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LSCE: Offre de thèse avec financement: Les cyclones et les tempêtes tropicales dans le sud-ouest de l'Océan Indien : apport des isotopes stables de l'eau à la compréhension des processus en jeu et à la validation des modèles numériques  

Sujet:

Dans le cadre du changement climatique actuel, une augmentation vraisemblablement inéluctable du risque cyclonique dans tout le Sud-Ouest de l'Océan Indien (SOOI) est annoncée à l’horizon de quelques décennies d'après les travaux du GIEC. Les observations dans cette région sur les cinq premières saisons cycloniques de la décennie en cours (2011-2020) montrent une augmentation nette du nombre de cyclones qualifiés de très intenses, en regard de la décennie précédente. Une des questions majeures dans le bassin du SOOI est de prévoir avec la meilleure fiabilité possible l'intensité des cyclones. Pour cela, il est nécessaire de bien comprendre les processus à l'origine des modifications d'intensité lors de la vie d'un cyclone et d'avoir des outils de modélisation fiables pour la prévision, et donc une physique dans les modèles validée pour ces situations cycloniques.

Les mesures sur le terrain de la composition isotopique de la vapeur d'eau (oxygène 18 et deutérium) sont utilisées depuis plusieurs années dans les régions tropicales et subtropicales pour avancer sur la compréhension des processus atmosphériques. Ces observations isotopiques sont aussi utilisées pour repérer des erreurs dans les simulations climatiques, non décelés par des méthodes classiques de comparaison entre les modèles et données météorologiques.

Le sujet de thèse propose d’explorer comment les isotopes stables de l'eau peuvent aider à mieux appréhender les mécanismes et les processus physiques qui prennent place lors de la formation et de la vie des cyclones et des tempêtes tropicales pour progresser sur notre connaissance des ces événements extrêmes, souvent dévastateurs.

Dans un premier temps, le travail consistera à consolider la paramétrisation des isotopes stables de l'eau dans le modèle Meso-NH, en introduisant notamment l’initialisation des isotopes stables de l’eau par des analyses grande échelle issues de LMDZ-iso. Meso-NH est le modèle atmosphérique communautaire français (http://mesonh.aero.obs-mip.fr/mesonh54). Il permet de réaliser des simulations idéalisés ou forcées par des analyses météorologiques, de l’échelle synoptique à l’échelle des petits tourbillons.

Depuis fin 2014, des mesures en continue de la composition isotopique de la vapeur d'eau sont réalisées sur le site de l'observatoire atmosphérique du Maïdo sur l'île de La Réunion. Une première étape de validation sera réalisée sur une séquence de cycles diurnes sur les flancs du Maïdo pour laquelle des observations isotopiques sont disponibles. Ces premières simulations numériques permettront d’évaluer la capacité du modèle à reproduire les observations isotopiques et, le cas échéant, à pointer les biais dans le modèle auxquels les isotopes de l'eau sont particulièrement sensibles (comme par exemple la microphysique nuageuse, ou le mélange d’eau vertical dans l’atmosphère).

En retour, une fois validées, les simulations numériques méso-échelles permettront sur des cas d'étude cycloniques précis de mieux interpréter les observations isotopiques. En effet, celles-ci montrent des signaux très particuliers pour chacun des passages de systèmes dépressionnaires tropicaux au large de la Réunion sur les cinq dernières années. Ainsi, une première simulation d’un cyclone tropical sera réalisée en mode idéalisé, afin de limiter le rôle de l’environnement, et d’analyser en détail les processus dynamiques et microphysiques responsables de la signature isotopique dans les basses couches. Enfin, une simulation d’un système dépressionnaire tropical dont la signature isotopique a été enregistrée à l’observatoire du Maïdo sera réalisée. La capacité du modèle à reproduire les observations disponibles sera évaluée. Au final, cette simulation tri-dimensionnelle à haute résolution permettra de comprendre l’évolution de la signature isotopique à l’observatoire du Maïdo en conditions cycloniques.

Ce travail de thèse se fera dans le cadre d'une collaboration entre l'Institut de Recherche pour le Développement (IRD), le Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement (LSCE, Gif-sur-Yvette) et le Laboratoire d’Aérologie (LA, Toulouse).

Un séjour au LA de plusieurs mois à 1 an, selon le déroulé et l'avancé des travaux, sera nécessaire pour la partie modélisation.

Le travail proposé permettra au(à la) candidat(e) d’acquérir une expertise sur la modélisation numérique à haute résolution. Le ou la candidate devra avoir des connaissances en dynamique atmosphérique, posséder de bonnes bases en algorithmie et codage.

 

Ecole doctorale de rattachement: ED 129, Université Paris Saclay

Directrice de thèse: Françoise Vimeux, IRD, HSM-LSCE

Co-directrice de thèse: Christelle Barthe, CNRS, LACy/LA

Financement (acquis): Contrat Formation par la Recherche (CFR) du CEA (Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives). Renseignements ici: http://www-instn.cea.fr/formations/formation-par-la-recherche/doctorat/liste-des-sujets-de-these.html

Contacts:

Françoise Vimeux, francoise.vimeux@lsce.ipsl.fr

Christelle Barthe, christelle.barthe@univ-reunion.fr

Candidatures attendues pour le 12 avril 2020 au plus tard

 

 

 

 

F. Vimeux, dépêche du 02/03/2020
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