Two problems in oceanic/atmospheric modelling are examined in this thesis. In the first problem the release of fresh water from a midlatitude estuary to the continental shelf is modelled numerically as a Rossby adjustment problem using a primitive equation model. As the initial salinity front is relaxed, a first baroclinic mode Kelvin wave propagates into the estuary, while along the continental shelf, the disturbance travels in the direction of coastally trapped waves but with a relatively slow propagation speed. When a submarine canyon extends offshore from the estuary, the joint effect of baroclinicity and bottom relief provides forcing for barotropic flow. The disturbance now propagates along the shelf at the first coastally trapped wave mode phase speed, and the shelf circulation is significantly more energetic and barotropic than in the case without the canyon. For both the experiments with and without a canyon an anticyclonic circulation is formed off the mouth of the estuary, generated by the surface outflow and deeper inflow over changing bottom topography. As the deeper inflow encounters shallower depth, the column of fluid is vertically compressed, thereby spinning up anticyclonically due to the conservation of potential vorticity. This feature is in qualitative agreement with the Tully eddy observed off Juan de Fuca Strait. A study of the reverse estuary (where the estuarine water is denser than the oceanic water) shows that this configuration has more potential energy available for conversion to kinetic energy than the normal estuary. Bass Strait may be considered as a possible reverse estuary source for the generation of coastally trapped waves. Model solutions are compared with field observations in the Bass Strait region and with the results of the Australian Coastal Experiment. The effects of a wider shelf and a wider estuary are examined by two more experiments. For the wider shelf, the resulting baroclinic flow is similar to that of the other runs, although the barotropic flow is weaker. The wide estuary model proves to be the most dynamic of all, with the intensified anticyclonic circulation now extending well into the estuary. In the second problem the effect of the horizontal structure of midlatitude oceanic heating on the stationary atmospheric response is examined by means of a continuously stratified model and a simple two level model, both in the quasigeostrophic β-plane approximation. Solutions are obtained for three non-periodic zonal heating structures (line source, segmented cosine, and segmented sine). Little difference is observed between the solutions for these two different models (continuously stratified and two level). There are two cases which emerge in obtaining analytic solutions. In case 1, for large meridional wavenumbers, there exists a large local response and a constant downstream response. In case 2, for small meridional wavenumbers, the far field response is now sinusoidal. A critical wavenumber separating these two cases is obtained. The effect of oceanic heating on the atmosphere over the Kuroshio region is examined in an attempt to explain the large correlations observed between winter Kuroshio oceanic heat flux anomalies, and the winter atmospheric surface pressure and 500 & 700 mb geopotential heights, both upstream and downstream of the heating region. In both models, the response is consistent with the observed correlations. When western North Pacific heating and eastern North Pacific cooling are introduced into the models, a large low pressure response is observed over the central North Pacific. This feature is in excellent agreement with the observed correlations. A time dependent, periodic, two level model (with and without surface friction) is also introduced in order to study the transient atmospheric response to oceanic heating. The height at which the thermodynamic equation is applied is found to be crucial in determining the response of this model. When the heating is entered into the model near to the surface, unstable modes are prevalent sooner than they would be when the heat forcing is applied at a higher level. As in the steady state models, two cases dependent on the meridional wavenumber ɭ emerge in the analysis. For small scale meridional heating structures (large ɭ), the response consists of an upper level high and a lower level low which propagate eastward with time. For large scale meridional heating structures (small ɭ) the response essentially consists of a wavenumber 3-4 perturbation superimposed on the solution for large ɭ. / Science, Faculty of / Mathematics, Department of / Graduate

Thesis (M.S.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Meteorology and Physical Oceanography, 1982. / Microfiche copy available in Archives and Science / Vita. / Bibliography: leaves 120-127. / by Robert Steven Chen. / M.S.

Thesis. 1977. Ph.D.--Massachusetts Institute of Technology. Dept. of Meteorology. / Microfiche copy available in Archives and Science. / Vita. / Bibliography : leaves 206-218. / Ph.D.

