Paquin, Jean-Philippe
(2014).
« On the large scale control mechanisms of arctic sea ice and permafrost using regional climate models » Thèse.
Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Doctorat en sciences de la Terre et de l'atmosphère.
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Résumé
La complexité des processus physiques et les nombreuses rétroactions entre les différentes composantes du système climatique présentent des défis particuliers à la simulation du climat arctique. Cette thèse propose d'approfondir certains aspects du climat de l'Arctique avec une attention particulière sur les interactions et les rétroactions entre les composantes majeures du système climatique de l'Arctique et comment celles-ci sont influencées par le changement climatique. En premier lieu, une analyse détaillée des mécanismes physiques responsables de la simulation d'évènements de perte rapide de la glace de mer, i.e. une diminution abrupte de la couverture de glace de mer en septembre, est effectuée pour trois projections climatiques effectuées par le Modèle Régional Atmosphère-Océan du Centre Rossby (RCAO). Deux processus importants, agissant à différentes échelles temporelles, sont identifiés comme responsables de la simulation de tels évènements, soit la diminution progressive de l'épaisseur de la glace de mer qui a pour effet de rendre la glace de mer plus vulnérable à la fonte et la présence d'anomalies dans le transport de chaleur atmosphérique et océanique au-dessus du secteur Atlantique de l'Océan Arctique. Notre analyse démontre que la propagation d'une anomalie importante dans la circulation atmosphérique de grande échelle à partir de la frontière latérale située dans l'Atlantique est responsable de la synchronisation des évènements autour de 2040 se produisant dans chacune des trois projections climatiques effectuées avec RCAO. Cette anomalie de circulation a pour origine les champs atmosphériques provenant d'une projection climatique unique d'un MCCG utilisée comme données de pilotage pour toutes les projections de RCAO. Au-dessus du Secteur Pacifique de l'Océan Arctique, une anomalie dans le transport de la glace de mer, poussant la glace de la côte de l'Alaska vers le centre de la mer de Beaufort provoque une rétroaction positive glace de mer-albédo (Sea ice-albedo feedback) favorisant une fonte plus prononcée de la glace durant la même période. Le second aspect traité dans cette thèse a pour objectif d'évaluer la sensibilité des régimes thermiques et hydrauliques du sol des continents bordant l'Arctique, donc par conséquent le pergélisol, à la formulation du modèle et de la neige ainsi que leurs impacts sur le climat de surface en Arctique. Plus précisément, nous évaluons la sensibilité des régimes thermiques et hydrauliques du sol à la configuration verticale et la profondeur totale de la colonne de sol, à l'ajout d'un paramétrage pour la représentation de la matière organique ainsi que différentes formulations de la relation entre la conductivité thermique et la densité de la neige à l'aide d'expériences en mode non-couplé du schéma de sol Canadian Land Surface Scheme (CLASS). Les résultats démontrent des améliorations successives de la simulation de la température du sol résultant de l'augmentation de la profondeur totale de la colonne de sol, de l'implémentation du paramétrage de la matière organique du sol ainsi que d'une diminution de la conductivité thermique de la neige. Les effets de ces améliorations apportées au schéma de sol sur le climat simulé, en particulier sur le bilan énergétique de surface, sont analysés plus en profondeur à l'aide d'expériences effectuées avec le Modèle Régional Canadien du Climat de cinquième génération (MRCC5). L'implémentation du paramétrage de la matière organique du sol a pour effet en augmentation marquée des flux de chaleurs sensible et latente dont les proportions respectives sont fonctions de la disponibilité de l'humidité du sol et du niveau de saturation. Quoique les différences obtenues dans les flux turbulents de surface soient statistiquement significatives, peu de changements sont notés dans le climat de surface au-dessus des régions couvertes par du pergélisol continu ou discontinu. Les résultats du MRCC5 montrent que la variabilité interannuelle de la couche active du sol (CAS; i.e. la profondeur de dégel maximale annuelle) est directement liée aux variations de la température de l'air en surface et montre une dépendance annuelle. La surestimation de la profondeur de la CAS est fort probablement causée par la présence de biais chauds observés dans la climatologie simulée du MRCC5 puisque les tendances simulées ne montrent pas de différences significatives avec celles des observations.
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MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Modèles régionaux de climat, Arctique, glace de mer, pergélisol
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