Role of the marine surface on the summer intraseasonal atmospheric circulation variability in the North Atlantic European region
Rôle de la surface marine sur la variabilité intrasaisonnière estivale de l'atmosphère dans la région Nord Atlantique Europe
Résumé
This PhD aims at assessing if the coupling of the atmosphere with the marine surface plays a role in the summer intraseasonal variability of the large-scale atmospheric circulation and if the marine surface can be a source of potential predictability for the atmosphere on these timescales. A second objective is to analyse the role of representing the ocean diurnal variations on the representation of the sea surface temperatures and the large-scale atmospheric circulation on longer timescales. To conduct this work, the CNRMOM1D 1-dimensional ocean model has been developped : the choice of parametrizations used in this model aims at optimizing the representation of physical processes dominating the evolution of Sea Surface Temperatures (SST) on diurnal to intraseasonal timescales. The results obtained from numerical simulations run with the ARPEGE-climat atmosphere model, forced or coupled with the CNRMOM1D ocean model, suggest that the SST anomalies induced by the large-scale atmospheric circulation produce a negative retroaction on the atmosphere on intraseasonal timescales : the coupling with the ocean surface in the North Atlantic European region reduces the persistence of the summer Atlantic Low, Blocking and NAO- weather regimes by about 1day which amounts to about 15% of their mean persistence. Using CNRMOM1D ocean forced simulations, we show that the correction in daily mean SST induced by the representation of the ocean diurnal variations can reach 0.3°C to 0.5°C. This anomaly can persist about 15 to 40 days in the mid-latitudes, more than 60 in the Tropics. Furthermore, using coupled simulations with the ARPEGE-climat atmosphere model, we show that the ocean diurnal variability can modify the summer mean state by a reduction of the SST meridional gradient, a reduction in sea ice extent, a anomaly in large-scale atmospheric circulation that projects onto a positive NAO phase and modifications of the cloud cover and the atmospheric humidity profiles. This work shows the potential improvements of the atmospheric and oceanic mean states and intraseasonal variability that would be brought by a hourly coupling and the use of high resolution ocean general circulation models in the ocean-atmosphere coupled simulations.
Ce travail de thèse vise à déterminer si le couplage de l'atmosphère avec la surface marine joue un rôle dans la variabilité intrasaisonnière estivale de la circulation atmosphérique de grande échelle et si la surface marine peut être une source de prévisibilité potentielle pour l'atmosphère à ces échelles de temps. Un second objectif consiste en l'analyse de l'impact de la représentation des processus physiques dans l'océan superficiel, et en particulier l'impact des variations diurnes océaniques, sur la représentation des températures de surface océanique et sur la circulation atmosphérique de grande échelle à des échelles de temps supérieures. Pour mener à bien ces travaux, le modèle océanique 1D CNRMOM1D a été développé : le choix des paramétrisations utilisées dans ce modèle vise à optimiser la représentation des processus physiques dominant l'évolution des températures de surface océanique aux échelles de temps diurnes à intrasaisonnières. Les résultats, obtenus à partir de simulations numériques effectuées avec le modèle d'atmosphère ARPEGE-climat forcé ou couplé avec le modèle CNRMOM1D, suggèrent que les anomalies de températures de surface océanique induites par la circulation atmosphérique de grande échelle exercent sur celle-ci une rétroaction négative aux échelles de temps intrasaisonnières : le couplage avec la surface océanique dans la région Nord-Atlantique Europe (NAE) diminue le nombre de jours de persistance des régimes de temps estivaux de Dépression Atlantique, de Blocage et de NAO- d'environ 1 jour ce qui représente 15% de leur persistance moyenne, cette diminution étant variable selon le régime de temps. A partir de simulations forcées du modèle CNRMOM1D, on montre que la correction en SST liée à la prise en compte des variations diurnes océaniques peut atteindre environ 0.3°C à 0.5°C en moyenne journalière. Cette anomalie peut persister 15 à 40 jours dans les moyennes latitudes, plus de 60 dans les Tropiques. De plus, à partir de simulations couplées avec le modèle ARPEGE-climat, on montre que la variabilité diurne océanique peut affecter l'état moyen estival par une diminution du gradient méridien de SST, une diminution de l'extension de la glace de mer, une anomalie de circulation atmosphérique de grande échelle qui se projette sur une phase positive de la NAO ainsi que des modifications de la couverture nuageuse et des profils d'humidité atmosphérique. Ce travail montre les améliorations potentielles, en termes d'états moyens océanique et atmosphérique et en termes de variabilité intrasaisonnière, que peuvent apporter un couplage à fréquence horaire et l'utilisation d'un modèle de circulation générale océanique à haute résolution verticale dans les simulations couplées océan-atmosphère.