Description

Une étude en laboratoire suggère que la collision des gouttelettes pourrait générer suffisamment d'énergie pour induire leur congélation (Niehaus et Cantrell, 2015), sans qu'il soit nécessaire de recourir à des aérosols. Cependant, ce processus, qui pourrait être amplifié par une atmosphère instable et des courants ascendants intenses, n'a jamais été observé ni quantifié dans l'atmosphère. Cette lacune soulève une question fondamentale : les observations satellitaires peuvent-elles détecter et quantifier le givrage des nuages induit uniquement par la dynamique atmosphérique, indépendamment des INP ?

Pour répondre à cette question, ce projet propose d'utiliser les données des instruments embarqués à bord du satellite EarthCARE. Ce satellite offre une opportunité unique grâce à son lidar et à son radar, capables de fournir des profils verticaux détaillés de la phase nuageuse et des propriétés microphysiques des hydrométéores. De plus, son radar Doppler permettra de mesurer directement les vitesses des courants ascendants, un paramètre qui a été mal contraint par les réanalyses atmosphériques, dont la résolution spatiale et temporelle fournit des informations sur la dynamique générale de l'atmosphère, mais qui est insuffisante pour saisir les processus à l'échelle des nuages.

L'analyse des données sera en partie basée sur l'algorithme Varpy Mix (Aubry et al., 2024), qui détermine les propriétés des phases liquide et glacée dans les pixels en phase mixte, y compris la taille des hydrométéores, à partir des mesures lidar et radar, et sera appliquée aux observations EarthCARE. Différents modèles météorologiques seront définis afin d'étudier l'évolution de la phase nuageuse et des propriétés microphysiques avec les courants ascendants, tout en contrôlant d'autres paramètres tels que l'humidité et la concentration d'aérosols, à l'aide des réanalyses disponibles.

La dimension temporelle de la glaciation sera abordée à l'aide des données du satellite MTG (Meteosat Third Generation) et de l'instrument FCI (Flexible Combined Imager) (Holmlund et al., 2021). Un algorithme de suivi des nuages (Coopman et al., 2020 ; Seelig et al., 2021) permettra d'identifier le moment précis où un nuage passe de la phase liquide à la phase glacée. Les nuages suivis seront ensuite localisés à l'aide des observations EarthCARE afin d'analyser leur profil vertical au moment de la transition. Cette approche permettra de quantifier l'impact des courants ascendants sur la glaciation et d'évaluer si ce mécanisme peut expliquer certaines des transitions observées, indépendamment des INP.

Enfin, des études de cas spécifiques seront analysées comme des «laboratoires naturels» afin de tester les nouvelles paramétrisations proposées. Les résultats de cette thèse pourraient ainsi contribuer à réduire les incertitudes liées à la représentation des nuages dans les modèles en intégrant un mécanisme de glaciation dynamique qui a été négligé jusqu'à présent.

Compétences requises

- Master en physique, télédétection ou sciences atmosphériques. - Compétences analytiques dans le traitement de données scientifiques - Maîtrise des langages de programmation/script (par exemple, Python) - Maîtrise de l'anglais écrit et parlé

Bibliographie

Aubry, C. et al (2024), doi: 10.5194/amt-17-3863-2024;
Coopman, Q. et al (2020), doi: 10.1029/2019JD032146;
Hobbs, P. V., and Rangno, A. L. (1985), doi: 10.1175/1520-0469(1985)042<2523:IPCIC>2.0.CO;2;
Holmlund, K. et al (2021), doi: 10.1175/BAMS-D-19-0304.1;
Myers, T. A. et al (2021), doi: 10.1038/s41558-021-01039-0;
Niehaus, J., and Cantrell, W. (2015), doi: 10.1021/acs.jpclett.5b01531;
Pielke, R. A., (1992), doi: 10.1007/BF01025401;
Seelig, T. et al (2021), doi: 10.1029/2021JD035577;
Zängl, G. et al (2015), doi: 10.1002/qj2378

Mots clés

Nuages, Glaciation, Satellites