Variações temporais na tensão de cisalhamento do vento, na Plataforma Continental Sudeste do Brasil (PCSE), perturbam o equilíbrio geostrófico gerando movimentos com frequências próximas à inercial local. Estas perturbações se propagam horizontalmente e verticalmente, interagindo com o fluxo médio e alterando as características hidrográficas e hidrodinâmicas. Foram analisados dados observacionais de corrente, registrados por correntógrafos fundeados às isóbatas de 50 m e 100 m, ao largo de Arraial do Cabo (RJ) e Ubatuba (SP), de vento registrados por bóias meteorológicas e de salinidade e temperatura perfilados em função da profundidade em estações hidrográficas, obtidos no âmbito do Projeto DEPROAS (Dinâmica do Ecossistema de Plataforma da Região Oeste do Atlântico Sul), entre 2001 e 2002. Os resultados das análises indicaram que a média de duração dos eventos de oscilações inerciais é 7,5 dias com desvio padrão de 3,8 dias, sendo 6,8 o número médio de oscilações em cada evento (desvio padrão de 3,3 oscilações). O período inercial efetivo médio foi calculado em 26,5 h com deslocamento médio da frequência inercial em 12,2%, devido ao desvio Doppler causado pelas interações com a vorticidade relativa do fluxo básico. As correntes inerciais horizontais, filtradas a partir das séries correntográficas, apresentaram valores entre 3 e 10 cm/s. Foi observada propagação vertical das oscilações inerciais e calculado o valor da velocidade de grupo vertical em -2,59 .10-2 cm.s-1. A partir desse resultado, foi obtido o valor de 28,3 m de profundidade para o valor máximo de velocidade vertical das partículas de água na onda interna inercial forçada pela oscilação das isotermas, em acordo com resultados observados de máxima corrente inercial logo abaixo da camada de mistura. O valor calculado para a amplitude da oscilação vertical das isotermas foi 17,2 m, próximo aos 19 m registrado com os resultados observacionais em períodos de mudança do campo de ventos. O modelo numérico hidrodinâmico ROMS (Regional Ocean Modelling System) comprovou resultados observacionais em relação à capacidade de mudanças na tensão de cisalhamento do vento, em períodos menores que o inercial local, gerarem oscilações inerciais. Os resultados numéricos com o ROMS permitiram analisar a interação das oscilações inerciais com o fluxo médio em diferentes regiões da PCSE, através de diferentes condições de estratificação da coluna de água e, a partir da trajetória de pseudoderivadores, estimar os raios das trajetórias com ordem 10 km. / Temporal variations in the wind stress, on the South Brazil Bight, disturb the geostrophic equilibrium and generate motion with near inertial frequencies. The disturbances propagate horizontally and vertically, interacting with the basic motions and altering the hydrodynamics and hydrographic characteristics. Observational data of currents, collected by currentmeters deployed in the 50 m and 100 m isobaths, offshore Arraial do Cabo (RJ) and Ubatuba (SP), of winds collected in meteorological buoys and of salinity and temperature vertically profiled in hydrographic stations, during the project DEPROAS (Dinâmica do Ecossistema de Plataforma da Região Oeste do Atlântico Sul), in the years of 2001 and 2002, have been analyzed. Results showed that the mean duration of the inertial oscillations events is 7.5 days, with standard deviation of 3.8 days, being 6.8 the mean number of oscillations in each event (standard deviation of 3.3 oscillations). The calculated mean effective inertial period is 26.5 h, with a mean difference of the local inertial frequency of 12.2% due to the Doppler shift caused by interactions with the relative vorticity of the basic flow. The horizontal inertial currents, filtered from the current time series, presented values between 3 and 10 cm/s. Vertical propagation of the inertial oscillations were observed and the calculated value for the vertical group velocity was -2.59 . 10-2 cm/s. From these results, the calculated value for the depth of maximum water vertical velocity was 28.3 m for the internal inertial wave forced by the isotherms oscillations, in accordance with results observed of maximum vertical velocities occurring below the mixing layer. The calculated value for the amplitude of vertical oscillations of isotherms was 17.2 m, approximately equal to the 19 m observed in the data set during periods of wind shift. The numerical hydrodynamical model ROMS (Regional Ocean Modeling System) confirmed the observational results that changes in the wind field with periods smaller than the local inertial period generate inertial oscillations. The numerical results with ROMS allowed to analyze the interaction between the inertial oscillations and the basic flow in different regions of the South Brazil Bight, due to vertical different stratification characteristics of the sea water, and from the trajectories of pseudo-drifters it was possible to estimate the radius of the trajectories as having order of magnitude of 10 km.

