The use of singular vectors in the study of canadian regional climate model internal variability

Diaconescu, Emilia Paula (2011). « The use of singular vectors in the study of canadian regional climate model internal variability » Thèse. Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Doctorat en sciences de l'environnement.

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Résumé

La variabilité interne (VI) est une propriété des systèmes chaotiques qui fait que des simulations numériques lancées de conditions initiales différant même de façon minime entre elles, vont éventuellement diverger dans le temps. Des études antérieures ont montré que la VI d'un modèle régional du climat (MRC) avait un caractère épisodique dépendant des conditions synoptiques du moment. Ce projet a pour but principal de vérifier l'hypothèse selon laquelle les maxima notés dans la variation temporelle de la VI sont dus à la croissance rapide des perturbations développées dans des régions atmosphériques dynamiquement instables. L'élément déclencheur est représenté par des instabilités hydrodynamiques résultant de conversions barocline ou barotrope d'énergie. Pour décrire l'espace instable des perturbations, nous avons fait appel à la technique des vecteurs singuliers (VS). Un ensemble de 21 simulations qui diffèrent seulement dans les conditions initiales a été réalisé sur le continent nord-américain et la VI a été exprimée en termes d'énergie totale des perturbations par rapport à une simulation de référence. Plusieurs séries de VS ont été calculées pour trouver les perturbations avec la plus rapide croissance linéaire par rapport à la norme de l'énergie totale sur une période de 36 heures. L'analyse de la variation totale en 36 heures a montré que la croissance associée au maximum principal de VI était expliquée dans une proportion de 73% par les dix premiers VS et dans une proportion de 51 % par le "premier" VS, c'est à dire celui croissant le plus rapidement. Les VS ainsi identifiés avaient des structures de petite échelle spatiale, de forts taux de croissance dans le temps, et ils se développaient à l'intérieur d'un environnement constitué de perturbations matures avec des faibles taux de croissance. Pour un épisode de forte VI, une très grande ressemblance a été trouvée entre la structure des perturbations dans les simulations du MRCC et le VS avec la croissance la plus rapide après 24 à 36 heures d'intégration du modèle linéaire tangent. Au temps initial, le premier VS avait une structure verticale inclinée vers ouest et l'énergie totale était dominée par la composante de l'énergie potentielle. Au temps final, cette inclinaison avait beaucoup diminué et l'énergie totale était alors dominée par l'énergie cinétique, indiquant que la conversion barocline représentait le processus dominant dans l'augmentation de la VI pour cette période. Pour d'autres périodes dominées par les sources d'instabilité, le pourcentage de la variation totale en 36 heures expliqué par les 4 ou 5 premiers VS variait entre 36% et 85%. Toutefois, dans ces cas, le pourcentage n'était pas dominé par le premier VS. Nous avons montré également que dans les périodes dominées par le transfert de VI à l'extérieur du domaine, la projection sur les VS était très petite malgré la présence de sources de VI à l'intérieur du domaine d'analyse. Le fait que ces sources de VI ne soient pas représentées par les plus rapides VS indique qu'elles peuvent être causées par des processus non linéaires et qu'un nombre plus grand de VS est nécessaire pour leur décomposition. Le dernier volet de cette thèse étudie la possibilité d'utiliser le premier VS pour estimer les variations temporelles de la VI dans les simulations d'un MRC. Nos résultats montrent que le premier VS à lui seul ne permet pas d'anticiper des périodes caractérisées par une forte croissance de la VI dans les simulations du modèle. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Variabilité interne, modèle régional du climat, vecteur singuliers, modèle linéaire tangent, instabilité hydrodynamique.

Type: Thèse ou essai doctoral accepté ()
Informations complémentaires: La thèse a été numérisée telle que transmise par l'auteur
Directeur de thèse: Laprise, René
Mots-clés ou Sujets: Instabilité (Physique), Modèle régional canadien du climat, Variabilité interne (Climatologie), Vecteur singulier
Unité d'appartenance: Instituts > Institut des sciences de l'environnement (ISE)
Déposé par: Service des bibliothèques
Date de dépôt: 10 nov. 2011 18:02
Dernière modification: 01 nov. 2014 02:20
Adresse URL : http://www.archipel.uqam.ca/id/eprint/4207

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