171 research outputs found
Trace Element Data from A Brief Update on Developments in Early Hominin Biogeochemistry
No full text<p>Data from Sponheimer, M., Lee-Thorp, J.A. & Codron, D. (2013). A Brief Update on Developments in Early Hominin Biogeochemistry. In R. Armitage & J. Burton (Eds), Archaeological Chemistry VIII. American Chemical Society.</p
Ekman heat transport for slab oceans
No full textInternational audienceA series of schemes designed to include various representations of the Ekman-driven heat fluxes in slab-ocean models is introduced. They work by computing an Ekman mass flux, then deducing heat fluxes by the surface flow and an opposite deep return flow. The schemes differ by the computation of the return flow temperature: either diagnosed from the SST or given by an active second layer. Both schemes conserve energy, and use as few parameters as possible. Simulations in an aquaplanet setting show that the schemes reproduce well the structure of the meridional heat transport by the ocean. Compared to a diffusive slab-ocean, the simulated SST is more flat in the tropics, and presents a relative minimum at the equator, shifting the ITCZ into the summer hemisphere. In a realistic setting with continents, the slab model simulates correctly the mean state in many regions, especially in the tropics. The lack of other dynamical features, such as barotropic gyres, means that an optimal mean-state in regions such as the mid-latitudes will require additional flux corrections. © 2011 Springer-Verlag
Dynamical mechanisms driving midlatitude eddy-driven jets variability
No full textCette étude a pour objectif d'analyser le rôle des ondes de Rossby dans la variabilité des courants-jets troposphériques des moyennes latitudes à l'aide d'un modèle numérique idéalisé. Elle s'intéresse aux mécanismes dynamiques responsables de la persistance des principaux modes de variabilité : celui de déplacement méridien et celui de pulsation d'amplitude. Le premier est souvent le principal mode de variabilité du fait de sa grande persistance causée par une rétroaction positive des ondes de Rossby.Deux nouveaux types de rétroactions négatives ont été mis en évidence à une échelle de temps plus courte que cette rétroaction classique et dont le mécanisme dépend de la nature des ondes impliquées. Ces différents mécanismes sont aussi retrouvés et ainsi validés dans le contexte plus réaliste des données de réanalyse.Une réflexion sur les conséquences du changement climatique est aussi proposée via l'étude de sensibilité menée sur trois paramètres clés du modèle : le gradient méridien de température, conduisant à un mode de déplacement plus persistant dans le futur, la position moyenne du jet, conduisant à un mode moins persistant pour des jets plus proches du pôle, et enfin la friction dans les basses couches de l'atmosphère, aussi étudiée car étant un paramètre plutôt difficile à évaluer et présentant une forte disparité entre les modèles.Cette thèse a donc permis de mettre en évidence deux nouveaux mécanismes de rétroaction des ondes sur les courants-jets et de développer des diagnostics théoriques qui pourront être plus amplement testés et appliqués dans d'autres contextes, particulièrement des réanalyses et des simulations de climat réalistes.This study investigate the impact of Rossby waves on the tropospheric midlatitude eddy-driven jets using an idealized numerical model. It focuses on the dynamical mechanisms driving the persistence of the main modes of variability: a shifting mode and a pulsing mode. The shifting mode is often found to be the leading mode of variability due to an enhanced persistence caused by a positive feedback of Rossby waves. Two new kinds of negative feedbacks have been found for a shorter time-scale than the more classical feedback which mechanism depends on wave properties. These new mechanisms have also been found in the more realistic set up of reanalysis. The impact of climate change is also investigated using the sensitivity analysis of the model to three key parameters : the meridional gradient of temperature, which leads to longer lasting phases of the shifting mode in the future, the jet mean position, which leads to less persistent shifting mode for poleward shifted jets, and frictional damping, because it is a parameter difficult to tune and which varies between numerical models. In conclusion, two new feedback mechanisms acting on eddy-driven jets variability have been found and theoretical diagnostics have been developed and could be used to probe more realistic data such as future climate simulations and reanalysis
Short-term and long-term detection of winter windstorms with high damage potential
