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Le radar sondeur Sharad (NASA/ASI) prospecte actuellement la surface et le sous-sol de Mars àune fréquence de 20 ±5 MHz depuis une orbite polaire basse (Mars Reconnaissance Orbiter).L'instrument a pour but de contraindre la composition du sol et de détecter, puis d'interpréter, desinterfaces enfouies afin de restituer le contexte géologique martien à l'échelle régionale. Ce travail dethèse se propose de contribuer à ces objectifs en se focalisant principalement sur l'étude de terrainsglaciaires et péri-glaciaires Martien.Dans un premier temps, par une méthode d'inversion impliquant la reconstruction d'un sousbassementrocheux par interpolation, nous obtenons les paramètres diélectriques représentatifs duvolume de glace d'eau constituant la calotte polaire Nord, Planum Boreum. Nous en déduisons un tauxde pureté du matériel glaciaire > 95 %. Nous fournissons une carte de l'épaisseur des dépôts qui vérifieun volume de glace de 1,14106 km3.Dans une deuxième étude, en confrontant les transects Sharad à des données topographiques etd'imagerie visible, nous élaborons un profil morphologique et stratigraphique complet d'escarpementsglaciaires présents dans la région d'Ultimi Lobe, Planum Australe. Nous appelons ces escarpements"Laps" (large and assymetric polar scarps). La similarité avec des failles listriques associées à desanticlinaux de roll-over nous amène à proposer l'hypothèse de macro-ruptures mécaniques d'une glacesous contrainte extensive et d'un mouvement subséquent par glissement basal.Puis, nous nous intéressons à la réflectivité radar de la surface dont l'amplitude dépend de larugosité et de la permittivité du sol. Nous élaborons une méthode nous permettant de construire unecarte globale de la réflectivité. Afin de séparer les paramètres physiques qui constituent ce signal, nousproposons des méthodes statistiques simples, inspirés du SAR (radar à synthèse d'ouverture) terrestre,complétées par l'élaboration de modèles de rétrodiffusion de surface à incidence normale. Nousmontrons des résultats de cette approche et leur adéquation avec les modèles théoriques. Enfin, nousmettons en évidence une variation temporelle de la réflectivité aux pôles que nous attribuons à laprésence des condensats saisonniers de CO2. Notre méthode d'analyse statistique de la réflectivité,associée à un modèle de rétrodiffusion à trois couches, nous permet d'évaluer la variation d'épaisseurdes condensats dans des régions à très hautes latitudes (80°-85°).

Les modèles météorologiques à aire limitée sont aujourd'hui dotés de systèmes d'analyse de données observées propres, pour la plupart. Ces analyses combinent en général une ébauche provenant du modèle et des observations dans le but de rafraîchir les structures décrites par le modèle à aire limitée. Néanmoins, l'information provenant du modèle coupleur présente également un intérêt. En effet, le modèle coupleur est en général un modèle global bénéficiant de techniques d'assimilation de données performantes, qui permet de fournir une bonne description des grandes échelles notamment. L'objectif de ce travail de thèse est d'injecter l'information issue du modèle coupleur directement dans l'assimilation variationnelle tridimensionnelle (3D-VAR) du modèle à aire limitée, en tant que nouvelle source d'information. Concrètement, on décrit le vecteur d'information entrant dans l'assimilation du modèle à aire limitée comme étant la concaténation des différentes sources d'information : l'ébauche du modèle, les observations et les grandes échelles de l'analyse du modèle coupleur. Ce formalisme utilise une mesure de l'incertitude sur les sources d'information, décrite par les covariances entre les erreurs des différentes sources d'information. Des simplifications sur les covariances croisées entres les sources d'information sont proposées, afin de pouvoir développer le formalisme en vue de le rendre applicable simplement dans un logiciel d'analyse déjà existant. Une première utilisation de ce nouveau formalisme est faite dans un modèle académique unidimensionnel “en eaux peu profondes”, en mettant en oeuvre un modèle coupleur et un modèle couplé. Ces expériences montrent des résultats neutres à positifs, suivant les configurations, limités par le cadre simplifié de ce modèle académique. Dans le cadre de l'application de cette méthode dans les modèles utilisés à Météo- France (modèle global ARPÈGE et modèle à aire limitée ALADIN), une évaluation des statistiques liées aux erreurs sur les sources d'information est menée. Tout d'abord le choix des échelles venant de l'analyse du modèle global est fait, pour ne garder que les plus grandes structures (environ 240 km). Puis les statistiques sont calculées à partir de travaux précédents utilisant des méthodes ensemblistes pour échantillonner les erreurs. L'étude de ces statistiques permet de décrire les propriétés des covariances d'erreurs (écarts types, isotropie, etc.) et de quantifier l'erreur commise en appliquant les simplifications proposées. L'évaluation sur des cycles d'assimilation d'une quinzaine de jours montre que l'introduction des grandes échelles de l'analyse du modèle global a un impact légèrement positif en terme de score objectif. Néanmoins, malgré des différences visibles et systématiques engendrées par l'utilisation de cette nouvelle source d'information, aucun cas d'étude sur des champs diagnostiques, comme les précipitations, ne permet d'illustrer cet apport en terme de temps sensible ou de phénomènes météorologiques spécifiques. Ce travail de thèse propose donc une technique d'analyse en aire limitée permettant de prendre en compte des informations provenant du modèle coupleur, en plus des observations, pour corriger l'ébauche du modèle. Il ouvre la voie à d'autres recherches, notamment en sélectionnant d'autres échelles venant du modèle coupleur à considérer ou en l'étendant par l'ajout de la dimension temporelle.

