Mécanismes physiques associés au chauffage convectif amazonien durant l’été austral

Description du système climatique d’ Amérique du Sud en été et sa variabilité interannuelle

La région du bassin de La Plata (ou SESA, « Southeastern South America » en anglais) est situé dans les subtropiques de l’Amérique du Sud. Cependant, la variabilité des pluies en été austral (Décembre-Janvier-Février ; DJF) dans cette région est liée dans son ensemble à la variabilité des pluies des régions tropicales, ainsi qu’à la météorologie des moyennes latitudes. La compréhension du climat dans cette région passe alors par une description complète du climat d’été en Amérique du Sud, et sa particularité par rapport à l’hiver. Dans ce chapitre, nous introduisons les principales structures climatologiques d’Amérique du Sud en été, et leur principal mode de variabilité climatique à échelle interannuelle. Nous verrons également qu’à travers certains mécanismes de téléconnection, des modifications de la circulation globale peuvent affecter le climat d’Amérique du Sud et entraîner des modifications régionales conséquentes. Nous nous intéressons en particulier aux variables liées aux précipitations et à la circulation atmosphérique, à partir de bases de données observées, de réanalyses et de résultats d’expériences numériques de sensibilité disponibles dans la littérature.

Description des structures climatologiques d’Amérique du Sud en été austral

La carte moyenne des précipitations en été austral . Les principales structures climatologiques des basses couches en Amérique du Sud qui vont être décrites dans cette section . On distingue dans l’océan Atlantique tropical la zone de convergence intertropicale (ITCZ ; « Intertropical convergence zone » en anglais) formant une bande de pluie tropicale centrée entre 0 et 5°N, aussi présente dans le Pacifique tropical. En Atlantique, l’ITCZ est la zone de confluence des vents d’est, les alizés, guidés dans l’hémisphère nord par l’anticyclone des Açores, et dans l’hémisphère sud par celui de Sainte Hélène, aussi appelé anticyclone de l’Atlantique Sud. Les alizés chargés d’humidité s’orientent ensuite vers le sud-ouest et pénètrent sur le continent sud-américain, plus chaud, créant une forte activité de convection. Le maximum des précipitations est situé dans le Nord-Ouest du Brésil et est lié à une bande de convection orientée Nord-Ouest Sud-Est, s’étendant du Sud du bassin amazonien vers le Sud-Est du Brésil et l’océan Atlantique l’environnant. Cette bande de convection est appelée zone de convergence de l’Atlantique Sud (SACZ ; « South Atlantic convergence zone » en anglais ; e.g., Kodama, 1992) et correspond à l’une des structures caractéristiques de la phase adulte du système de mousson sud américaine (SAMS ; « South American monsoon system » en anglais). Les revues dédiées de Vera et al. (2006c) puis Marengo et al. (2010) fournissent une description complète des connaissances actuelles de la SAMS, ses principales caractéristiques et ses mécanismes à diverses échelles de temps. La SAMS fait partie du cycle de mousson des Amériques, la zone de convection migrant ensuite vers le nord pour former en été de l’hémisphère nord le système de mousson nord-américaine.

En Amérique du Sud il n’existe pas d’inversement saisonnier des vents comme c’est habituellement le cas dans un système de mousson classique. Pourtant, un important contraste saisonnier de pluie et d’humidité défini l’été comme la saison des pluies, pendant laquelle se met en place un régime de mousson (Zhou and Lau, 1998). L’hiver est au contraire une saison sèche pour la plupart des régions tropicales, les pluies les plus intenses étant associées à l’ITCZ et à la mousson nord américaine dans le nord du continent (Fig. 2.1c). Dans les régions subtropicales, les pluies d’hiver austral sont concentrées dans le SESA, et sont majoritairement associées à l’activité transitoire des hautes latitudes (Vera et al., 2002). Durant le printemps (Fig. 2.1d) et l’automne (Fig. 2.1b), les régimes de pluie des régions tropicales et subtropicales sont intermédiaires entre l’hiver et l’été, ces saisons étant caractérisées par la phase de mise en place et de retrait de la mousson, respectivement. Ces saisons intermédiaires ne sont plus décrites par la suite.

La répartition des pluies pendant la saison de mousson en Amérique du Sud est en grande partie contrôlée par le flux d’humidité moyen. Afin de représenter le transport d’humidité dans l’ensemble de la troposphère, on intègre verticalement le flux d’humidité entre la surface et le niveau de pression de 300hPa, au-delà duquel le contenu de vapeur d’eau est négligeable.

Il est à signaler néanmoins que les zones de maximum de convergence du flux d’humidité des réanalyses NCEP (Fig. 2.3), donc de maximum de précipitations, ne semblent pas correspondre aux données observées de CMAP (Fig. 2.1). Comme expliqué dans le Chapitre 1 (Section 1.3.2), les précipitations des réanalyses sont déterminées uniquement à partir d’un modèle de prédiction, ce qui les rend moins réalistes que d’autres variables plus influencées par les observations (Kalnay et al., 1996). On observe alors, par exemple, que le maximum de convergence du flux d’humidité situé dans le Nord-Est du Brésil n’existe pas dans les observations (Fig. 2.1a), et que la SACZ est également assez mal représentée. Cependant, les réanalyses semblent représenter de manière réaliste le transport d’humidité associé aux alizés, à l’anticyclone de l’Atlantique Sud et au LLJ.

