ECOLE NATIONALE DE LA METEOROLOGIE

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Ecole Nationale de la
Météorologie
Direction des Etudes
42 avenue Gaspard Coriolis
BP 45712
ECOLE NATIONALE DE LA METEOROLOGIE
STAGE D'APPROFONDISSEMENT
INGENIEURS DE L'ECOLE NATIONALE DE LA METEOROLOGIE
FICHE DE PROPOSITION DE SUJET
IENM
Thème du sujet : météorologie synoptique des moyennes latitudes et variabilités climatiques.
Détection objective des systèmes dépressionnaires et étude statistique.
Titre du sujet proposé : Variabilité multi-décennale des dépressions de moyennes latitudes dans
l’Atlantique Nord : détection objective et étude statistique.
Organisme ou service proposant le sujet :
(nom et adresse précise du laboratoire ou du service où se déroulera le stage et où pourront être
adressés les courriers du responsable principal et de l'élève).
CNRM-GAME, av. Coriolis 31057 Toulouse
Responsable(s) scientifique(s) du stage :
Responsable principal (le responsable principal est l'interlocuteur direct de l'Ecole. C'est à lui, en
particulier, que seront adressés les courriers ultérieurs) :
NOM : CHAUVIN
téléphone : 05 61 07 96 67
Mél : [email protected]
Prénom : Fabrice
télécopie : 05 61 07 96 10
Autres responsables :
NOM(S) : RIVIERE
Gwendal
téléphone : 05 61 07 97 81
NOM(S) : DOUVILLE
téléphone : 05 61 07 96 25
Prénom(s) :
télécopie :
Prénom(s) : Hervé
télécopie : 05 61 07 96 10
Ecole Nationale de la Météorologie
Téléphone : 05.61.07.80.80 - Télécopie : 05.61.07.96.30 - http://www.enm.meteo.fr
Météo-France, Etablissement Public sous la tutelle du ministère chargé des Transports
L'ENM et Météo-France sont certifiés ISO 9001 par Bureau Veritas Certification
Le stage peut-il être effectué en "binôme" ?
oui
non (rayer la mention inutile)
L’étude présente-t-elle un caractère de confidentialité ?
non (rayer la mention inutile)
oui (à préciser)
(La notion de confidentialité pourra être révisée en cours de stage).
(en cas de classement confidentiel, le responsable de cycle en fixera les limites avec
l’encadrement : possibilité de soutenance orale publique, restriction de la diffusion et de la
consultation du compte-rendu, durée de la confidentialité).
Possibilités éventuelles de logement sur le lieu du stage :
Résidence de Météo France
Les rubriques suivantes doivent être obligatoirement explicitées sur feuille séparée en tenant
compte des recommandations indiquées pour chacune d'elle.
Variabilité multi-décennale des dépressions de moyennes latitudes dans l’Atlantique Nord :
détection objective et étude statistique.
La complexité du système climatique nécessite des moyens de calcul considérables ainsi que le recours
à une approche statistique des phénomènes étudiés. La majeure partie des études réalisées sur ce
thème ont porté sur le comportement de l’atmosphère à toutes les échelles de temps allant du mois au
siècle. Avec le développement des moyens de calcul et de stockage de données, des études synoptiques
en mode climat ont pu commencer à voir le jour. La détection objective des systèmes dépressionnaires
des moyennes latitudes participe à cet aspect de la recherche sur le climat. Elle permet de conjuguer
l’étude des phénomènes synoptiques à une approche statistique.
1) Objectifs scientifiques, techniques poursuivis (une demi-page minimum)
Les dépressions de moyennes latitudes sont des phénomènes transitoires qui détermine nt souvent les
conditions météorologiques dans la plupart des régions de moyennes latitudes. Contrairement aux grands
modes de variabilité climatique tels que l’ENSO 1, la NAO2 ou l’AO 3, leur durée de vie est courte et
nécessite le recours à des techniques statistiques spécifiques. Une des approches les plus simples
consiste à considérer la variance des variables atmosphériques dans la fenêtre des périodes comprises
entre 2 et 6 jours. Par des approches statistiques plus sophistiquées, il est possible d’isoler de grands
modes de variabilité qui interagissent avec ces perturbations d'échelle synoptique et d’en étudier les
caractéristiques. L’approche en régimes de temps (Vautard, 1990) est une manière de traiter ce type de
variabilité mais introduit une forme arbitraire dans les choix effectués et ne représente qu'un diagnostic
indirect de cette variabilité synoptique. Une autre manière d’aborder ces systèmes consiste à utiliser des
techniques de détection objective des ces perturbations dans les ré-analyses ou les simulations
climatiques (Bengtsson et al., 2006). L’équipe RECYF du CNRM a mis au point depuis plus de 10 ans une
telle technique (Ayrault, 1998; Ayrault and Joly, 2000). Celle-ci a été reprise par l’équipe VDR (ex-UDC) et
adaptée à l’étude des cyclones tropicaux (Chauvin et al., 2006) dans les scénarios climatiques.
Fortes de ces diverses expériences, les deux équipes se proposent donc d’aborder ces phénomènes sous
l’angle combiné de la détection et d’une analyse statistique à l’échelle climatique.
Plusieurs questions se posent lorsqu’on aborde cette thématique, celle de l’influence du réchauffement
anthropique n’étant que l’objectif final de ces études. En effet, avant d’aborder la question de l’évolution
future des dépressions synoptiques dans divers scénarios d’augmentation des émissions de gaz à effet
de serre (GHG), il est important de comprendre leur climatologie passée et présente. Les ré-analyses les
plus élaborées qui sont actuellement disponibles ne peuvent guère remonter avant les années 1950, avec
des ruptures d’homogénéité induites par les évolutions du système d’observation mondial, notamment
l’apparition, dans les années 1960-70 des observations par satellite. Récemment, la NOAA 4 a mis au
point une ré-analyse de tout le 20e siècle, dans laquelle n’ont été assimilées que les données de pression
de surface au pas de temps de 6h ainsi que les SST 5 et la couverture de glace au pas de temps mensuel.