Includes vita. / Title from PDF of title page. / Document formatted into pages; contains 119 pages. / Thesis (Ph.D.)--University of South Florida, 2003. / Includes bibliographical references. / Text (Electronic thesis) in PDF format. / ABSTRACT: The air-sea interaction thermodynamics of the western equatorial Pacific, the Earth's largest region of warm SST, is a major component of the global climate system. Along the equator, warm pool thermodynamics and momentum are influenced by equatorial ocean visco-inertial boundary layer dynamics that occur within a few degrees of the equator because of the sign reversal of the Coriolis force. Designed to study this system, COARE Enhanced Monitoring Array (EMA) observations of temperature, salinity, velocity, and surface meteorology were centered at 0, 156°E from February 1992 through April 1994. They sampled variability on the equator over larger space/time-scales than the concurrent Intensive Flux Array (IFA) centered at 2°S, 156°E. The EMA data are examined within the context of the larger scale equatorial Pacific and the El Niño conditions that occurred at that time. / ABSTRACT: There is a structural change in the equatorial Pacific near the dateline resulting from the winds that are strong, steady, and easterly in the east and generally weak, punctuated by westerly wind bursts, in the west. East of the dateline the EUC's speed and transport increases downstream, while in the west it tends to be zonally uniform, consistent with the extra-tropical ocean interior water pathways that tend to converge on the equator east of the dateline. At 0°, 156°E in the western Pacific deep, seasonal upwelling (appearing stronger after the peak of the 1991/92 El Niño than during the following weaker El Niño year) occurs within the thermocline in boreal summer with magnitudes as large as upwelling in the eastern Pacific cold tongue. This large upwelling is associated with large downward turbulent heat flux and large turbulent shear stress. / ABSTRACT: While the inferred mixing is quantitatively inconclusive because of unresolved potential errors, it is consistent with the visco-inertial boundary layer concepts from early theory [e.g. Arthur 1960; Robinson 1960; Stommel 1960; and Charney and Spiegel 1971]. These findings suggest that the equatorial thermodynamics differ from those of the IFA. Further process experimentation is necessary to quantify these results. / System requirements: World Wide Web browser and PDF reader. / Mode of access: World Wide Web.

Thesis (Ph. D.)--University of Rhode Island, 1993. / Includes bibliographical references (leaves 173-181).

Thesis (Ph. D.)--Oregon State University, 2006. / Printout. Includes bibliographical references (leaves 195-211). Also available on the World Wide Web.

Ce travail de thèse concerne la caractérisation de la structure spatio-temporelle des fortes précipitations dans la région Cévennes-Vivarais. La région est soumise à des événements de pluie catastrophiques dont la magnitude gouverne les conséquences à différentes échelles de temps et d'espace. La détermination de la probabilité d'occurrence des orages est problématique à cause du caractère extrême des ces événements, de leur dimension spatio-temporelle et du manque de données pluviométriques aux échelles d'intérêt. Nous proposons d'adopter des approches d'invariance d'échelles afin d'estimer la fréquence d'occurrence de ces événements. Ces approches permettent d'extrapoler la distribution de la pluie à haute résolution à partir de données d'intensité pluvieuse à plus faible résolution. La paramétrisation de ces modèles étant fortement dépendante de l'incertitude de la mesure, nous avons d'abord caractérisé l'erreur commise dans la mesure de la pluie par un réseau de pluviomètres à augets. Nous avons ensuite exploré le comportement des pluies extrêmes dans la région d'étude, identifiant les gammes d'invariance d'échelles des extrêmes. Dans cette gamme d'échelles, nous présentons un modèle régional Intensité-Durée-Fréquence qui prend en considération l'hétérogénéité spatiale des extrêmes dans la région. Étant donné que le réseau pluviométrique ne permet pas de détecter les propriétés d'invariance d'échelle spatiale des champs de pluie, nous avons adopté une méthode semi-empirique pour modéliser des intensités de pluie intégrés sur des surfaces données (pluie surfacique) sur la base du concept de la mise en échelle dynamique (" dynamic scaling "). Cette modélisation permet la construction d'un modèle régional Intensité-Durée-Fréquence-Surface. Enfin, nous avons appliqué ce modèle à la construction des diagrammes de sévérité pour trois événements marquants en région Cévennes-Vivarais, afin d'identifier les échelles spatio-temporelles critiques pour chaque événement. Grâce aux diagrammes de sévérité, nous avons pu évaluer, pour ces mêmes événements, la performance d'un modèle météorologique de méso-échelle.

Le stockage géologique du CO2 est un des enjeux scientifiques majeurs envisagés pour contrôler le réchauffement climatique lié aux gaz à effet de serre. Le stockage en domaine sédimentaire nécessite une connaissance des facteurs stabilisant/destabilisant les réservoirs, qui peut être apportée par l'étude d'analogues naturels. L'utilisation de méthodes pétrographiques, microthermométriques et géochimiques appliquées aux carottes du forage V.Mo.2 traversant le réservoir naturel de CO2 de Montmiral (France), permettent de suivre les migrations de CO2. Dans le socle Paléozoïque, les inclusions fluides carboniques témoignent de la démixtion sous forte couverture d'un fluide aquo-carbonique chaud, probablement à la fin du Crétacé ou au Paléogène, qui marquerait le remplissage du réservoir de Montmiral. L'étude des unités sédimentaires sus-jacentes montre que le CO2 est resté confiné dans les niveaux rhéto-sinémuriens sous les marnes du Domérien à l'Oxfordien Moyen. Ces marnes jouent le rôle de barrière étanche aux fluides au cours des principaux stades de circulations reconnus. Un premier stade lié à l'extension téthysienne affecte les séries sous-jacentes aux marnes. Un deuxième stade, rattaché à la compression pyrénéenne grâce à une étude de terrain, induit une karstification des séries sus-jacentes à l'écran marneux. A la base du forage, c'est à cette période que le réservoir fuit, mais cette fuite reste confinée sous l'écran marneux. La stabilité du réservoir de Montmiral est due à la présence de l'épais niveau marneux et à la structuration en blocs du bassin de Valence et de son socle limités par des failles jouant le rôle de barrière latérale.

