Antarctic Precipitation: remote sensing and modelling in a General Circulation Model
Précipitations en Antarctique : de leur observation par télédétection à leur représentation dans un modèle de climat global.
Résumé
Antarctica is an immense continent made of ice. This region remains to this day one of the most unknown regions of our planet Earth. It contains nearly 90% of the world's fresh water, and in the current situation of global warming, this frozen reservoir is under serious threat. In the absence of reliable observations or efficient climate models, it is so far difficult to verify what is happening in Antarctica, and how it may evolve in the coming decades. Indeed, some studies predict significant ice melt in the west, other studies predict snow accumulation at the surface of its eastern region, mostly by precipitation events. It is, however, difficult to know if one of these two processes takes priority over the other, and which one.
The CloudSat satellite is the only precipitation survey tool available on the continental scale. However, there are significant uncertainties about its measurements and the confidence that can be given to it is inevitably very low. Using precisely calibrated radar instruments deployed on the Dumont d'Urville coast station and the Princess Elisabeth continental station, we compared observations of precipitation from both surface and space. Comparison of these observations between the two datasets allowed to validate the satellite's precipitation measurements by re-evaluating an uncertainty on the measurement -- initially between 150 and 250% -- to less than 24%.
This result gives more confidence to the measurements of this satellite, and from four years of continuous precipitation observation, we have developed the first three-dimensional and model-independent climatology of snowfall in Antarctica. Comparison of this dataset with theoretical precipitation rates calculated from the forced uplift of an air mass along a topographic slope shows that snowfall appears to be controlled at the first order by large-scale advection and forced uplift of wet flows against topography.
We compared this dataset to the global climate model LMDz to assess its capability to represent precipitation over this polar region. Using several simulation configurations, we identified dynamic, warm and moist biases as well as biases in the moisture advections of the model. We have explored ways to reduce these biases, such as the use of atmospheric forcings (winds, temperature and specific humidity) or the sensitivity of microphysical precipitation parameters. In addition, a combination of forcing and numerical adjustment reducing the dissipation of the LMDz model on diabetic perturbations allows precipitation to be simulated in accordance with the available observations.
L’Antarctique est un immense continent constitué de glace. Cette région reste à ce jour l’une des contrées les plus méconnues de notre planète Terre. On y retrouve près de 90% de l’eau douce globale, et dans la réalité actuelle du réchauffement climatique, ce réservoir, que l’on pensait figé jusque là, est menacé. Cependant, faute d’observations fiables ou de modèles climatiques performants, il est difficile jusqu’à présent de savoir quelle évolution l’Antarctique va avoir dans les décennies à venir. En effet, si des études prédisent une importante fonte de glace à l’Ouest, d’autres études prédisent une accumulation de neige à la surface de sa région Est. Il est difficile de savoir lequel de ces deux processus prime sur l’autre, et dans quel sens.
Le satellite CloudSat est le seul outil d’étude des précipitations disponible à l’échelle du continent. Cependant, les incertitudes sur ses mesures étaient importantes. À l’aide des instruments radars précisément calibrés qui sont déployés sur la station côtière de Dumont d’Urville et sur la station continentale de Princesse Elisabeth, nous avons comparé des observations de précipitations simultanément observées depuis la surface et depuis l’espace. La comparaison de ces observations entre les deux jeux de données a permis de valider les mesures de précipitations du satellite en ré-évaluant une incertitude sur la mesure – initialement comprise entre 150 et 250% – à moins de 24%.
Dans un second temps, à partir des quatre années d’observation continue de précipitations effectuées par CloudSat, nous avons développé la première climatologie tri-dimensionnelle et indépendante de tout modèle des chutes de neige en Antarctique. La comparaison de ce jeu de données avec des taux de précipitations théoriques calculés à partir du soulèvement forcé d’une masse d’air le long d’une pente topographique montre que les chutes de neige semblent contrôlées au premier ordre par l’advection à large échelle et l’ascendance forcée des flux humides à l’encontre de la topographie de la calotte.
Nous avons comparé ce jeu de données au modèle de climat global LMDz afin d’évaluer la capacité de ce dernier à représenter les précipitations au-dessus de l’Antarctique. À l’aide de plusieurs configurations de simulations, nous avons identifié des biais dynamiques, chauds et humides ainsi que des biais dans les advections d’humidité du modèle. Nous avons exploré des solutions pour réduire ces biais, comme l’utilisation du guidage des champs dynamiques ou la sensibilité des paramètres microphysiques des précipitations. Finalement un guidage dynamique et un réglage numérique réduisant la dissipation du modèle LMDz sur les perturbations diabatiques permettent de simuler des précipitations en accord avec les différentes observations disponibles.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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