Basnet, Sujan
(2026).
« Processes driving near-0°C conditions in cold regions » Thèse.
Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Doctorat en sciences de la Terre et de l'atmosphère.
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Résumé
Les températures de l’air proches de 0°C représentent un point d’inflexion critique dans les processus atmosphériques, influençant les transitions de phase des précipitations, les cycles gel–dégel ainsi qu’un large éventail de processus environnementaux et infrastructurels. Dans le contexte du réchauffement climatique, comprendre l’évolution spatiale et temporelle de ces phénomènes est essentiel pour améliorer la prévision des aléas, renforcer la résilience des infrastructures et élaborer des stratégies d’adaptation au climat. Cette thèse étudie le comportement des épisodes proches de 0°C, y compris les précipitations, sur l’est du Canada et des États-Unis, dans des scénarios climatiques actuel (CTRL) et de pseudo-réchauffement global (PGW), en utilisant des simulations climatiques régionales à haute résolution. La première partie de cette recherche porte sur la caractérisation des trajectoires de température proches de 0°C à partir de 11 années de simulations à 2,5 km de résolution. Quatre trajectoires distinctes ont été identifiées, les plus fréquentes étant la trajectoire 3 (refroidissement suivi d’un réchauffement) et la trajectoire 4 (réchauffement suivi d’un refroidissement). Ces trajectoires présentent des patrons spatiaux marqués, la trajectoire 3 dominant dans les régions méridionales et la trajectoire 4 dans le nord. Sous conditions PGW, la frontière entre ces régimes se déplace vers le nord. Le nombre d’heures proches de 0°C augmente dans le nord et diminue dans le sud, tandis que le calendrier des événements se décale plus tard en automne et plus tôt au printemps. La distribution des températures montre que des maxima peuvent se produire à des températures proches de 0°C, tant dans le climat actuel que dans un climat plus chaud. Ces maxima proches de 0°C se réorganisent sous réchauffement: dans l’est du Canada, les maxima secondaires deviennent primaires, tandis qu’ils diminuent dans l’est des États-Unis. La deuxième partie examine le rôle du dégagement de chaleur latente lors des épisodes de pluie verglaçante, en particulier son impact sur la température de surface et la phase des précipitations. Une étude de cas d’une importante tempête de pluie verglaçante en avril 2023 sur l’est du Canada a été simulée à l’aide du modèle GEM avec le schéma de microphysique P3 (Predicted Particle Properties) modifié. Les résultats montrent que le dégagement de chaleur latente issu du gel des gouttelettes surfondue accroît significativement les températures de l’air à 2 m, les poussant souvent au-dessus du seuil de congélation et entraînant ainsi de la pluie plutôt que de la pluie verglaçante. La médiane des cumuls de pluie verglaçante a diminué de 34,4 %, et le temps nécessaire pour atteindre 0°C à la surface diminué de 2,5 heures. Ces résultats soulignent l’importance des processus liés à la chaleur latente dans la modulation de la phase des précipitations et mettent en évidence la nécessité d’une représentation précise des rétroactions microphysiques dans les modèles climatiques. La troisième partie étudie l’évolution des épisodes de pluie verglaçante de longue durée (≥6 heures) sous les scénarios CTRL et PGW dans le sud-est des États-Unis, le sud du Québec et le Nouveau-Brunswick. Les simulations révèlent une diminution de la fréquence de ces événements sous PGW, accompagnée d’une transition accrue vers la pluie pendant et après les épisodes. Les températures de surface au début des événements sont plus élevées dans le climat PGW, le sud du Québec présentant l’augmentation la plus forte (+4,18°C). Dans cette région, des conditions de surface plus sèches favorisent un refroidissement par évaporation, contribuant au maintien de températures sous le point de congélation. Par ailleurs, l’épaisseur et la température maximale de la couche de fonte en altitude diminuent sous PGW, indiquant une couche de fonte plus froide malgré un réchauffement de surface. Le dégagement de chaleur latente demeure un facteur dominant limitant la durée des événements, supprimant la pluie verglaçante dans 84 % des cas dans le sud-est des États-Unis sous climat actuel et dans 90 % des cas au sud du Québec sous PGW. Dans l’ensemble, cette thèse propose une évaluation complète des conditions proches de 0°C et de l’évolution des types de précipitations hivernales dans un contexte de réchauffement climatique. Les résultats mettent en évidence l’interaction complexe entre transitions de température, rétroactions liées à la chaleur latente et dynamiques de phase des précipitations. Ils offrent des pistes essentielles pour le développement de modèles climatiques, la réduction des risques et la planification des infrastructures dans les régions vulnérables aux extrêmes météorologiques hivernaux. De plus, cette thèse contribue à l’avancement des connaissances sur les impacts des changements climatiques dans les régions froides et souligne l’importance de la modélisation à haute résolution pour saisir les processus localisés qui gouvernent la variabilité météorologique et climatique.
| Type: |
Thèse ou essai doctoral accepté
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| Informations complémentaires: |
Fichier numérique reçu en format PDF. |
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Directeur de thèse: |
Thériault, Julie Mireille |
| Mots-clés ou Sujets: |
Climatologie / Température atmosphérique / Pluie verglaçante / Réchauffement climatique / Changements climatiques / Événements climatiques extrêmes / Hiver / Modélisation climatique à haute résolution / Régions froides / Amérique du Nord (Est) |
| Unité d'appartenance: |
Faculté des sciences > Département des sciences de la Terre et de l'atmosphère |
| Déposé par: |
Service des bibliothèques
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| Date de dépôt: |
29 juin 2026 12:37 |
| Dernière modification: |
29 juin 2026 12:37 |
| Adresse URL : |
https://archipel.uqam.ca/secure/id/eprint/20155 |
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