L’objectif poursuivi par cette ré-analyse est de constituer une base d’observation dégradée mais la plus
homogène possible au cours du temps. Ainsi, des études de détection-attribution du changement
climatique pourront être envisagées sur des périodes plus longues que ce qui est actuellement disponible.
2) Méthodologie envisagée (une demi-page minimum)
Au cours de ce stage, le stagiaire devra assimiler les techniques de détection objective et les appliquer à
divers jeux de données dont nous disposons au CNRM. L’application de ces outils à diverses variables
atmosphériques permettra une étude critique de ces techniques et déterminera le déroulement du stage
en lui-même. En effet, pour des raisons pratiques, plusieurs études ont porté sur la détection des minima
de pression de surface, mais la question peut se poser de la justesse de ce choix. En comparant les
populations de systèmes détectés à l’aide des maxima de tourbillon à 850 hPa, de pression de surface ou
du laplacien de la pression de surface, on recherchera une validation de ces études pionnières ainsi que
1
2
3
4
5
El Nino-Southern Oscillation
North Atlantic Oscillation
Arctic Oscillation
National Oceanic and Atmospheric Administration
Sea Surface Temperature
la possibilité d’appliquer les méthodes de détections sur des jeux de données de pression de surface, les
plus répandus dans la communauté car cette variable a été la mieux observée au cours du temps.
Cette étude se focalisera sur l’Atlantique Nord pour limiter la masse des données à traiter et parce que
celui-ci détermine directement le climat sur l’Europe.
Une fois la détection des perturbations effectuée, on disposera d’un ensemble de situations
météorologiques dont le seul point commun est l’existence d’une perturbation synoptique sur l’Atlantique
Nord. Le recours à des méthodes statistiques sophistiqué es sera donc nécessaire à l’étude de ces
situations synoptiques et de l’environnement atmosphérique dans lequel elles évoluent. A titre d’exemple,
il sera nécessaire de dissocier les perturbations d’hiver de celles d’été si leurs caractéristiques s’avèrent
très différentes. Par ailleurs ces distinctions pourront être raffinées temporellement et spatialement. Des
bilans d'énergie (de type Lorenz) pourront également être effectués à partir des différentes bases de
données des dépressions.
Enfin, toutes ce études auront pour but de s’intéresser au comportement des perturbations synoptiques
dans les simulations climatiques réalisées au CNRM dans le cadre de l’exercice CMIP5 du GIEC. Un
ensemble de simulations climatiques a été réalisé à cet effet, dans lesquelles les conditions de forçage
naturel ou anthropique ont été imposées au modèle. Ainsi, on dispose de simulations dites préindustrielles, dont les concentrations de GHG sont fixées à 1850, de simulations du 20 e siècle forcés par
les concentrations observées au cours de celui-ci et de simulations du 21 e siècle pour lesquelles sont
imposées des concentrations de GHG émanant de divers scénarios d’évolution socio-économiques de nos
sociétés.
3) Plan de travail détaillé mois par mois, pour les cinq mois de stage
Mois 1
Mois 2
Mois 3
Mois 4
Mois 5
Bi Bibliographie et prise en main des outils
Réalisation des premières analyses sur les incertitudes liées au choix des
variables et raffinement des méthodes
Calcul systématique des trajectoires sur tous les jeux de données disponibles
Synthèse des résultats
Rédaction et présentation orale
4) Etat d'avancement actuel des travaux sur le sujet, éventuellement lien avec les autres activités
de recherche au sein du laboratoire
Actuellement, au sein du CNRM, aucune étude climatique à proprement parler n’a été réalisée sur ce
sujet, mais une longue expérience de détection objective de phénomène a été accumulée aussi bien par
l’équipe RECYF, pour les moyennes latitudes, que VDR, pour les cyclones tropicaux.
5) Autres remarques jugées utiles
Le stagiaire devrait avoir à sa disposition les données nécessaires à son étude et ne devra pas avoir à
prendre en main les simulations climatiques elles-même. Par contre, les outils de détection et d’analyse
statistique devront être assimilées au cours du stage.
6) Documents joints à la présente proposition et/ou références bibliographiques sur le sujet
Bengtsson L., K. I. Hodges and E. Roeckner, 2006: Strom tracks and climate change. J. Climate, volume
19, 3518-3543.
Ayrault F., 1998: Environnement, structure et évolution des dépressions météorologiques: réalité
climatologique et modèles types. Ph.D. thesis. Université Paul Sabatier Toulouse, France, pp 328.
Ayrault F. and A. Joly, 2000 : Une nouvelle typologie des dépresssions météorologiques: classification des
phases de maturation. Compte-Rendus à l’Académie des Sciences, Sciences de la Terre et des planètes,
330:167–172.
Chauvin F., J.-F. Royer and M. Déqué , 2006: Response of hurricane-type vortices to global warming as
simulated by ARPEGE-Climat at high resolution. Climate Dynamics 27(4) , 377-399.
Vautard R., 1990: Multiple weather regimes over the North-Atlantic: analysis of precursors and
successors. Mon. Wea. Rev., 118, 2056-2081.
7) Ce sujet pourrait-il être prolongé par une thèse ?
Il n’est pas envisagé de donner suite à ce sujet par une prolongation en thèse.

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