La répartition de l’eau précipitable en été et en hiver austral . On distingue alors que l’été (Fig. 2.4a) est caractérisé par un maximum d’eau précipitable dans les régions de convection profonde (bassin amazonien, SACZ), alors que l’hiver (Fig. 2.4b) présente des valeurs assez faibles sur tout le continent, sauf dans l’extrême Nord, région de maximum de pluies associées à la mousson nordaméricaine (Fig. 2.1c). On distingue également que la région du LLJ est caractérisée par une région de minimum d’eau précipitable, en été comme en hiver. De plus, les réanalyses montrent un maximum d’humidité dans les régions Andines. Ces régions étant caractérisées par une grande variabilité spatiale des précipitations (e.g., Espinoza Villar et al., 2009), les réanalyses reproduisent difficilement cette variabilité, en partie à cause d’une résolution trop grossière. C’est pourquoi, dans le but de ne pas introduire de biais orographiques, la région des plus hauts sommets des Andes a alors été masquée.

L’humidité moyenne peut également être représentée à un niveau donné. Les basses couches étant celles qui contiennent le plus d’humidité, on compare alors la répartition de l’humidité moyenne à 925hPa en été et en hiver (Fig. 2.4c et d). A nouveau, un fort contraste d’humidité entre les deux saisons est observé. Cependant, en été (Fig. 2.4c), on remarque à ce niveau un maximum d’humidité dans la région du Sud-Est du Brésil, où convergent le flux venant d’Atlantique apporté par l’anticyclone, et la partie Sud du LLJ. Cette zone est également caractéristique d’un maximum orographique, correspondant aux sommets du plateau brésilien.

Table des matières

1 Introduction
1.1 Démarche générale
1.2 Contexte socio-économique
1.3 Outils, données et méthodologie
1.3.1 Les modèles de circulation générale
1.3.2 Réanalyses et données d’observations
1.3.3 Méthodologie : approche de régionalisation par des études de processus
1.4 Objectifs de la thèse
1.5 Organisation de la thèse
2 Description du système climatique d’Amérique du Sud en été et sa variabilité interannuelle
2.1 Introduction
2.2 Description des structures climatologiques d’Amérique du Sud en été austral
2.3 Mécanismes physiques associés au chauffage convectif amazonien durant l’été austral
2.3.1 Influence des ondes équatoriales et de l’orographie andine
2.3.2 Conservation de la vorticité et anticyclones subtropicaux
2.4 Mode principal de la variabilité interannuelle des précipitations d’été dans le SESA
2.4.1 Description du dipôle de précipitations SESA/SACZ
2.4.2 Influence de l’Atlantique Sud
2.4.3 Influence du Pacifique : l’ENSO
2.5 Synthèse
3 Variabilité des précipitations estivales dans le Sud-Est d’Amérique du Sud au cours d’un scénario de réchauffement climatique
3.1 Introduction
3.2 Projections of austral summer rainfall mean in Southeastern South America
3.2.1 Rainfall projections in the models
3.2.2 Physical processes evolution associated with projected mean precipitation
3.3 Summer Precipitation Variability over Southeastern South America in a Global Warming Scenario
3.3.1 Introduction
3.3.2 Data and methodology
3.3.3 Multi-model ensemble and rainfall in SESA
3.3.4 Dynamics associated with rainfall dipole changes
3.3.5 Summary and conclusion
3.4 Supplementary material
3.4.1 Supplementary EOF analysis
3.4.2 Supplementary SST related analysis
3.5 Bilan
4 Impact des changements projetés de SST sur les précipitations d’été du Sud-Est d’Amérique du Sud dans un scénario de réchauffement climatique
4.1 Préface
4.2 Introduction
4.3 Model and experiment
4.3.1 Model
4.3.2 Design of experiments
4.4 Model validation
4.4.1 Large scale
4.4.2 Regional scale
4.4.3 Assessment of the TWN method in South America
4.5 The effect of SST change
4.5.1 Rainfall response
4.5.2 Circulation response
4.5.3 Linearity of the response
4.6 Summary and conclusion
4.7 Supplementary material
4.8 Bilan
5 Influence de l’orographie du plateau brésilien sur les précipitations d’été en Amérique du Sud, dans le système two-way nesting du LMDZ4
5.1 Préface
5.2 Introduction
5.3 Model and experiments
5.4 Influence of the brazilian plateau orography over the South American climate
5.4.1 Regional climate changes
5.4.2 Global atmospheric circulation changes
5.4.3 Changes of internal intrinsic mode
5.5 Summary and conclusion
5.6 Bilan
6 Conclusion générale 

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