L'aérosol atmosphérique a un impact à la fois sur l'environnement via les effets directs et indirects sur le rayonnement et sur l'homme en raison de sa toxicité. Pourtant, ses caractéristiques physiques et chimiques sont encore mal connues. Ce travail avait un double but. D'une part, effectuer des mesures de la fraction soluble (minérale et organique) de l'aérosol dans une carotte de glace du Mont-Blanc et sur des filtres de six stations européennes géographiquement et climatologiquement différentes du projet CARBOSOL. Ces mesures ont confirmé l'importance de la convection pour le transport des aérosols, notamment le sulfate, des basses couches vers la troposphère libre. En conséquence, dans l'autre partie de ce travail, on s'est d'abord attaché à bien évaluer la capacité de transport des aérosols par le modèle de chimie-transport MOCAGE via une simulation du 210Pb pour les années 2002 à 2004. Les résultats ont été comparés aux mesures des six stations de CARBOSOL. Enfin, une chimie du soufre a été intégrée dans MOCAGE et évaluée pour l'été 2003.

Mes recherches visent à mieux décrire et comprendre la variabilité des échanges air-mer de CO2 à l'époque actuelle et celle de la salinité dans l'océan de surface. Elles s'inscrivent dans les problématiques des programmes internationnaux SOLAS (‘Surface Ocean - Lower Atmosphere Study'), ‘Global Carbon Project' et CLIVAR (‘Climate Variability and predictability'). Une des originalités de mes recherches est de privilégier les mesures autonomes (satellitaires et sur bouée dérivante) pour des études à grande échelle. A mon sens, ce type de mesures présente l'énorme avantage d'offrir un échantillonnage spatio-temporel très vaste, très différent de celui des mesures in situ réalisées a partir de bateaux, par nature ponctuelles dans l'espace et dans le temps. En contre partie, les mesures acquises de façon autonome sont souvent plus difficiles à valider et concernent un nombre de paramètres plus restreint que celles acquises lors de campagnes océanographiques, peu de paramètres étant mesurables depuis l'espace ou sur bouée instrumentée. Cela m'a conduite 1) à avoir une activité importante de validation des mesures satellitaires, activité indispensable pour évaluer la qualité des estimations réalisées à partir de ces mesures et 2) à analyser des mesures in situ en vue d'identifier les processus responsables de la variabilité du CO2 océanique et de relier cette variabilité à des paramètres déductibles des mesures télédétectées. Cette approche m'a permis de déterminer la variation saisonnière et interannuelle du flux de CO2 intégré sur le Pacifique équatorial qui a servi à valider les estimations d'un modèle biogéochimique océanique et la variation saisonnière du flux de CO2 sur une large zone dans l'océan Sud (Sud de l'Australie, Nouvelle Zélande). Elle se poursuit dans l'océan Sud, avec les mesures de plus en plus nombreuses réalisées par des bouées dérivantes CARIOCA (CARbon Interface Océan Atmosphere). Dans les prochaines années, je souhaite approfondir la compréhension des mécanismes controlant la variabilité du CO2 dissous dans l'océan Sud et ceux responsables de la variabilité de la salinité dans la couche superficielle de l'océan. Du fait de son étendue, des sous-saturations régionales en CO2 de l'océan de surface et des vents forts qui y règnent, l'océan Sud est soupçonné d'être la région océanique qui absorbe le plus de carbone. Cependant, il s'agit d'une région mal connue, peu de mesures in situ étant effectuées dans cette zone à cause des conditions météorologiques extrêmes qui y règnent. Depuis 2001, 8 bouées dérivantes CARIOCA ont dérivé entre 42°S et 52°S, totalisant 44mois de mesures horaires de la pression partielle de CO2 (pCO2), de la température, de la salinité, de la fluorescence dans l'océan de surface, de la pression atmospherique et du vent réparties sur toutes les saisons. En outre, six nouvelles bouées seront déployées dans l'océan Atlantique Sud dans les trois prochaines années. Les zones et périodes échantillonnées par les bouées CARIOCA sont presque toujours sous saturées en CO2 par rapport à l'atmosphère. Nous avons identifié, à partir de corrélations entre pCO2 (mesurées soit par bateau, soit par les bouées dérivantes), la température, la salinité ou la teneur en