Des nouvelles perspectives sur les mécanismes atmosphériques associés à la variabilité de précipitation des Andes tropicales du sud sur une gamme d’échelles de temps

Autor: Segura Cajachagua, Hans Mikhail
Přispěvatelé: Institut des Géosciences de l’Environnement (IGE), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA), Université Grenoble Alpes [2020-....], Thierry Lebel, Jhan Carlo Espinoza Villar, STAR, ABES
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Climatology. Université Grenoble Alpes [2020-..], 2021. English. ⟨NNT : 2021GRALU005⟩
Popis: Population and ecosystems in monsoon regions are highly vulnerable in face of weather- and climate-related hazards as droughts, floods, and precipitation changes due to global warming, among others. This is the case of the southern tropical Andes, which includes the southern Peruvian Andes and the Bolivian and Chilean Andes north of 20S. In this Andean region, the unique seasonal precipitation maximum occurs during the December-March season, which is the period of the mature phase of the South America Monsoon System (SAMS). Indeed, December-March precipitation is the principal water source for ecosystems and socio-economic activities as livestock farming, agriculture, and human consumption. On the other hand, extreme precipitation events occurring in the dry season (June-August), when SAMS does not exist, is a source of hazard for the population by killing livestock, devastating crop fields, and causing losses of human lives. Improving our knowledge of the rainfall climatology of this region, anticipating possible long term changes, and improving our forecasting skills is thus of crucial importance. This requires to identify the atmospheric mechanisms controlling the austral summer and winter precipitation variability in this Andean region over a wide range of time-scales, from synoptic to multidecadal, and this is the object of this thesis.The lack of a good quality network of meteorological stations and the complex topography of this region have hindered the proper identification of these mechanisms. For this reason, different data sets as in situ and satellite-based precipitation products, as well as reanalysis and climate modeling data sets are used in this thesis.Analyzing the regional precipitation over the tropical Andes from 20S and 1N, we defined the southern tropical Andes as the region from 20S to 8S, where the unimodal annual cycle of precipitation with a seasonal maximum in the December-March season dominates. Indeed, the region south of 12S and above 3000 m.a.s.l is the most influenced, in terms of precipitation, by the mature phase of the SAMS. We also found that the demise of the SAMS together with the southward migration of the Intertropical Convergence Zone (ITCZ) in the February-April season involves a seasonal precipitation increment north of 8S. The onset of the SAMS, occurring in the September-November season, also creates a secondary seasonal precipitation maximum in the tropical Andes between 8S and 5S. In the season when the SAMS does not exist (June-August), western Amazon convection in association with extratropical perturbations trigger the most severe extreme precipitation events in the upper-elevation southern tropical Andes (>3000 m.a.s.l.).The analysis of the interannual variability indicates that, in addition to the Bolivian High, western Amazon convection is also a controlling mechanism of December-February precipitation over the upper-elevation southern tropical Andes. The existence of the relationship between precipitation and the two mechanisms, which are components of the SAMS, was confirmed by the use of the WRF model. While the Bolivian High explains the precipitation variability in the 1982-2002 period, western Amazon convection plays a more important role from 2002 onwards. This change in the controlling mechanism is, indeed, related to the long-term intensification of western Amazon convection, which is also associated with the less frequency of dry years in this Andean region. Thus, our results document for the first time and highlight the atmospheric connection existing between the western Amazon and the upper-elevation southern tropical Andes on different time-scales.
La population et les écosystèmes habitant des zones influencées par des systèmes de mousson sont extrêmement vulnérables aux phénomènes atmosphériques générateurs de sècheresses ou d’inondations ainsi qu’aux possibles changements de régime des précipitations associés au réchauffement climatique. C'est notamment le cas des Andes tropicales de l’hémisphère sud, où le principal pic de précipitation se produit en été austral, en lien avec la phase la plus développée de la mousson sud-américaine (MSA). Cette unique saison de pluie est la principale source d’eau pour les écosystèmes dans cette région semi-aride et pour les différentes activités socio-économiques et le réseau d’approvisionnement d’eau potable. Par ailleurs, , il y a des évènements météorologiques extrêmes propres à la saison sèche hivernale (juin-août), qui causent des dégâts importants au bétail et à la production agricole, et peuvent provoquer des pertes en vies humaines.Ainsi, la meilleure compréhension de la climatologie de la pluie dans cette région, pour prévoir les changements à long terme et l’amélioration de la prévision météorologique dans les cas d'évènements extrêmes, prend une dimension cruciale. Pour en revenir au point précèdent, il est très important de commencer à comprendre les mécanismes atmosphériques liés à la variabilité de pluie dans cette région andine, et ce, en prenant en compte les échelles de temps qui vont de la synoptique à des oscillations multi-décennales. C'est dans ce contexte précis que ces travaux de thèse ont été encadrés.Les études climatiques dans cette région sont rendues difficiles par l’absence d’un réseau de stations météorologiques et pluviométriques de bonne qualité. C’est pourquoi cette thèse s’est appuyée sur une utilisation combinée de différentes bases de données : mesures in situ, produits satellites, données de réanalyse et sorties de modélisation climatique.Dans un premier temps, l’analyse du régime pluviométrique des Andes tropicales entre 20°S et 1°N a conduit à identifier une sous-région comprise entre 20°S et 8°S (et qualifiée par la suite d’Andes Tropicales Sud), où le cycle saisonnier est unimodal avec des pluies concentrées sur les mois de décembre à mars. La pluie y est en effet fortement liée à la phase mature de la MSA. Plus au nord (8°S - 1°N), la MSA a moins d’influence et c’est la migration vers le sud de la zone de convergence intertropicale (ZCIT) qui détermine un pic saisonnier des pluies entre Février et Avril. La phase initiale de croissance de la MSA (octobre-novembre), provoque néanmoins une seconde saison des pluies entre 8°S et 5°S. En saison sèche (Juin-Août), les analyses synoptiques révèlent que la convection atmosphérique dans la zone occidentale de l’Amazonie peut se conjuguer avec des perturbations atmosphériques des latitudes extratropicales pour générer des évènements de pluie extrêmes dans les zones à haute altitude (> 3000 m) des Andes Tropicales Sud.En se basant sur les réanalyses et des simulations climatiques réalisées avec le modèle WRF on met également pour la première fois en évidence que la variabilité interannuelle des pluies d’été sur les Andes Tropicales Sud est contrôlée par la convection dans l’ouest de l’Amazonie, outre l'anticyclone de Bolivie. Nos résultats révèlent que l’anticyclone de Bolivie a été le facteur dominant de variabilité entre 1982 et 2002, mais que la convection atmosphérique dans l’ouest de l’Amazonie est devenue le facteur dominant depuis le début du 21ième siècle. Cette bascule est lié à l’intensification de l'activité convective dans l’ouest de l’Amazonie, qui explique aussi l’amoindrissement durable de la saison des pluies et le déficit de précipitation annuelle. En conclusion, nous avons identifié une liaison atmosphérique entre l’Amazonie occidentale et la zone de haute altitude des Andes Tropicales Sud sur plusieurs échelles de temps.
Databáze: OpenAIRE
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