L'évolution topographique des chaînes de montagne résulte d'interactions complexes entre la tectonique et le climat via l'action des processus de surface. La quantification de l'évolution du relief passe par le développement d'outils méthodologiques permettant d'identifier les processus mis en jeu pour des échelles de temps (103-106 années) et d'espace (1-100 km) caractéristiques de contextes orogéniques. Dans cette étude, l'évolution Néogène et Quaternaire du relief des Alpes Européennes est abordée à partir d'une approche couplant la thermochronométrie basse-température in-situ (essentiellement (U-Th-Sm)/He et 4He/3He sur apatite) et la modélisation numérique. Le développement d'une méthode numérique associant la modélisation thermo-cinématique (Pecube) à un algorithme d'inversion (Neighbourhood Algorithm) permet l'interprétation quantitative de données thermochronologiques en termes d'histoires d'exhumation et d'évolution du relief. La quantification de l'évolution du relief reste néanmoins problématique et fortement dépendante du contexte géomorphologique étudié. Cette étude implique la nécessité de repenser a priori la stratégie d'échantillonnage et d'interprétation des données suivant le contexte géomorphologique considéré et le signal d'exhumation que l'on cherche à quantifier via la thermochronologie. Enfin, l'application de cette approche à un jeu de données thermochronologiques échantillonnées dans le massif des Ecrins-Pelvoux (Alpes françaises) révèle l'existence d'un épisode d'exhumation rapide cessant autour de ~5-6 Ma, encadré par des taux d'exhumation plus modérés. Cependant, les données ne permettent pas de conclure quant à l'évolution tardi-Néogène du relief dans le massif des Ecrins-Pelvoux. L'application de la thermochronométrie 4He/3He dans la vallée du Rhône (Alpes suisses), couplée à des données thermochronologiques issues de la littérature, confirme un épisode d'exhumation rapide jusqu'à ~5-7 Ma, et révèle une augmentation majeure du relief local (~1-1.5 km) associée au creusement des vallées par d'importants appareils glaciaires. Le début de cette phase de creusement correspond à la transition climatique Mi-Pléistocène (~1 Ma) depuis des cycles glaciaires symétriques de 40 ka vers des cycles asymétriques (100 ka) de plus forte amplitude. Ces données permettent également de reconstruire la topographie pré-glaciaire du bassin versant du Rhône, et ainsi d'évaluer, à une échelle plus globale, l'impact des glaciations Pléistocènes sur l'évolution du relief. Des résultats préliminaires issus de la modélisation numérique des processus glaciaires mettent en évidence le potentiel d'une telle approche afin de tester quantitativement l'influence de la transition climatique Mi-Pléistocène sur le développement du relief alpin, ouvrant de nouvelles perspectives de recherche. Enfin, l'étude de l'évolution topographique post-glaciaire dans le massif des Ecrins-Pelvoux (modélisation numérique et utilisation du 10Be cosmogénique produit in-situ) met en évidence une dynamique d'érosion fluviale pouvant atteindre localement des vitesses de l'ordre du cm an-1, illustrant l'évolution géomorphologique rapide en réponse à la transition climatique entre le tardi-Pléistocène et l'Holocène.

La thèse se concentre sur le suivi temporel des vitesses sismiques, notamment dans des zones de faille actives. En corrélant les signaux générés par le bruit ambiant, il est possible d'estimer la fonction de Green du milieu. Par le suivi continu de ces fonctions, des changements de vitesse dans le milieu peuvent être détectés. Les méthodes de suivi temporel sont appliquées aux données provenant d'une zone de faille active à Parkfield, Californie, ce qui permet de détecter deux chutes de vitesse. Ces dernières coïncident avec des évènements sismiques régionaux, la plus importante concernant un évènement proche des stations. Les deux chutes de vitesse sont suivies d'une récupération postsismique progressive. Pour mieux comprendre la fiabilité des mesures on a effectué des expériences en laboratoire. Un résultat intéressant de ces expériences montre que la reconstruction exacte de la fonction de Green n'est pas nécessaire pour le suivi temporel, ce qui ouvre la voie à de nombreuses possibilités d'applications en sismologie. Grâce à cette connaissance, la série de données de Parkfield a été ré-analysée. En améliorant la résolution temporelle à 1 journée, on montre que la chute de vitesse observée est cosismique avec le séisme de Parkfield. On a établi que les fluctuations de vitesse ne sont pas simplement corrélées aux variations de la distribution de sources du bruit obtenue par formation de voies. Enfin, les méthodes développées sont appliquées à un séisme au Japon. Le réseau étant de taille beaucoup plus grande que celui utilisé pour l'étude de Parkfield, ces données sont analysées pour étudier la dépendance entre la distance stations-séisme et la chute de vitesse mesurée.