The relationships between teleconnection patterns the Pacific/North American (PNA) index, North Atlantic Oscillation (NAO) and the El Nino/Southern Oscillation (ENSO)—and lake-effect snowfall are examined. Bivariate and partial correlations are used over seasonal and semi-seasonal periods for stations within the Lake Erie snowbelt to link teleconnection phases to snowfall increases. Significant negative correlations were seen throughout the entire winter between NAO and snowfall. Relationships between PNA and ENSO on snowfall were less evident, with significant correlations during the mid-winter months between a positive PNA and snowfall and significant correlations during the late winter in the western zone between a negative ENSO and snowfall. / Department of Geography

Since an extratropical transition (ET) of a decaying tropical cyclone (TC) often results in a fast-moving, rapidly developing extratropical cyclone and amplification of synoptic-scale systems far downstream, proper forecasting of ET events is critical to forecast accuracy over large ocean regions. Past studies have linked forecast accuracy to the phasing of a decaying TC with favorable midlatitudes conditions. Because ET events are sensitive to the analyzed initial conditions, this phasing is examined using 11 member ensemble predictions available four times daily from the National Centers for Environmental Prediction, which were combined into a single 44 member ensemble based on a common forecast verification time. Recurring ET patterns within the 44 member ensemble were objectively identified using a combination of EOF and cluster analysis. Ensemble spread first appears near the point where the TC moves into the midlatitudes and then propagates downstream. Although ensemble spread in the forecast fields was large at extended forecast intervals, the ensemble spread, and the number of ET patterns identified in successive EPS predictions, decreased as the ET process became better defined. Within 48 hours of the ET event, the ensemble prediction system properly identified the ET pattern with a minimum ensemble spread. Similar to Klein et al. (2002), the shifts in the initial position of the TC and the subsequent dynamical coupling can explain differences between weak and strong ET reintensifications.

Waves in the North Atlantic are strongly seasonal, and peak in the winter season. The west coast of Portugal is exposed to winter swell, generated by wind associated with North Atlantic extratropical cyclones. The track of these storms, generated near the North America east coast, is strongly influenced by the North Atlantic Oscillation (NAO). When the NAO is in its positive phase they normally track northeast and reach Western Europe well north of the Iberian Peninsula, in the British Islands or Scandinavia. However, in the negative NAO situation,the track of the storms is more zonal and south than usual, due to a weakened NAO. The characteristics of wave regime in Portugal are shown to be strongly related to the NAO phase and corresponding storm tracking. Positive NAO storms, tracking northeast towards the north of Europe, drive longer period swell from the northwest, whereas negative NAO storms have associated shorter period swell arriving to Portugal from a more westerly direction. The relation between the NAO phase and the storm tracks and the characteristics of the wave regime is investigated with ten year observations from four directional waverider coastal buoys, located off the coast of Portugal.

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In this study the natural variability of Southern Ocean water masses on interannual to centennial time scales is investigated using a long-term integration of the Commonwealth Scientic and Industrial Research Organisation (CSIRO) coupled climate model. We focus our attention on analysing the variability of Antarctic IntermediateWater (AAIW), Circumpolar DeepWater (CDW), and Antarctic Bottom Water (AABW). We present an analysis of the dominant modes of temperature and salinity (T - S) variability within these water masses. Climate signals are detected and analysed as they get transmitted into the interior from the water mass formation regions. Eastward propagating wavenumber-1, -2, and -3 signals are identied using a complex empirical orthogonal function (CEOF) analysis along the core of the AAIW layer. Variability in air-sea heat uxes and ice meltwater rates are shown by heat and salt budget analyses to control variability of Antarctic Surface Water where density surfaces associated with AAIW outcrop. The dominant mode in the CDW layer is found to exhibit an interbasin-scale of variability originating from the North Atlantic, and propagating southward into the Southern Ocean. Salinity dipole anomalies appear to propagate around the Atlantic meridional overturning circulation with the strengthening and weakening of North Atlantic Deep Water formation. In the AABW layer, T - S anomalies are shown to originate from the southwestern Weddell Sea, driven by salinity variations and convective overturning in the region. It is also demonstrated that the model exhibits spatial patterns of T - S variability for the most part consistent with limited observational record in the Southern Hemisphere. However, some observations of decadal T - S changes are found to be beyond that seen in the model in its unperturbed state. We further assess sea surface temperature (SST) variability modes in the Indian Ocean on interannual time scales in the CSIRO model and in reanalysis data. The emergence of a meridional SST dipole during years of southwest Western Australian rainfall extremes is shown to be connected to a large-scale mode of Indian Ocean climate variability. The evolution of the dipole is controlled by variations in atmospheric circulation driving anomalous latent heat uxes with wind-driven ocean transport moderating the impact of evaporation and setting the conditions favourable for the next generation phase of an opposite dipole.

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Ce travail porte sur l'évolution morphologique des profils transversaux des plages sableuses soumis à l'action de houles irrégulières. L'étude s'appuie sur de la modélisation physique menée dans le canal du LEGI (36 m). L'originalité consiste en l'utilisation d'un sédiment de faible densité permettant de respecter les lois d'échelle et d'obtenir des plages expérimentales en similitude avec des plages observées en nature. Le concept de plage à l'équilibre morphologique pour un climat de houle donné a pu être vérifié et la classification de Wright & Short (1984) est ici raffinée dans le domaine des nombres de Dean intermédiaires (1