Variações temporais na tensão de cisalhamento do vento, na Plataforma Continental Sudeste do Brasil (PCSE), perturbam o equilíbrio geostrófico gerando movimentos com frequências próximas à inercial local. Estas perturbações se propagam horizontalmente e verticalmente, interagindo com o fluxo médio e alterando as características hidrográficas e hidrodinâmicas. Foram analisados dados observacionais de corrente, registrados por correntógrafos fundeados às isóbatas de 50 m e 100 m, ao largo de Arraial do Cabo (RJ) e Ubatuba (SP), de vento registrados por bóias meteorológicas e de salinidade e temperatura perfilados em função da profundidade em estações hidrográficas, obtidos no âmbito do Projeto DEPROAS (Dinâmica do Ecossistema de Plataforma da Região Oeste do Atlântico Sul), entre 2001 e 2002. Os resultados das análises indicaram que a média de duração dos eventos de oscilações inerciais é 7,5 dias com desvio padrão de 3,8 dias, sendo 6,8 o número médio de oscilações em cada evento (desvio padrão de 3,3 oscilações). O período inercial efetivo médio foi calculado em 26,5 h com deslocamento médio da frequência inercial em 12,2%, devido ao desvio Doppler causado pelas interações com a vorticidade relativa do fluxo básico. As correntes inerciais horizontais, filtradas a partir das séries correntográficas, apresentaram valores entre 3 e 10 cm/s. Foi observada propagação vertical das oscilações inerciais e calculado o valor da velocidade de grupo vertical em -2,59 .10-2 cm.s-1. A partir desse resultado, foi obtido o valor de 28,3 m de profundidade para o valor máximo de velocidade vertical das partículas de água na onda interna inercial forçada pela oscilação das isotermas, em acordo com resultados observados de máxima corrente inercial logo abaixo da camada de mistura. O valor calculado para a amplitude da oscilação vertical das isotermas foi 17,2 m, próximo aos 19 m registrado com os resultados observacionais em períodos de mudança do campo de ventos. O modelo numérico hidrodinâmico ROMS (Regional Ocean Modelling System) comprovou resultados observacionais em relação à capacidade de mudanças na tensão de cisalhamento do vento, em períodos menores que o inercial local, gerarem oscilações inerciais. Os resultados numéricos com o ROMS permitiram analisar a interação das oscilações inerciais com o fluxo médio em diferentes regiões da PCSE, através de diferentes condições de estratificação da coluna de água e, a partir da trajetória de pseudoderivadores, estimar os raios das trajetórias com ordem 10 km. / Temporal variations in the wind stress, on the South Brazil Bight, disturb the geostrophic equilibrium and generate motion with near inertial frequencies. The disturbances propagate horizontally and vertically, interacting with the basic motions and altering the hydrodynamics and hydrographic characteristics. Observational data of currents, collected by currentmeters deployed in the 50 m and 100 m isobaths, offshore Arraial do Cabo (RJ) and Ubatuba (SP), of winds collected in meteorological buoys and of salinity and temperature vertically profiled in hydrographic stations, during the project DEPROAS (Dinâmica do Ecossistema de Plataforma da Região Oeste do Atlântico Sul), in the years of 2001 and 2002, have been analyzed. Results showed that the mean duration of the inertial oscillations events is 7.5 days, with standard deviation of 3.8 days, being 6.8 the mean number of oscillations in each event (standard deviation of 3.3 oscillations). The calculated mean effective inertial period is 26.5 h, with a mean difference of the local inertial frequency of 12.2% due to the Doppler shift caused by interactions with the relative vorticity of the basic flow. The horizontal inertial currents, filtered from the current time series, presented values between 3 and 10 cm/s. Vertical propagation of the inertial oscillations were observed and the calculated value for the vertical group velocity was -2.59 . 10-2 cm/s. From these results, the calculated value for the depth of maximum water vertical velocity was 28.3 m for the internal inertial wave forced by the isotherms oscillations, in accordance with results observed of maximum vertical velocities occurring below the mixing layer. The calculated value for the amplitude of vertical oscillations of isotherms was 17.2 m, approximately equal to the 19 m observed in the data set during periods of wind shift. The numerical hydrodynamical model ROMS (Regional Ocean Modeling System) confirmed the observational results that changes in the wind field with periods smaller than the local inertial period generate inertial oscillations. The numerical results with ROMS allowed to analyze the interaction between the inertial oscillations and the basic flow in different regions of the South Brazil Bight, due to vertical different stratification characteristics of the sea water, and from the trajectories of pseudo-drifters it was possible to estimate the radius of the trajectories as having order of magnitude of 10 km.