No full textLe travail de recherche appliquée réalisé au cours du doctorat s’intéresse aux tempêtes hivernales à fort potentiel d’impact économique en Europe et comprend deux parties. La première partie vise à quantifier l’impact du changement climatique sur les tempêtes de vent hivernales extrêmes en Europe et s’appuie sur des données couvrant des périodes supérieures à 30 ans. La seconde partie du travail est plus opérationnelle et a pour objectif l’élaboration et la mise en place d’un outil de détection des tempêtes de vent hivernales en Europe à partir de prévisions météorologiques actualisées toutes les six heures. L’objectif général de la première partie du travail de recherche est d’apporter une vision moyen-terme de ce que pourraient être les tempêtes de vent hivernales en Europe au cours du XXIe siècle. Ce travail vient compléter la vision pour l’instant principalement court-terme du risque proposée par les modèles CatNat, utilisés par les (ré)assureurs pour connaître le coût du risque sur leur portefeuille. Au cours du travail de recherche, une nouvelle méthode a été proposée pour définir le potentiel de dommages associés à une tempête de vent en Europe. L’idée originale développée au cours du projet est l’utilisation de plusieurs variables capturant différentes échelles spatio-temporelles et prenant en compte la relation entre plusieurs variables caractéristiques d’un même cyclone extratropical. La recherche d’événements partageant une signature similaire et intense, simultanément dans la vorticité relative à 850 hPa, la pression au niveau de la mer et le vent de surface, conduit à la détection d’un nombre réduit d’événements. La comparaison du nombre d’événements qui constituent ce groupe et de leur intensité entre des données issues de réanalyses et celles issues de différentes simulations du climat futur peut apporter des réponses suffisantes aux compagnies d’assurance sur l’évolution de ce risque dans un climat dont les conditions climatiques sont différentes de celui d’aujourd’hui. Un premier article sur la méthode a été accepté dans le journal Natural Hazard and Earth Science System. La méthode a été appliquée aux données issues des modèles participant au projet CMIP5. Il s’agit d’évaluer la capacité des modèles de climat à reproduire les événements type « tempête de vent hivernales en Europe » et d’estimer l’impact du changement climatique sur la fréquence et l’intensité des tempêtes de vent hivernales en Europe. Un second article reprenant les résultats de cette étude est en préparation. La seconde partie de la thèse est focalisée sur le projet opérationnel Severe WIndstorms Forecasting Tool (SWIFT) dont le but est de développer un outil permettant, à partir de prévisions météorologiques issues toutes les six heures, de détecter un événement type tempête de vent pouvant causer des dégâts majeurs en Europe et de proposer aux entités du groupe AXA concernées une estimation du montant des pertes et du nombre de sinistres associés à l’événement à venir ainsi que leurs localisations.The research carried out during the PhD deals with winter windstorms with high economic damage potential in Europe and can be divided in two parts. The first part aims at quantifying the impact of climate change on European winter windstorms and relies on datasets covering long periods of time (>30 years) either in the past or in the future. The objective of the second part is to forecast potential losses and claims associated with an upcoming extreme windstorm by using forecast data updated every six hours. The overall objective of the first part is to provide a medium-term view of what could be the winter windstorms in Europe during the 21st century. It thus completes the short-term vision of the risk given by the Catastrophe Models used by the (re)insurers to assess the cost of the risk on their portfolio. A new methodology has been developed to define the damage potential associated with European winter windstorms. The novelty of the methodology relies in the use of several variables capturing different spatiotemporal scales and the coupling that exists between variables during the cyclogenesis. Seeking for events sharing a similar intense signature simultaneously in the relative vorticity at 850 hPa, the mean sea level pressure and the surface wind speed lead to the detection of a small group of events. Comparing the number of events that belong to this group and their intensity in reanalysis datasets and different simulations of the future climate can provide enough information to insurance companies on the potential evolution of this hazard in a future climate. A first paper on the methodology has been accepted in the journal of Natural Hazard and Earth