Corrélation précipitations, nuages, température et rapport de mélange de vapeur d’eau

Dans cette partie on a étudié la corrélation statistique entre les précipitations, les nuages, le rapport de mélange de vapeur d’eau et la température sur Clermont Ferrand. on a trouvé une bonne corrélation entre les nuages et les précipitations (69%) et une corrélation très forte entre la température et le rapport de mélange de vapeur d’eau (96%).On est tenté d'interpréter la corrélation entre nuages et précipitations en supposant que le nuage "se vide" pour donner de la pluie ou de la neige. Cette image n'est pas fausse dans le cas d'averses engendrées par des nuages à fort développement vertical, comme les cumulonimbus; mais dans les autres cas, elle demeure inexacte : pour qu'il y ait précipitation, en effet, il faut que des courants aériens

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Chapitre 5 : Forçages géophysiques

alimentent le nuage en vapeur d'eau susceptible de se condenser, et ce dernier, alors, n'exerce qu'un rôle de "catalyseur" dans le mécanisme de transformation de la vapeur d'eau ainsi apportée. Pareil mécanisme ne peut le plus souvent se dérouler à l'intérieur du nuage que là où des cristaux de glace coexistent avec des gouttelettes d'eau surfondues, c'est-à-dire demeurées à l'état liquide à des températures négatives.

Le rapport de mélange de vapeur d’eau est très corrélé à la température car il est calculé à partir de la pression, l’humidité relative et température (Hyland and Wexler 1983). La génération de la vapeur d’eau est due à l’évaporation de l’eau liquide cette évaporation aura lieu avec l’augmentation de la température ce qui explique la corrélation entre la vapeur d’eau et la température plus précisément la vapeur d’eau augmente avec la température dans l’atmosphère.

5.5. Synthèse

Dans ce chapitre, la variabilité du contenu intégré et du rapport de mélange de vapeur d’eau, les précipitations et la couverture nuageuse est analysée à partir de l’application du modèle de régression multi-variables sur les observations Cézeaux et Puy de Dôme, sur les produits de réanalyse ECMWV ERA-Interim et sur les données du satellite AIRS. Les différents forçages géophysiques ayant une influence sur la variabilité de la vapeur d’eau, à savoir : les oscillations annuelles et semi-annuelles, EA, EA-WR et NAO ont été injectés dans le modèle. L’objectif principal et de quantifier puis analyser la contribution de chacun de ces forçages sur la variabilité de vapeur d’eau, des précipitations et des nuages. Avant de procéder à la quantification, le modèle est évalué grâce à un coefficient de détermination 𝑅². Toutes les valeurs des coefficients de détermination 𝑅2 sont supérieures à 54% exception les précipitations a un coefficient de détermination égale à 23%. Cela montre que le modèle de régression explique correctement la variabilité de la vapeur d'eau et la couverture totale de nuage dans le temps. Comme prévu, le cycle annuel est la composante dominante parmi les forçages géophysiques et le cycle semi-annuel dans tous les paramètres étudiés pour toutes les données étudiées. Le cycle annuel explique au moins 49.6 ± 3.7% de la variation de la vapeur d'eau pour tous les paramètres étudiés, avec une valeur maximale de 65,6 ± 1% pour WMMR AIRS. Par conséquent il explique 16.2 % et 13.1 % pour la couverture totale de nuage respectivement. On a un fort cycle annuel sur la surface, au niveau de 850 hPa et sur la verticale.

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Chapitre 5 : Forçages géophysiques

Jet, qui à son tour affecte la variabilité climatique en Europe (Ionita et al., 2014). Ce fort impact explique une forte contribution des EA- WR et EA sur la variabilité de la vapeur d'eau à Clermont-Ferrand. Ils contribuent pour tous les paramètres de l'étude à plus de 10,9 ± 3,1% sauf pour : EA qui a une contribution négative (-5,1 ± 4,0%) pour WVMR IWV ECMWF. Egalement EA et EA-WR ont une forte contribution sur les nuages, par contre la contribution de EA-WR est négative c’est-à-dire que EA-WR est en opposition de phase avec les nuages. Ces résultats sont expliqués par l’impact de la phase positive de EA-WR qui est associée à des anomalies de hauteur positive situées au-dessus de l'Europe (Barnston et al., 1987).

La contribution de la NAO sur la variabilité de la vapeur d'eau à Clermont-Ferrand n'est pas significative, à l'exception IWV ECMWF (10.8 ± 4.1%) et WVMR AIRS (4,6 ± 3,6%). Ce résultat est assez surprenant car l'analyse des rétro-trajectoires montre que les origines des masses d'air dominantes sont l'Ouest (53%), puis le Nord (18%), puis l'Est (15%) et le Sud (13%) (Colomb et al., 2018). On pourrait penser que les masses d'air océaniques d'ouest devraient être corrélées avec une plus grande influence de la NAO sur les variations de la vapeur d'eau observée à Cézeaux et à puy de Dôme, mais ce n'est pas le cas ici.Nous pouvons expliquer cela par l’impact de la NAO sur la composition de l’hiver en Europe, mais pas sur les autres saisons (Pope et al., 2018). L’étude de Wypych et al (2018) a confirmé l'importance de la circulation atmosphérique dans la formation de la teneur en humidité pendant la saison hivernale, mais son impact est nettement plus faible dans les autres saisons. Dans cette étude, COPDD est proche de la limite de deux régions différentes, soit le milieu de l'Atlantique et le milieu du continent, avec un rôle possible de facteurs locaux ayant une incidence sur la teneur en eau. Cela pourrait expliquer pourquoi la démonstration de l'influence de la NAO sur de longues séries d'observations de vapeur d'eau est difficile à mettre en évidence avec notre approche de multi-régression.

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