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«Estimation des sources et puits de méthane, bilan planétaire et impacts de la modélisation du transport atmosphérique» par Robin Locatelli

Présentée par : Robin Locatelli Discipline : Météorologie, océanographie physique de l'environnement Laboratoire : LATMOS

Résumé :
Une meilleure connaissance du cycle biogéochimique du méthane est un élément fondamental dans la compréhension du changement climatique actuel. La modélisation inverse est une des méthodes permettant d’estimer les sources et puits de méthane en combinant l’information venant d’observations atmosphériques, d’une connaissance a priori des flux de méthane, et d’un modèle de chimie-transport. Cependant, les erreurs liées à la modélisation du transport atmosphérique sont apparues comme une limitation de plus en plus dominante de cette méthode suite à l’augmentation du nombre et de la diversité des observations.
Après avoir montré que l’impact des erreurs de transport sur les inversions des flux de méthane pouvait être important, j’ai cherché à améliorer les capacités de la version offline de LMDz, modèle de transport utilisé pour simuler le transport atmosphérique dans le système inverse du LSCE. Pour cela, j’ai intégré des développements récents (paramétrisation de la convection profonde, de la diffusion verticale et du mélange non-local dans la couche limite) et raffiné la résolution horizontale et verticale.
En exploitant les différentes versions disponibles de LMDz, neuf inversions atmosphériques ont été réalisées, estimant les sources et puits de méthane entre 2006 et 2012. Deux périodes de fortes émissions ont été mises en évidence : en 2007 et en 2010, qui ont principalement été attribuées à des anomalies dans les régions tropicales et en Chine, où des événements climatiques majeurs ont été observées (Amérique du Sud et Asie du Sud-Est) et où le développement se poursuit à un rythme soutenu (Chine), même si les émissions de certaines inventaires sont surestimés.

Abstract :
A better knowledge of methane biogeochemical cycle is fundamental for a better understanding of climate change. Inverse modelling is one of powerful tools used to derive methane sources and sinks by combining information from atmospheric observations, a prior knowledge of methane fluxes and from a chemistry-transport model. However, uncertainties related to modelling of atmospheric transport are becoming a serious limitation for inverse modelling due to the increasing number and type of observations.
Firstly, I have shown that the impact of transport errors on current atmospheric inversions could be significant. Secondly, in order to improve atmospheric transport in the inverse system, I have updated new physical parameterizations (deep convection, vertical diffusion and non-local transport within the boundary layer) in the LMDz model and adapted it to finer horizontal and vertical resolutions.
Finally, nine inversions have been performed using the different versions of LMDz in order to estimate emissions over the period 2006-2012. Two years of strong methane emissions have been highlighted in 2007 and in 2010. These anomalies have been mainly attributed to anomalies in the Tropics and in China, where major climate events have been observed and where economic development is carrying on with a fast pace, even if emissions reported in inventories are overestimated.
Informations complémentaires
Frank DENTENER, Directeur de Recherche, à l’European Commision/Institute for Environment and Sustainability - Ispra (Italie) - Rapporteur
Vincent-Henri PEUCH, Ingénieur Recherche, au Centre Européen pour les Prévisions Météorologiques à Moyen Terme (ECMWF) - Reading (Royaume-Uni) - Rapporteur
Philippe BOUSQUET, Directeur de Recherche, au Laboratoire des Sciences, du Climat et de l’Environnement (LSCE) - Gif/Yvette - Directeur de thèse
Guy CERNOGORA, Professeur Emérite, à l’Université Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines/Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS) - Guyancourt - Examinateur
Frédéric HOURDIN, Directeur de Recherche, à l’Université Pierre et Marie Curie/Laboratoire de Météorologie Dynamique - Paris - Examinateur
Sander HOUWELING, Directeur de Recherche, à Netherlands Institute for space research/Institute for Marin and Atmospheric Research - Utrecht (Pays-Bas) - Examinateur
Carole NAHUM, Docteur, à la DGA/DS - Mission pour la Recherche et l’Innovation Scientifique - Bagneux - Invitée
Marielle SANNOIS, Maître de Conférences, au Laboratoire des Sciences, du Climat et de l’Environnement (LSCE) - Gif/Yvette - Invitée
Sophie SZOPA, Chercheur, au Laboratoire des Sciences, du Climat et de l’Environnement (LSCE) - Gif/Yvette - Invitée
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