus sont de plus la manifestation de l’assèchement des masses d’air qui pénètrent, lentement, dans la stratosphère. Les températures très froides (~190 K) caractéristiques de la région de la tropopause tropicale (TTL) entrainent en effet la condensation de la majeure partie de la vapeur d’eau encore présente.

Si ce mécanisme est clairement établi, les détails de cet assèchement et de la formation associée de cirrus demeurent très mal compris. Fondamentalement, cette difficulté résulte de la très forte non-linéarité des changements de phase impliqués et de la multiplicité des échelles spatiales et temporelles présentes : du micron et de la seconde (pour les processus de formation de cristaux de glace) à l’échelle planétaire et à l’année. Aux échelles intermédiaires interviennent différents processus, de la turbulence locale aux ondes internes de gravité et aux ondes équatoriales de grande échelle, qui modulent et affectent l’ensemble de ces processus. Certaines caractéristiques de grande échelle semblent établies dans le climat actuel, comme le lien entre température de grande échelle et assèchement. Néanmoins, de nombreuses questions subsistent, notamment concernant les impacts des ondes de gravité sur l’efficacité de l’assèchement (Jensen et al., 2016).

 Les ondes de gravité induisent des fluctuations de température importantes et rapides, à des échelles temporelles plus courtes que celles  associées à l’ascendance lente des particules d’air vers la stratosphère. Localement, la formation des cirrus est très sensible à ces fluctuations, d’une manière complexe en raison de la nonlinéarité des changements de phase (Dinh et al., 2016). A l’échelle globale cependant, l’importance de ces fluctuations, le besoin (ou non) de les représenter dans les paramétrisations des nuages et la manière de le faire restent des questions ouvertes.

 Les ballons stratosphériques de longue durée déployés par le CNES fournissent des observations uniques et précieuses pour caractériser les ondes de gravité car ces ballons dérivent de manière quasi-lagrangienne dans l’atmosphère. Les campagnes passées (notamment Pré-Concordiasi) ont ainsi permis de quantifier les fluctuations de température subies par les particules d’air, et d’explorer leur influence sur les cirrus (Podglajen et al 2016, Jensen et al 2016). L’observation des cirrus est ainsi devenue l’un des objectifs majeurs du projet Stratéole 2, et a guidé les choix et l’élaboration de plusieurs des instruments. La première campagne débutera à l’automne 2019, avec les vols pendant 3 mois de 6 ballons qui échantillonneront la basse stratosphère sur  l’ensemble de la ceinture équatoriale. L’analyse des mesures qui seront effectuées constitue le coeur de la thèse proposée.

 Le premier objectif de la thèse sera d’analyser les observations recueillies durant la première campagne de Stratéole 2, d’identifier les caractéristiques des cirrus observés et d’estimer, en combinant les mesures des différents instruments, l’influence des conditions d’environnement (dynamique de grande échelle, ondes, convection sous-jacente) sur la formation et le cycle de vie des cirrus. Un deuxième objectif visera à replacer ces résultats dans un contexte plus global, l’enjeu étant notamment d’estimer la variabilité des cirrus et de leurs effets (déshydratation, effet radiatif). Des calculs de trajectoires de masses d’air incluant un modèle de microphysique serviront à tester notre compréhension des mécanismes menant à la formation de cirrus et déterminant l’efficacité de la déshydratation.

 Un des défis de la thèse consistera à développer et utiliser des modèles idéalisés de la circulation moyenne près de la tropopause tropicale afin d’étudier l’impact de ces différents processus (variations de température de grande échelle, ondes équatoriales, ondes de gravité) sur les propriétés moyennes des cirrus : couverture spatiale, assèchement des masses d’air, propriétés microphysiques. Ce travail se fera en lien avec l’équipe responsable de la représentation de ces nuages dans le modèle climatique de l’IPSL.

Profil

Le candidat devrait avoir des connaissances en sciences de l'atmosphère et du climat, ainsi que des compétences en programmation et en analyse de données.

Description de la structure
Laboratoire d'accueil : LMD, Ecole Polytechnique, Saclay
Directeur(rice) de thèse/recherche : PLOUGONVEN Riwal
E-mail du directeur(rice) de thèse/recherche : riwal.plougonven@lmd.polytechnique.fr
Responsable Cnes de l'offre : TABARY Pierre

Pour postuler à cette offre, nous vous invitons à vous rapprocher du directeur/rice de thèse et compléter avec son aide la partie cofinancement  du formulaire en ligne (Répondre à l’offre)  pour le 1er avril 2019.

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