New Caledonian rainfall variability and sea surface temperature in the Tropical Pacific (1950-2010): impacts on fire activity (2000-2010)
Variabilité pluviométrique en Nouvelle-Calédonie et températures de surface océanique dans le Pacifique tropical (1950-2010): impacts sur les incendies (2000-2010)
Résumé
This PhD analyses (i) New Caledonian rainfall variability and its relationships with sea surface temperature (SST) in the tropical Pacific ocean and (ii) the impacts of atmospheric variability on fire activity. New Caledonia shelters a huge biodiversity and stands as one of the current 34 worldwide biodiversity hotspots. Our main goal is to build an empirical statistical scheme for predicting the September to December fires (highest annual frequency). We examined the relationships between fires detected by ATSR and MODIS sensors and local‐scale atmospheric conditions. While the signal in maximum temperature is weak and not robust among the fire records, the local‐scale anomalies of rainfall are always clearly negative for at least 3 months before the fires. These rainfall anomalies are related to warm El Niño Southern Oscillation (ENSO) events and specially to those exhibiting highest SST anomalies in the central Pacific during the austral spring. The warm central Pacific events strengthen the southern Hadley cell around New Caledonian longitudes, with positive rainfall anomalies in the equatorial Pacific leading to an anomalous release of latent heat in the upper troposphere and an increased subsidence in the SW Pacific. Atmospheric anomalies are strongest in September-November because of a combination of a rather strong zonal SST gradient with the warmest SST in the equatorial Pacific just west of the dateline. Moreover, we show that a slight eastward shift of maximum SST during central Pacific events is a crucial point in triggering deep convection near the dateline (west of Niño 3.4). This acts to strengthen deep convection in the central Pacific, thereby providing, a strong modification in the global teleconnections. Squared wavelet coherence between New Caledonia rainfall and Niño 4 SST index shows that their negative correlations are mostly carried by two distinct timescales : the classical ENSO variability and a quasi-decadal one, mainly during the September-November season. This is someway an "ideal" context from the seasonal prediction point of view since the predictor Niño 4 SST index is highly predictable, due to its temporal inertia from austral autumn, and exerts a strong impact on the burned area in New Caledonia. The correlation between the log of observed and simulated (based on Niño 4 index in June-August) total burned area across New Caledonia is 0.87.
Cette thèse analyse (i) la variabilité pluviométrique contemporaine en Nouvelle-Calédonie et ses téléconnexions avec les températures de surface océanique (TSO) du Pacifique tropical et (ii) l'impact des anomalies atmosphériques sur l'activité des incendies estimés par satellites. La Nouvelle-Calédonie figure aujourd'hui parmi les 34 " points chauds " de la biodiversité à l'échelle planétaire. A ce titre, l'un de nos objectifs est de construire un modèle permettant de prévoir l'intensité de la saison des feux entre septembre et décembre, qui correspond au maximum annuel. Le croisement de trois bases de données de feux détectés par satellites (MODIS, ATSR et LANDSAT) avec le réseau des stations météorologiques de Météo-France a montré qu'aucune anomalie thermique significative n'est détectée avant un feu, tandis que de forts déficits pluviométriques par rapport à la normale sont enregistrés jusqu'à trois mois avant le départ des feux. Ces déficits pluviométriques sont partiellement liés aux phases chaudes du phénomène El Niño Southern Oscillation (ENSO) et plus particulièrement à celles durant lesquelles les anomalies thermiques se situent à proximité de la ligne de changement de date équatoriale lors du printemps austral. Ces anomalies renforcent la circulation moyenne de Hadley (via le dégagement de chaleur latente dans la moyenne et haute troposphère) et la subsidence au niveau des latitudes néo-calédoniennes, tandis que les épisodes les plus intenses du siècle dernier (i.e. 1982-83 et 1997-98) dont les anomalies thermiques les plus importantes sont localisées dans le Pacifique oriental, sont associés à des conditions pluviométriques proches de la normale dans le Pacifique sud-ouest (SW). La téléconnexion entre les TSO du Pacifique central et les précipitations du Pacifique SW s'affaiblit à partir du mois de décembre au moment où l'ENSO atteint, paradoxalement, son intensité maximale. Cette modulation saisonnière est le produit d'une interaction entre (i) le cycle saisonnier des TSO brutes dans le Pacifique central, (ii) le cycle de vie des anomalies thermiques des épisodes chauds et (iii) l'intensité du gradient zonal des TSO le long de l'équateur. Par ailleurs, la convection profonde semble particulièrement sensible à la propagation vers l'est des anomalies de TSO faibles-à-modérées au niveau de la ligne de changement de date équatoriale (soit légèrement à l'ouest de la boîte Niño 3.4), modifiant significativement la position et l'intensité de la courroie de transmission des téléconnexions. Une analyse en ondelettes montre que les pluies néo-calédoniennes sont également sensibles à des modes de variations plus lents (> 8 ans) du Pacifique central entre septembre et novembre. La synchronisation entre la saisonnalité des feux et la prévisibilité saisonnière liée à l'ENSO permet d'estimer la surface brûlée totale en septembre-décembre à partir des états thermiques de l'océan Pacifique en juin-août, dont la polarité est clairement établie plusieurs mois à l'avance. La corrélation entre l'observation et la simulation du logarithme du total des surfaces brûlées en Nouvelle-Calédonie est de 0.87 sur la période 2000-2010 selon un modèle linéaire en validation croisée.