chlorophylle télédétectée, plusieurs grandes régions (appelées ‘provinces biogéochimiques') caractérisées par des régimes de variabilité différents (dominés soit par le mélange, soit par l'activité biologique..). En outre, les mesures CARIOCA montrent une variabilité du CO2 océanique très importante à l'échelle kilométrique, variabilité inaccessible depuis les mesures bateau. Pour déterminer le flux air-mer sur de grandes zones de l'Océan Sud, la démarche proposée est la suivante : 1) déterminer les frontières de chaque province biogéochimique ainsi que leur variabilite saisonniere au moyen de mesures télédétectées et/ou de connaissances climatologiques, 2) identifier dans chaque province les processus dominant la variabilité à moyenne échelle du CO2 océanique et les paramétrer de façon empirique en fonction de quantités accessibles par télédétection, 3) caractériser, au moins de façon probabiliste, la variabilité à petite échelle. Cette démarche devrait conduire à une meilleure compréhension des processus contrôlant les flux air-mer de CO2 dans chaque province, à une meilleure estimation de la répartition spatio-temporelle des flux et fournir ainsi des éléments de validation pour les flux déduits de modèles biogéochimiques ou de modèles inverses atmosphériques. Elle conduira en outre à une meilleure description et compréhension de l'origine de la variabilité de la salinité de surface sur cette région. En parallèle aux études sur les flux air-mer de CO2, je me suis impliquée depuis 1999 dans des études prospectives sur la télédétection de la salinité de surface de la mer (SSS) par radiométrie hyperfréquence en bande L (longueur d'onde 21cm ; la pénétration de la mesure radiométrique en bande L est de l'ordre de 1cm). La SSS est contrôlée par les échanges d'eau douce à l'interface air-mer (bilan évaporation – précipitation), par l'advection océanique et le mélange de masses d'eau de salinité différentes. Actuellement la description de sa variabilité est très imparfaite du fait du faible nombre de mesures in situ. La télédétection par radiométrie en bande L permettra de multiplier les mesures mais, à cause du faible rapport signal sur bruit de la mesure radiométrique à la SSS, la précision attendue sur une SSS individuelle est de l'ordre de 1psu, bien moins bonne que celle accessible avec les instruments traditionnellement utilisés en mer. L'instrument SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) accepté par l'Agence Spatiale Européenne (ESA) devrait être lancé en 2007, l'instrument Aquarius accepté par la NASA devrait être lancé an 2009. L'objectif fixé pour les deux missions est d'atteindre une précision de 0.2psu pour des SSS moyennées sur 200x200km2, 10 jours. Au moyen d'un modèle d'émissivité que nous avons développé et d'un simulateur d'instrument, nous avons montré que cet objectif était réalisable avec les mesures SMOS à condition que les fortes contraintes imposées sur la précision absolue de la mesure radiométrique soient respectées et que la précision des corrections géophysiques soit particulièrement soignée (en particulier la correction de l'effet de rugosité de la surface de la mer). Je participe d'ici 2007, à des études visant à l'amélioration du modèle de transfert radiatif, à la définition des données auxiliaires et du modèle d'inversion devant être utilisés par l'Agence spatiale Européenne pour l'obtention de la SSS. Lorsque les premières mesures SMOS seront disponibles, je m'impliquerai, dans un premier temps, dans la validation des mesures afin de mieux appréhender les atouts et les défauts de ce nouveau type de mesures et d'optimiser leur utilisation pour des études scientifiques océaniques. Une fois ces mesures validées, je souhaite mettre à profit leur couverture synoptique pour mieux décrire la variabilité de la SSS, améliorer la compréhension des mécanismes qui en sont la cause et en déduire des améliorations sur les estimations de flux air-mer de CO2. En effet si pCO2 en un point donné est peu sensible aux phénomènes de dissolution/évaporation, il est par contre fortement dépendant de l'advection et des mélanges de masses d'eau différentes dont la SSS peut servir de traceur, comme par exemple l'advection de zones fortement dessalées dans le Pacifique équatorial ou les rejets de grands fleuves.