Science System.The methodology has been applied to the datasets provided by Global Climate Models (GCM) participating to the CMIP5 project. The goal is to assess the ability of GCMs to reproduce winter windstorms in Europe and the potential impact of climate change on the frequency and intensity of such events. A second paper presenting the results obtained from this second study will be submitted.The second part of the PhD focuses on the project Severe WIndstorms Forecasting Tool (SWIFT). The objective is to develop an early warning tool that detects an upcoming winter windstorms in meteorological forecasts updated every six hours and provides interested AXA entities with an alert on the upcoming windstorm as well as an estimate of the potential losses and claims.The tool has been developed in parallel of the research project and consists in two modules. In the first module, particularly intense systems are detected in meteorological forecasts and the associated gust footprint is extracted. In the second module, wind speeds are translated into a loss and a number of claims thanks to vulnerability curves. When a system is detected, an alert is sent with the appropriate information on the event propagation and the associated loss. The tool has been running automatically for the 2013 – 2014 winter season and detected most of the events that passed over Europe
Antarctic atmospheric river climatology and impacts
No full textEn raison de l’augmentation de la pression de vapeur saturante avec la température, les précipitations en Antarctique sont censées augmenter au cours du prochain siècle. Cela conduirait à un accroissement de l’accumulation de neige sur le continent, atténuant ainsi en partie l’augmentation future du niveau des mers. Les tendances récentes de température et d’accumulation de neige en Antarctique ne reflète pas clairement ce processus. Le rôle joué par les intrusions d’humidité dans la variabilité des températures et des précipitations pourrait expliquer en partie ce paradoxe. Jusqu’à présent, seuls des événements épars de très forte intensité avaient été analysés. Une étude de 2014 portant sur la région de Dronning Maud Land avait montré la concordance des intrusions intenses avec l’occurrence de rivières atmosphériques (RA). Dans cette thèse, nous développons un algorithme de détection des rivières atmosphériques adapté aux régions polaires et créons une climatologie de ces événements à l’échelle de l’Antarctique. En utilisant les sorties du modèle à aire limitée MAR (Modèle Atmosphérique Régional), nous évaluons les impacts de rivières atmosphériques sur la fonte, la stabilité des plateformes de glace de la Péninsule Antarctique et sur les précipitations neigeuses en surface de la calotte.Chaque point de la calotte est concerné par des rivières trois jours par an en moyenne. Cette valeur est plus faible encore à l’intérieur du continent. Pourtant, les rivières contrôlent les processus de fonte de surface sur l’Antarctique de l’ouest et la variabilité des précipitations sur l'Antarctique de l’Est. A l’ouest, les RA qui pénètrent à l’intérieur du continent provoquent des anomalies positives du rayonnement de grande longueur d’onde incident et de vent, accompagné d’effet foehn marqué le long des pentes situées sous le vent. Entre 1979 et 2017, les rivières provoqué 40% de la fonte estivale sur la plateforme de Ross (près de 100% à plus haute altitude sur Marie Byrd Land) et 40 à 80% de la fonte hivernale le long des plateformes de la péninsule Antarctique. En été, ces RA contribuent aussi à la fonte des plateformes de glace de Larsen situées à l’est de la Péninsule. Les RA provoquent 60 à 80% des événements de fonte/ruissellement les plus intenses ainsi que les extrêmes de chaleur. Cette fonte est amplifiée par l’effet Foehn et par les anomalies positives des flux radiatifs incidents provoqués à l’Est de la Péninsule. L’eau de fonte s’accumule alors dans des lacs et des crevasses en surface des plateformes, étape préliminaire à la désintégration d’une plateforme par phénomène de fracturation hydraulique. Les RA repoussent aussi la glace de mer loin de la côte permettant à la houle d’abîmer les marges des plateformes de glace, permettant de déclencher leur désintégration. En particulier, la présence de RA a été découverte lors de la désintégration des plateformes de Larsen A fin janvier 1995 et de Larsen B fin février/début mars 2002. Dans l’ensemble, depuis 2000, 12 des 20 derniers événements de vêlage ou d’effondrement le long des plateformes de Larsen ont été précédés (dans la limite de 5 jours) par l’arrivée d’une RA. Enfin, les RA sont responsables de la majorité des précipitations les plus intenses en Antarctique. A