Rôle des rivières atmosphérique dans le bilan hydrologique atmosphérique de l’Antarctique : advection, sublimation et recyclage de la vapeur d’eau

Description

Les rivières atmosphériques (RAs) sont des corridors intenses et étroits de transport de vapeur d’eau, reliant les basses latitudes aux régions polaires. En Antarctique, bien qu’ils soient peu fréquents, ces événements jouent un rôle majeur dans le budget hydrologique : les RAs peuvent représenter jusqu’à 50 % des précipitations annuelles sur certaines côtes antarctiques (Gorodetskaya et al., 2014 ; Wille et al., 2021), tout en générant des anomalies thermiques, nuageuses et dynamiques dans la basse troposphère antarctique (Gorodetskaya et al., 2020, perturbant le bilan radiatif de surface du continent (e.g. Wille et al., 2019 ; Turner et al., 2022).
D’autres événements peuvent participer à la précipitation totale, associés à des intrusions d’humidité de moindre intensité mais aussi au recyclage de l’humidité sur le continent. Encore mal quantifié, le recyclage suppose que l’humidité issue de la sublimation de surface se recondense dans les basses couches de l’atmosphère et provoque des précipitations d’intensité plus faible (ex. diamond dust) mais non négligeables en terme d’accumulation totale à l’intérieur du continent (environ 30%). Dutrievoz et al. (soumis) ont montré que l’apport de chaleur sur la neige de surface provoqué par les RAs, amplifiait radicalement le recyclage local et jouait un rôle central dans l’occurrence de précipitations post-RA. Néanmoins, l’impact de cet effet n’a jamais été évalué pour l’ensemble des RAs. Un tel objectif demande d’analyser la dynamique de l’humidité atmosphérique associée à une RA et ainsi de quantifier les flux résultant de l’advection, de précipitation, de la sublimation et de re-condensation.

Objectifs du stage

Ce stage a pour objectif de dresser un bilan hydrologique atmosphérique (quasi) conservatif au-dessus de l’Antarctique, en mettant en évidence la contribution directe et indirecte des rivières atmosphériques (RAs). L’analyse s’appuiera sur la réanalyse ERA5 (1979–2023) ainsi que sur des catalogues de RAs dérivés de cette base de données. Plus spécifiquement, il s’agira de quantifier les flux d’humidité atmosphérique entrants et sortants à l’échelle du continent antarctique, incluant l’advection horizontale, les précipitations nettes et la sublimation, afin d’établir un bilan hydrologique net sur la calotte glaciaire antarctique. Ce bilan permettra ensuite de quantifier la part spécifique des flux associée aux événements RAs, y compris aux intrusions humides de plus faible intensité, absentes des détections standards. Enfin, une approche lagrangienne (via FLEXPART ou LAGRANTO) ou l’utilisation d’un traceur isotopique simulé sera mise en œuvre pour suivre le devenir de la vapeur d’eau transportée par les ARs, en particulier son recyclage potentiel après landfall (sublimation, re-condensation, précipitation secondaire comme le diamond dust, etc.).

Profil recherché

• M2 en climatologie, géosciences, physique de l’atmosphère.

• Maîtrise de Python notamment xarray, numpy, pandas, cartopy, matplotlib.

• Intérêt pour le climat polaire.

• Connaissance ou intérêt pour les outils lagrangiens (optionnel mais serait un plus)

• Surtout : autonome, curieux•se et motivé•e !

Références

Gorodetskaya, I. V., Tsukernik, M., Claes, K., Ralph, M. F., Neff, W. D., & Van Lipzig, N. P. (2014). The role of atmospheric rivers in anomalous snow accumulation in East Antarctica. Geophysical Research Letters.
Wille, J., Favier, V., Gorodetskaya, I. V., Agosta, C., Codron, F., & Turner, J. (2021). Antarctic atmospheric river climatology and precipitation impacts. Journal of Geophysical Research : Atmospheres.
Gorodetskaya, I. V., Silva, T., Schmithüsen, H., & Hirasawa, N. (2020). Atmospheric river signatures in radiosonde profiles and reanalyses at the Dronning Maud Land coast, East Antarctica. Advances in Atmospheric Sciences.
Wille, J., Favier, V., Dufour, A., Gorodetskaya, I. V., Turner, J., Agosta, C., & Codron, F. (2019). West Antarctic surface melt triggered by atmospheric rivers. Nature Geoscience.
Turner, J., Marshall, G. J., Phillips, T., & others. (2022). Observed increases in atmospheric moisture transport towards Antarctica. Journal of Climate.
Dutrievoz, A. et al. (soumis) — Référence en cours de soumission, donc non encore disponible publiquement.