The warm pool region of the western tropical Pacific is of particular interest to atmospheric dynamics because it represents a significant source of energy to the atmosphere. A better understanding of heat transfer driven by mesoscale and turbulent circulations within this region could lead to improved global circulation models, and therefore to improved prediction of global weather patterns. A first step to this understanding is to evaluate empirical data as well as the methods used to estimate heat transfer, or heat flux, at the surface. Of specific interest here are latent heat flux, the heat transfer associated with evaporation, and sensible heat flux, the heat transfer associated with convection and conduction. In this paper, two different methods of turbulent flux calculation, eddy correlation and the bulk aerodynamic method are compared. Eddy correlation directly uses turbulence measurements to estimate heat flux whereas the bulk aerodynamic method relies on similarity theory to relate heat flux to mean flow quantities. A brief discussion of selection of averaging length based on flight altitude is included, as well as a comparison of errors introduced in averaging velocity as a scalar or as a vector. Errors introduced by averaging, including mesoscale flux enhancement, are evaluated for strong and weak wind cases during relatively light convection in the region. Finally, month to month variability in heat flux is evaluated in an effort to further understand the accuracy of various approximations used in flux calculation. / Graduation date: 2002

A simple atmosphere and ocean model of relevance to El Nino and Southern Oscillation (ENSO) is discussed. Both the atmosphere and ocean models are two layer, three dimensional, linear and baroclinic, and generally follow the Oregon State University coupled general circulation model. However, the parameterization differs considerably from previous work in the treatment of the atmospheric latent heat release. This new parameterization follows the formula used in the theory of conditional instability of the second kind (CISK). In this the latent heat release is proportional to the low level convergence. Utilizing the "Comprehensive Ocean Atmosphere Data Set" (COADS), which contains all oceanic and atmospheric surface variables over the global ocean from 1946-1979, experimental model results are discussed for determination of the validity of the parameterizations. In particular, the years 1957, 1965 and 1972 in which El Nino events occurred are examined. The parameterization is deemed to be realistic, and should permit simulation of the El Nino upon coupling the two models. / Graduation date: 1988

For the purpose of investigating the fundamental nature of the interannual oscillation observed in the tropical Pacific in conjunction with El Nino/Southern Oscillation (ENSO), the Comprehensive Ocean Atmosphere Data Set was analyzed. Based upon this analysis, an "intermediate" tropical atmosphere-ocean coupled model was developed. For reason of their particular importance to atmosphere-ocean interactions, moisture processes such as condensation-convergence, evaporation-sea surface temperature and evaporation-wind feedbacks were given special emphasis in both the data analysis and modeling processes. The atmospheric component of the model is based on the first baroclinic mode, which is driven by the atmospheric internal heating. The oceanic model consists of two layers with an imbedded oceanic mixed-layer, by which SST is predicted. The present study has demonstrated that despite the structural simplicity of the oceanic model, it is capable of simulating mean oceanic circulation. In preparation for coupling, individual models were first tested with the use of appropriate time-dependent boundary conditions specified from the composite ENSO data. Both model simulations reproduced the major features associated with the ENSO events. Coupling was performed following the imposition of wind stress anomalies over the western Pacific for a given time period and the removal of all external forcing for a period of eight years thereafter. The coupled responses simulated during the the first two-year period provided reasonable simulations of the following ENSO-like features: the appearance of warm sea-surface temperature anomalies in the central Pacific, deepening/shallowing of mixed-layers in the eastern/western Pacific, weakening of the trades in the central Pacific, strengthening/weakening of the North Equatorial Counter Current/South Equatorial Currents, and enhanced convective activities around the dateline. The long-term coupled integration showed a pattern of interannual oscillation over a period of approximately three years. The results obtained from this coupling study have illustrated (1) that the necessary condition for the interannual oscillation is the interaction between the atmosphere and the ocean and (2) that it is likely that oceanic wave dynamics plays a crucial role in the determination of the growth and decay of ENSO events. / Graduation date: 1991

Thesis (M.S.)--University of Delaware, 2007. / Principal faculty advisor: Fabrice Veron, College of Marine and Earth Studies. Includes bibliographical references.

Thesis (M.Eng.)--Memorial University of Newfoundland, 2005. / Bibliography: leaves 71-76.

Thesis (Ph. D.)--University of Rhode Island, 2006. / Typescript. Includes bibliographical references (leaves 94-101).

Thesis (Ph. D.)--University of Hawaii at Manoa, 2005. / Includes bibliographical references (leaves 135-148).

Thesis (Ph. D.)--York University, 2000. Graduate Programme in Chemistry. / Typescript. Includes bibliographical references (leaves 370-416). Also available on the Internet. MODE OF ACCESS via web browser by entering the following URL: http://wwwlib.umi.com/cr/yorku/fullcit?pNQ59143