Influence de la convection sur la composition isotopique de l'eau dans les Tropiques:

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Marie-Françoise Bourget
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1 Influence de la convection sur la composition isotopique de l'eau dans les Tropiques: étude à partir d'un modèle 1D équipé des isotopes stage de M2 au Laboratoire de Météorologie Dynamique du 1 mars au 30 juin 2006 sous la direction de Sandrine Bony (LMD) co encadrée par Francoise Vimeux (IRD/LSCE)

2 Quelques définitions les isotopes stables les différentes formes de la molécule d'eau fractionnement isotopique H216 O H218 O HD16 O mesure des concentrations isotopiques 16 H2 O H218O H216O 18 H2 O H218 O R = 16 H2 O 18 ± O= µ Rechantillon Rstandard

3 Intérêt de l'étude des isotopes stables dans l'eau d'un point de vue paléoclimatique utilisation classique des isotopes en paléoclimatologie aux hautes latitudes: le temperature effect difficulté de l'utilisation dans les Tropiques

4 Complexité de la relation climat isotopes dans les Tropiques Relation précipitation/ 18 ± O ±18 O pour 10 stations maritimes tropicales: anticorrélation (r2=0.5) quantité de précipitation (mm/jour) Anticorrélation quantité de précipitation/ ± 18 O Grande variabilité du± 18 O autres facteurs? amount effect

5 Objectifs du stage et méthode utilisée compréhension processus contrôlant composition isotopique de l'eau Restriction aux processus liés à la convection, sur océan Méthode utilisée: Modélisation avec un modèle 1D d'équilibre radiatif convectif utilisant le schéma de convection de Kerry Emanuel, équipé des isotopes évaluation du potentiel de contrainte des paramètres convectifs ou isotopiques validation du modèle

6 Principe du modèle 1D d'équilibre radiatif convectif modèle 1D= 1 maille de GCM les 4 composantes du modèle 1D simulation d'un équilibre thermodynamique déterminé par des conditions aux limites les conditions aux limites les hypothèses faites

7 Anatomie d'un système convectif

8 Modélisation d'un système convectif par le schéma de convection de Kerry Emanuel les différentes composantes justification du choix du schéma de convection de Kerry Emanuel

9 Modélisation des processus isotopiques dans le modèle 1D isotopes traités comme l'eau sauf lors des changements de phases les fractionnements quelques ordres de grandeur

10 Les paramètres peu contraints dans le schéma de convection et dans la représentation des isotopes

11 Sensibilité aux paramètres de convection du schéma de Kerry Emanuel et à des paramètres isotopiques mal connus et peu contraints Résultats forte sensibilité de la composition isotopique de la précipitation au sol aux paramètres de convection et isotopiques concernant la descente insaturée forte sensibilité de la composition de l'eau près de la tropopause aux paramètres concernant la condensation en glace. Perspectives Trouver des tests observationnels permettant de mieux contraindre ces paramètres mal contraints.

12 Sensibilité aux conditions aux limites 1) sensibilité à la vitesse verticale grande échelle Précipitation (mm/jour) vitesse verticale grande echelle (hpa/jour) ±D Précipitation (mm/jour) amount effect

Sensibilité de la composition isotopique de la précipitation au sol aux conditions aux limites: Méthode utilisée décomposition des variations de la composition des précipitations en

13 Sensibilité de la composition isotopique de la précipitation au sol aux conditions aux limites: Méthode utilisée décomposition des variations de la composition des précipitations en contributions de différentes composantes du système convectif approfondissement des processus influençant: l'enrichissement dans la descente insaturée la composition de la vapeur sous le nuage

14 Processus contribuant à l'amount effect importance de la vapeur sous le nuage et de la descente insaturée pour le ±D

15 Sensibilités aux conditions aux limites 2) Sensibilité à la SST et au vent de surface l'augmenation de la SST et du vent de surface augmentent à la fois la précipitation et le ±D des précipitations

16 Sensibilité à la température de surface et au vent de surface de base importance de la source de vapeur sous le nuage

17 Bilan sur la sensibilité aux conditions aux limites Interprétation de l' amount effect : importance des descentes insaturées importance de la vapeur sous le nuage limite du modèle 1D? Perspectives à court terme: mieux comprendre processus contrôlant la composition de la vapeur sous le nuage Perspectives à long terme: variabilité à plus courte échelle de temps?

18 Premier essai de validation du modèle à partir de la simulation de cycles saisonniers sur quelques stations maritimes tropicales de l'iaea Principe

19 Comparaison de la sensibilité du deltad à la précipitation entre modèle et données ±D précipitation Conclusion: des biais systématiques: précipitation trop riche en période sèche variabilité du forcage traitement des descentes insaturées précipitation trop pauvre en saison humide traitement de la colonne adiabatique transport de vapeur grande échelle

20 Conclusion Etude de l'influence de la convection sur la composition isotopique des précipitations avec un modèle 1D représentant de manière détaillée les processus convectifs Interprétation des processus physiques à l'origine de l'amount effect sensibilité au détail des processus convectifs Forte influence des descentes insaturées et de la composition isotopique de la vapeur sous le nuage

21 Perspectives Compréhension des processus à l'échelle du cycle de vie des systèmes convectifs prélèvement à haute fréquence à Niamey en aout pendant 3 semaines lors de la campagne AMMA Etude du transport d'eau de la troposphère à la stratosphère compendre l'influence de la convection sur la composition isotopique de l'eau au niveau de la tropopause tropicale Calibration de la relation climat composition isotopique des précipitations dans les Tropiques à l'échelle saisonnière, interannuelle et décénale simulations avec LMDZ équipé des isotopes interprétation des carottes andines?

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