l’Est, elles provoquent 20 à 30% de l’accumulation de neige et contrôlent les tendances et la variabilité interannuelle précipitations neigeuses sur cette partie du continent. Ce contrôle s’étend même à la majeure partie de la calotte glaciaire entre 1980 et 2018.En définitive, les RA jouent un rôle important du climat de l’Antarctique. Une évolution des conditions de blocage atmosphérique autour de l’Antarctique au cours du 21ème siècle engendrerait des changements du bilan de masse de surface de l’Antarctique. De telles évolutions sont actuellement ignorées dans le cadre des projections d’impact du changement climatique.Due to the increased ability of the air to hold moisture with temperature, precipitation in Antarctica is expected to increase significantly over the next century. This process will undoubtedly lead to an increase in snow accumulation on the continent, thereby partially mitigating future sea level rise. However, recent observed trends in temperature and snow accumulation in Antarctica are insignificant and paradoxical. The role played by moisture intrusions in temperature and precipitation variability could partly explain this phenomenon. These events are known to transport warm air masses from the oceans to the Antarctic continent, but only individual and unrelated intrusion events have been described so far. In an earlier study of the Dronning Maud Land region, the description of atmospheric rivers (ARs) provided an innovative view to describe high intensity moisture intrusions. In this thesis, we develop an atmospheric river detection algorithm adapted to the polar regions, in order to create a climatology of these events at the Antarctic scale. Using the outputs of the regional climate model, MAR (Regional Atmospheric Model), we evaluate the impacts of atmospheric rivers on the melting in West Antarctic, ice-shelf stability on the Antarctic Peninsula ice shelves, and on snowfall across the Antarctic ice sheet.Atmospheric rivers are infrequent events with coastal areas of Antarctica experiencing AR conditions around only three days per year on average and this value is even lower in Antarctic interior. However, ARs control surface melting processes on West Antarctica and precipitation variability on East Antarctica. In the west, ARs entering the interior of the continent cause positive anomalies in downward longwave radiation via highly liquid-laden clouds and wind, resulting in a marked foehn effect along leeward slopes. Between 1979 and 2017, rivers were thus associated with about 40% of the summer melt on the Ross Ice Shelf (nearly 100% at higher altitudes on Marie Byrd Land) and 40-80% of the winter melt along the ice shelves of the Antarctic Peninsula. In summer, these rivers also contribute to the melting of the Larsen ice shelves located east of the Peninsula. Their direct contribution to cumulative melting is more limited than in winter because the intense solar radiation in summer allows daily melting to occur. However, ARs caused 60-80% of the most intense melt/runoff events as well as high temperature extremes. This melting is linked to the Foehn effect and the positive longwave radiative fluxes anomalies over the eastern Peninsula during AR passages. The melt water accumulates in lakes and crevasses on the ice shelf surface, a preliminary step in ice shelf disintegration by hydraulic fracturing. ARs also push sea ice away from the coast, allowing swells to hit and apply strain to the ice-shelf margins. ARs can thus trigger the final disintegration of ice shelves. In particular, ARs were present during the disintegration of the Larsen A ice shelf in late January 1995 and the Larsen B ice shelf in late February/early March 2002. Overall, since 2000, 12 of the last 20 calving or collapse events along the Larsen Ice Shelves have been preceded (within 5 days) by the arrival of an AR. Finally, atmospheric rivers are responsible for the majority of the most intense precipitation in Antarctica. In eastern Antarctica, 20-30% of the snow accumulation occurred during of AR landfalls. Although this value remains modest, we observe that AR activity controls the trends and interannual variability of snowfall in this part of the continent. This control even extends to most of the ice sheet between 1980 and 2018.Ultimately, ARs play an important role in the Antarctic surface mass balance. Therefore, a change in atmospheric blocking conditions around Antarctica during the 21st century would lead to changes in the Antarctic surface mass balance. Such changes are currently ignored in climate change impact projections
How Future Circulation Changes are modified by the Coupling of Atmosphere and Ocean Energy Transports.