La formation des systèmes convectifs est un processus complexe qui s'étend de l'échelle synoptique, avec la mise en place de circulations favorisant la convection, à la micro-échelle, avec les processus de formation et de croissance des hydrométéores. C'est aux échelles les plus fines que se concentre cette thèse dont l'objectif est d'étudier l'apport d'une microphysique complexe sur l'occurrence et la morphologie d'évènements fortement précipitants. La microphysique évaluée est celle du schéma LIMA, de type bulk à deux moments, capable de prendre en compte l'évolution d'une population d'aérosols multimodale et le traitement pronostique de son interaction avec les nuages et les précipitations. Dans un premier temps, l'apport de la microphysique de LIMA est évalué en comparaison à la microphysique bulk à un moment du schéma ICE3, moins sophistiqué et actuellement opérationnel à Météo-France dans le modèle AROME. Afin de mesurer l'apport de ce nouveau schéma sur la simulation de cas fortement précipitants tels que ceux qui touchent régulièrement le sud-est de la France à l'automne, deux cas d'étude de la campagne HyMeX ont été simulés avec Meso-NH et comparés aux nombreuses observations disponibles. Si l'évaluation des cumuls de précipitations montre un impact modéré de l'un ou l'autre des schémas microphysiques, l'écart est plus marqué en terme de composition et de structure des systèmes convectifs : la microphysique à 2 moments développe une structure verticale plus réaliste et introduit plus de variabilité sur les champs microphysiques. L'évaluation a aussi identifié des biais dans le schéma, notamment une surestimation des diamètres de gouttes de pluie. Des pistes d'amélioration de la microphysique de LIMA ont alors été proposées et évaluées sur les mêmes cas. Des tests de sensibilité à l'initialisation de la population d'aérosols ont ensuite été menés. Il s'avère que les aérosols n'affectent pas uniquement les hydrométéores primaires (gouttelettes d'eau nuageuse et cristaux de glace) mais aussi les autres hydrométéores, engendrant des impacts sur le développement des systèmes convectifs simulés, en termes de composition nuageuse et de précipitations. Les simulations avec une population d'aérosols réaliste initialisée à partir des analyses CAMS ont montré un impact modéré sur les cumuls de précipitations mais une amélioration plus significative de l'évolution temporelle du système (intensification, dissipation) et de la composition nuageuse, réduisant le diamètre des gouttes de pluie sur les cas d'étude. / The triggering and growth of Convective systems is a complex process that extends from the synoptic scale, with the establishment of atmospheric circulations promoting convection, to the microscale, with the formation and growth processes of hydrometeors. This PhD focuses on these finest scales and investigates the contribution of complex cloud-microphysics to the occurrence and morphology of heavy precipitation events. The two-moment microphysical scheme LIMA evaluated in this study takes into account the evolution of a multimodal aerosol population and the prognostic treatment of its interaction with liquid and ice clouds and precipitation. First, the contribution of LIMA is evaluated in comparison to the ICE3 one-moment bulk microphysical scheme, which is less sophisticated and currently operational in the AROME model at Météo-France. In order to measure the performance of this new scheme, two case studies of the HyMeX campaign were simulated with the Meso-NH model and compared to a wide variety of available measurements. The assessment of cumulative precipitation shows a moderate impact of each of these microphysical schemes, but the difference is more pronounced in terms of convective systems composition and structure: the two moment microphysics develops a more realistic vertical structure and introduces more microphysical variability. The evaluation also identified biases in the scheme (such as an overestimation of rain drop diameters). Some improvements to the implementation of LIMA were proposed and evaluated on the same cases. Then, the scheme is used to perform a sensitivity test to the aerosol population on the same case studies. Tests on the concentration of idealized populations have shown that aerosols do not only affect primary production of cloud droplets and ice crystals but also precipitating hydrometeors, causing impacts on the development of simulated convective systems in terms of cloud composition and generated precipitation. Simulations based on a realistic aerosol population initialized from CAMS analyses also showed a moderate impact on cumulative precipitation, but a more significant improvement on the temporal evolution of the system (intensification, dissipation) and cloud composition, leading to a reduction of rain drop diameters in the studied cases.