Etude de l`impact du carbone suie et de la poussière dans la neige

Campagne 2014/2015 d'attribution des allocations ministérielles de thèse
Ecole Doctorale « Terre, Univers, Environnement » (ED 105)
Sujet de thèse proposé au thème « sciences de la Terre et de l’Univers » pour l'obtention
d'une allocation ministérielle
Etude de l'impact du carbone suie et de la poussière dans la neige sur la
cryosphère et le climat régional de l'Himalaya
Directeur de thèse :
Hans-Werner Jacobi ([email protected])
Habilitation : oui
Co-directeur de thèse :
Hubert Gallée ([email protected])
Habilitation : oui
Laboratoire d’accueil :
Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l’Environnement
(UMR5183 CNRS-UJF)
54, rue Molière – Domaine Universitaire – BP 96
38402 St Martin d’Hères Cedex
Equipe « Chimie de l’atmosphère, de la glace et de la neige»
1. Sujet
Le climat et la cryosphère de l'Himalaya sont devenus des objets croissant d'investigation de
part leur influence sur la ressource en eau, avec comme conséquence un impact crucial sur la
production alimentaire en Asie du Sud-Est. L'évolution du manteau neigeux constitue un
élément significatif de cette influence. Les impuretés absorbantes dans la neige comme le
carbone suie (BC – Black Carbon) et la poussière ont le potentiel de modifier l'albédo, le
métamorphisme de la neige, et la fonte des neiges au printemps. Des régions particulièrement
sensibles à ces modifications sont les régions de haute altitude de l'Himalaya et le plateau
tibétain. Plusieurs études à l'échelle internationale ont démontré le rôle du BC dans la neige
conduisant à l’augmentation du rayonnement absorbé avec un impact significatif sur les
températures locales. Cependant, dans cette région, les études de modélisations régionales
traitant de cette question manquent encore. Des études préliminaires du climat de l'Himalaya
ont été réalisées avec le modèle climatique régional MAR. Le modèle a été mis en place et
testé avec succès pour la région cible montrant une meilleure représentation de la circulation
locale par rapport aux modèles à échelle plus grossière. Cependant, les impuretés absorbantes
dans la neige n'ont pas été prises en compte dans ces simulations. L'objectif de cette thèse est
d'abord de mettre en œuvre un système de transfert radiatif existant pour la neige dans le
modèle MAR avant d'appliquer le modèle à la région cible et effectuer des simulations
climatiques pluriannuelles avec différents scénarios concernant les impuretés absorbantes
comme le BC et la poussière. Les résultats seront comparés aux données de télédétection et
aux résultats de modèles de manteau neigeux à l'échelle locale afin d'identifier le modèle
optimal qui sera mis en place dans les régions de haute altitude de l'Himalaya. En outre, les
résultats seront analysés pour quantifier l'impact des absorbeurs dans la neige sur l’évolution
du couvert nival, le forçage radiatif et la température locale.
Topic :
The climate and the cryosphere of the Himalayas have recently attracted growing scientific
interest because of their essential role for water resources in Southeast Asia and their
enormous impact on the production of food and electricity. The development of the snow
cover constitutes a crucial element in this environmental system. Absorbing impurities in the
snow like black carbon (BC) and dust have the potential to modify the albedo, snow
metamorphism, and the melting of snow in springtime. A region particularly sensitive to such
modifications are the high altitude regions of the Himalayas and the Tibetan Plateau. Several
global studies have demonstrated the role of BC in the snow in these regions leading to a
strong radiative forcing with a significant impact on local temperatures. However, regional
modeling studies addressing this issue in this region are still missing. Preliminary studies of
the climate of the Himalayas were performed with the regional climate model MAR. The
model was successfully set-up and tested for the target region showing a better representation
of the local circulation compared to coarse-scale models. However, absorbing impurities in
the snow were not considered in these simulations. The objective of this thesis is to
implement first an existing radiative transfer scheme for snow into the MAR model before
applying the model to the target region and performing multi-year climate simulations with
different scenarios regarding absorbing impurities like BC and dust in the snow. The results
will be compared to remote sensing data and to results of local-scale snowpack models to
identify the optimum model set-up for the high altitude regions of the Himalayas.
Furthermore, the results will be analyzed to quantify the impact of the absorbers in the snow
on the presence of snow on the ground, radiative forcing, and local temperature.
2. Profil du candidat :
Le travail de thèse, basé au LGGE, nécessite une forte expertise en programmation et
développement numérique et une aptitude à travailler avec différents systèmes d'exploitation.
Le candidat développera un nouveau code de calcul et utilisera des outils disponibles qui
permettent de visualiser et d'analyser des grandes quantités de données générées par le modèle
climatique régional MAR. Une solide expérience en géophysique, météorologie, ou en
sciences du climat et informatique lui permettra de développer des méthodes de travail
rationalisant les données obtenues et de construire une analyse critique de celles-ci.
3. Cadre :
Ce travail s’inscrit dans la continuité des projets soutenus par l’ANR. Les premiers résultats
ont été obtenus dans le cadre du projet PAPRIKA avec différents modèles, mais jusqu'à
présent aucun modèle climatique régional n'a été appliqué pour des périodes plus longues et
pour les problèmes d'absorption des impuretés dans la neige. La thèse peut également fournir
des données d'entrée pour les simulations hydrologiques au sein du projet PRESHINE.
L’impétrant pourra bénéficier de réseaux internationaux de collaboration mis en place par les
responsables de thèse dans les projets PAPRIKA et PRESHINE (LTHE, CEN-Météo France,
Université Montpellier, Centre d’études himalayennes Paris, Université Katmandu, ICIMOD
Népal).