Analyse des facteurs dynamiques et thermodynamiques dans les changements de précipitation extrême en France

Stage de M2 5-6 mois

Contexte et objectifs de stage
Le changement climatique entraîne un réchauffement de l’air à la surface de la planète, plus marqué sur les continents que sur les océans. Le réchauffement atteint désormais +1.1°C à l’échelle globale et +1.7°C en France métropolitaine depuis l’ère préindustrielle.

Le régime des précipitations est aussi amené à évoluer, en lien avec des changements de quantité de vapeur d’eau dans l’atmosphère. Un air plus chaud pouvant contenir plus d’humidité (7%/°C, relation de Clausius-Clapeyron), une augmentation des précipitations extrêmes en réponse au réchauffement est ainsi généralement attendue (effet thermodynamique). Néanmoins, cette augmentation théorique n’est pas nécessairement observée dans toutes les régions et à tous les pas de temps, en lien notamment avec des changements de circulations atmosphériques (Blanchet et al., 2021 ; effet dynamique).

Pour connaître l’évolution des précipitations dans un contexte de réchauffement climatique, des modèles de climat sont utilisés sur de longues périodes. Des travaux précédents (Decoopman et al. 2026) ont montré que le modèle à convection explicite CNRM-AROME (2,5 km ; Caillaud et al. 2021) forcé par la réanalyse ERA5 permet une bonne représentation des précipitations extrêmes en France, ainsi qu’une bonne représentation de leur évolution passée (1959-2022). Les tendances montrent des signatures spatiales différenciés selon les saisons en cohérence avec les tendances trouvées sur les pluviomètres Météo-France.

L’objectif du stage est d’aller au-delà de ces résultats de détection de tendance en analysant quelle part de ces tendances peut être attribuée à des changements de dynamique et quelle part à des changements thermodynamiques. Il s’agira d’appliquer une méthode d’ajustement dynamique basée sur la combinaison d’analogues de circulation (Deser et al. 2016, Terray 2021) permettant de décomposer une variable météorologique d’intérêt en une composante dynamique et une composante thermodynamique. La méthode sera appliquée sur les champs de précipitations journaliers en France simulés par CNRM-AROME d’une part, et observées aux stations Météo-France d’autre part (1959-2022). Une analyse de ces composantes les jours de précipitations extrêmes sera ensuite effectuée pour détecter les parts respectives de la dynamique et de la thermodynamique dans les tendances sur la période.

Les différentes missions du stagiaire sont listées ci-dessous :
1) Prise en main des simulations CNRM-AROME (précipitations, pression/géopotentiels) et des données pluviométriques.
2) Application de la méthode d’ajustement dynamique pour quelques cas de précipitations extrêmes en utilisant différents proxys de circulation (pression au niveau de le mer, géopotentiels à 500hPA, …) pour décider quel proxy de circulation sera utilisé dans le reste du stage.
3) Application de la méthode d’ajustement dynamique à partir de ce proxy pour tous les jours de 1959-2022. Extraction, pour chaque pixel CNRM-AROME ou station, des composantes dynamiques et thermodynamiques des jours de précipitations extrêmes.
4) Analyse statistique de la décomposition précédente. Comparaison des tendances simulées par CNRM-AROME aux tendances observées avec les données Météo-France. Estimation du taux d’augmentation des précipitations avec la température et lien avec la relation de Clausius-Clapeyron.
5) Valorisation du travail : représentations spatialisées des résultats, rapport de stage et prémices d’articles scientifiques selon résultats.
6) Si le temps le permet, une méthode complémentaire basée sur les budgets d’énergie pourra être envisagée (Doane-Solomon et al. 2026).

Compétences attendues
• Compétence et appétence pour les analyses statistiques et climatiques
• Aisance en programmation (de préférence en R) notamment avec de grandes bases de données
• Connaissances de base du système climatique appréciée

Laboratoire de rattachement  : IGE (Institut des Géosciences de l’Environnement)

Encadrement : Juliette Blanchet (IGE) et Laurent Terray. Le stage se déroulera à l’IGE sur le campus de Saint Martin d’Hères (limitrophe de Grenoble).

Durée : 5 à 6 mois à partir de février 2027.

Gratifications : environ 650€/mois (4.50€/heure).

Candidature : transmettre un CV et lettre de motivation à juliette.blanchet univ-grenoble-alpes.fr et terray cerfacs.fr

Références
Blanchet, J. ; Blanc, A. & Creutin, J.-D. (2021) : Explaining recent trends in extreme precipitation in the Southwestern Alps by changes in atmospheric influences. Weather and Climate Extremes 33, 100356.

Caillaud, C. ; Somot, S. ; Alias, A. ; Bernard-Bouissières, I. ; Fumière, Q. ; Laurantin, O. ; Seity, Y. & Ducrocq, V. (2021). Modelling Mediterranean heavy precipitation events at climate scale : an object-oriented evaluation of the CNRM-AROME convection-permitting regional climate model. Climate Dynamics 56(5), 1717-1752.

Decoopman, N. ; Blanchet, J. ; Blanc, A. & Caillaud, C. (2026) : Climatology and trends of extreme precipitation in France : evaluation of an explicit-convection regional climate model. Hydrology and Earth System Sciences, 30, 5833-5855.

Deser, C. ; Terray, L. ; Phillips, A. S. (2016) : Forced and Internal Components of Winter Air Temperature Trends over North America during the past 50 Years : Mechanisms and Implications. Journal of Climate , 29 (6), 2237 – 2258.

Doane-Solomon, R. ; Simpson, I. R. ; Woollings, T. (2026) :
Moisture Budgets and Circulation Analogs : Diagnosing Dynamic and Thermodynamic Precipitation Change. Journal of Climate, e260257.

Terray, L. (2021) : A dynamical adjustment perspective on extreme event attribution. Weather and Climate Dynamics , 2 (4), 971-989.