No full textInternational audienceA number of studies have shown how in isolation the atmospheric circulation would balance changes in the top-of-atmosphere energy budget or ocean energy transport, leading to climate impacts such as shifts of the ITCZ or mid-latitude jets. The atmosphere and ocean circulation, and so their respective meridional energy transports, are however tightly coupled through the surface wind forcing of the ocean. We use here the simplest setup for including the effects of the ocean circulation : an aqua-planet with the atmosphere coupled to a 2-layer slab ocean in which the Ekman currents and eddy diffusion can be parameterized. We first show how the interactive ocean strongly damps in the Tropics the atmospheric response to a prescribed inter-hemispheric heat transport. We then apply the same method for a doubling of CO2 : the response of the total meridional energy transport remains weak in the Tropics, but with strong compensation between the atmosphere and ocean components. As a result, the classic circulation response - weaker and broader Hadley cell, poleward jet shift, precipitation changes - is significantly modified
Relation between Large-Scale Circulation and European Winter Temperature: Does It Hold under Warmer Climate?
No full textISI Document Delivery No.: 628GA Times Cited: 3 Cited Reference Count: 32 Cited References: Berner J, 2007, J ATMOS SCI, V64, P117, DOI 10.1175/JAS3822.1 Boe J, 2006, J GEOPHYS RES-ATMOS, V111, DOI [10.1029/2005JD006889, 10.1029/JD006889] Cassou C, 2005, J CLIMATE, V18, P2805, DOI 10.1175/JCLI3506.1 Christiansen B, 2005, J ATMOS SCI, V62, P2528, DOI 10.1175/JAS3490.1 Corti S, 1999, NATURE, V398, P799 D'Andrea F, 1998, CLIM DYNAM, V14, P385, DOI 10.1007/s003820050230 Dufresne JL, 2002, GEOPHYS RES LETT, V29, DOI 10.1029/2001GL013777 EFRON B, 1993, STAT APPL PROBABILIT, V57 Goubanova K, 2007, GLOBAL PLANET CHANGE, V57, P27, DOI 10.1016/j.gloplacha.2006.11.012 Houghton J. T., 2001, CLIMATE CHANGE 2001 Hourdin F, 2006, CLIM DYNAM, V27, P787, DOI 10.1007/s00382-006-0158-0 Hurrell J. W., 2003, GEOPHYS MONOGR SER, V134, DOI [10.1029/GM134., DOI 10.1029/GM134] Huth R, 1999, CLIMATE RES, V13, P91, DOI 10.3354/cr013091 KIMOTO M, 1993, J ATMOS SCI, V50, P2645, DOI 10.1175/1520-0469(1993)0502.0.CO;2 LEGRAS B, 1985, J ATMOS SCI, V42, P433, DOI 10.1175/1520-0469(1985)0422.0.CO;2 Majda AJ, 2006, P NATL ACAD SCI USA, V103, P8309, DOI 10.1073/pnas.0602641103 MICHELANGELI PA, 1995, J ATMOS SCI, V52, P1237, DOI 10.1175/1520-0469(1995)0522.0.CO;2 Najac J, 2009, CLIM DYNAM, V32, P615, DOI 10.1007/s00382-008-0440-4 Palmer TN, 1999, J CLIMATE, V12, P575, DOI 10.1175/1520-0442(1999)0122.0.CO;2 Plaut G, 2001, CLIMATE RES, V17, P285, DOI 10.3354/cr017285 SanchezGomez E, 2005, GEOPHYS RES LETT, V32, DOI 10.1029/2005GL023990 Schubert S, 1998, INT J CLIMATOL, V18, P1419, DOI 10.1002/(SICI)1097-0088(19981115)18:133.3.CO;2-Q Solomon S, 2007, CLIMATE CHANGE 2007: THE PHYSICAL SCIENCE BASIS, P19 Stephenson DB, 2004, Q J ROY METEOR SOC, V130, P583, DOI 10.1256/qj.02.146 Tank AMGK, 2002, INT J CLIMATOL, V22, P1441, DOI 10.1002/joc.773 Tibaldi S., 1990, Tellus, Series A (Dynamic Meteorology and Oceanography), V42A, DOI 10.1034/j.1600-0870.1990.t01-2-00003.x Uppala SM, 2005, Q J ROY METEOR SOC, V131, P2961, DOI 10.1256/qj.04.176 VAUTARD R, 1990, MON WEATHER REV, V118, P2056, DOI 10.1175/1520-0493(1990)1182.0.CO;2 von Storch H., 2001, STAT ANAL CLIMATE RE Wilby R.L., 2004, GUIDELINES USE CLIMA Yiou P, 2008, NONLINEAR PROC GEOPH, V15, P365 Yiou P, 2004, GEOPHYS RES LETT, V31, DOI 10.1029/2003GL019119 