Description

Les phénomènes météorologiques extrêmes et les épisodes de pollution atmosphérique résultent de la combinaison de phénomènes à grande échelle (champs de pression, transport, advection, etc.) et de processus de surface. Les variations spatiales du réchauffement de surface, de l'évapotranspiration, des échanges de quantité de mouvement ou des émissions polluantes peuvent avoir un impact considérable sur l'intensité et la durée de ces événements dangereux. Afin de mieux caractériser ces variations spatiales des échanges surface-atmosphère, il est essentiel de cartographier les sources d'émission de chaleur, d'humidité et de polluants, mais aussi de quantifier l'évolution des flux d'énergie dans le cadre du bilan énergétique de surface et du bilan de l'énergie cinétique turbulente.
Bien que des simulations numériques aient été réalisées pour étudier la réponse atmosphérique aux variations de la couverture terrestre et aux activités humaines, une étude fondamentale basée sur des observations multisites fait encore défaut en Île-de-France.
Cette thèse vise à quantifier l'impact des différentes composantes du bilan énergétique de surface sur les extrêmes de chaleur et les pics de pollution en région parisienne. À partir d'un jeu de données inédit, collecté sur une dizaine de sites présentant des caractéristiques de zones sources diverses (zones urbaines, périurbaines et rurales), la variabilité spatiale et temporelle des flux d'énergie de surface sera caractérisée. Grâce à la mise en œuvre d'une procédure de traitement standardisée (conforme aux recommandations de l'infrastructure de recherche européenne ICOS), des produits à valeur ajoutée qualifiés (flux d'énergie, statistiques de turbulence, indicateurs de stabilité atmosphérique) seront dérivés, permettant une évaluation détaillée des variations temporelles et spatiales des échanges entre la surface et l'atmosphère. L'analyse finale sera complétée par des observations issues de mesures in situ auxiliaires (données du sous-sol et du réseau de stations météorologiques) ainsi que par des mesures de télédétection active et passive (pour profiler la couche limite atmosphérique et l'état des nuages, y compris dans la troposphère libre). Ces données au sol seront complétées par des données satellitaires de température de surface pour l'évaluation et l'analyse spatiale.
Ce jeu de données unique permettra de réaliser la première étude de bilan énergétique à long terme en région parisienne. Des campagnes de mesures intensives menées ces dernières années, ainsi qu'une étroite collaboration entre les infrastructures de recherche européennes ACTRIS et ICOS, ont permis de constituer une base de données inédite couvrant dix sites différents en région parisienne et présentant de très longues séries temporelles. Une attention particulière sera portée à l'urbanisation du plateau de Saclay, une partie de l'analyse s'appuyant sur l'instrumentation installée depuis plus de 15 ans à l'observatoire SIRTA, situé au nord du campus de l'École Polytechnique (https://sirta.ipsl.fr/ ).
Cette recherche doctorale contribuera à répondre aux questions scientifiques suivantes :
• Quel est le rôle du couplage surface-atmosphère dans le développement des vagues de chaleur et des pics de pollution ?
• Quels sont les mécanismes à l'origine de l'établissement d'un effet d'îlot de chaleur urbain persistant dans la capitale ?
• L'impact du chauffage urbain sur le climat hivernal de la capitale peut-il être quantifié à partir d'observations et d'inventaires ?
• Peut-on observer une modification significative du microclimat (effet de la rugosité de surface sur les échanges de quantité de mouvement et le profil de vent, par exemple) avec l'urbanisation du plateau de Saclay ?

Compétences requises

Être titulaire d'un Master 2 recherche ou équivalent. Compétence en programmation scientifique, expérience en analyse de données géophysiques Bonne capacité de communication à l'oral et l'écrit en français et anglais Intérêt pour la vulgarisation de résultats scientifiques Esprit de synthèse, capacité d'écoute et d'analyse

Bibliographie

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Mots clés

Atmosphère, Bilan d'énergie, Flux radiatifs, Qualité de l'air, Urbain, Canicule