Goubanova, K. Li, L. Yiou, P. Codron, F. 3 AMER METEOROLOGICAL SOC BOSTON J CLIMATEThe idea of using large-scale information to predict local climate variability is widely exploited in climate change impact studies as an alternative to computationally expensive high-resolution models. This approach implies the hypothesis that the statistical relationship between large-scale climate states and local variables defined for the present-day climate remains valid in the altered climate. In this paper, the concept of weather regimes is used to deduce a relationship between large-scale circulation and European winter temperature. The change in temperature with increased greenhouse gases is, however, not homogeneous among the individual regimes. As a result, the impact of the weather regimes on local temperature changes varies in the future, limiting its usefulness for refining temperature changes to the small scale
Winter 2010 in Europe: A cold extreme in a warming climate
No full textInternational audienceThe winter of 2009/2010 was characterized by record persistence of the negative phase of the North-Atlantic Oscillation (NAO) which caused several severe cold spells over Northern and Western Europe. This somehow unusual winter with respect to the most recent ones arose concurrently with public debate on climate change, during and after the Copenhagen climate negotiations. We show however that the cold European temperature anomaly of winter 2010 was (i) not extreme relative to winters of the past six decades, and (ii) warmer than expected from its record-breaking seasonal circulation indices such as NAO or blocking frequency. Daily flow-analogues of winter 2010, taken in past winters, were associated with much colder temperatures. The winter 2010 thus provides a consistent picture of a regional cold event mitigated by long-term climate warming. Citation: Cattiaux, J., R. Vautard, C. Cassou, P. Yiou, V. Masson-Delmotte, and F. Codron (2010), Winter 2010 in Europe: A cold extreme in a warming climate, Geophys. Res. Lett., 37, L20704, doi:10.1029/2010GL044613
Differing impacts of resolution changes in latitude and longitude on the midlatitudes in the LMDZ atmospheric GCM
No full textInternational audienceThis article examines the sensitivity of the Laboratoire de Météorologie Dynamique Model with Zoom Capability (LMDZ), a gridpoint atmospheric GCM, to changes in the resolution in latitude and longitude, focusing on the midlatitudes. In a series of dynamical core experiments, increasing the resolution in latitude leads to a poleward shift of the jet, which also becomes less baroclinic, while the maximum eddy variance decreases. The distribution of the jet positions in time also becomes wider. On the contrary, when the resolution increases in longitude, the position and structure of the jet remain almost identical, except for a small equatorward shift tendency. An increase in eddy heat flux is compensated by a strengthening of the Ferrel cell. The source of these distinct behaviors is then explored in constrained experiments in which the zonal-mean zonal wind is constrained toward the same reference state while the resolution varies. While the low-level wave sources always increase with resolution in that case, there is also enhanced poleward propagation when increasing the resolution in longitude, preventing the jet shift. The diverse impacts on the midlatitude dynamics hold when using the full GCM in a realistic setting, either forced by observed SSTs or coupled to an ocean model. © 2011 American Meteorological Society
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