La région tropicale est le principal point d'entrée des espèces troposphériques dans la stratosphère. Elles sont ensuite redistribuées vers les hautes latitudes via la circulation de Brewer Dobson. Toute modification des constituants stratosphériques aux tropiques aura un impact sur leur distribution aux moyennes latitudes. Les colonnes d'O3 et de NO2 aux tropiques sont disponibles à partir des stations SAOZ (spectromètres UV-Vis): à Bauru (22°S-49°W) depuis 1995 et à La Réunion (21°S-55°E) depuis 1993. Une analyse par régression multiple des variations des colonnes a permis de quantifier l'impact de paramètres géophysiques et solaires sur leurs variabilités. Ainsi, le cycle saisonnier correspond à 40% de leurs modulations. Les cycles les plus influents sur les variations de ces espèces sont par ordre décroissant: l'Oscillation Quasi-Biennale avec 40%, le couplage El-Niño et Oscillation Australe avec 25% pour l'O3 et 20% pour le NO2, le Flux solaire avec 15 et 18%, et les aérosols avec 20 et 12%. Après soustraction de ces influences, les variations résiduelles d'O3 sont non significatives. Celles de NO2 indiquent une augmentation des colonnes de 2001 à 2006, suivie d'une diminution en 2007. À partir des variations du flux de chaleur turbulente, des variations d'intensité des échanges méridionaux au travers de la barrière subtropicale ont pu être identifiées à partir de 2001. Ces déformations sont constatées à travers les modulations de la latitude équivalente des 2 stations. La prise en compte de ces variations a permis de détecter une augmentation de NO2 aux tropiques (3%/dec) cohérente avec celle de N2O (2.5%/dec), gaz source des oxydes d'azote dans la stratosphère.

Un néphélomètre polaire de laboratoire a été développé afin de mesurer la diffusion de la lumière suivant 2 directions de polarisation par des particules. Les concentrations minimales détectables et l'incertitude de mesure ont été évaluées. Une méthode d'inversion de ces données par une look-up table a été développée afin de restituer l'indice de réfraction complexe et la granulométrie des particules sphériques. Les résultats sont que pour les particules faiblement absorbantes seule la partie réelle peut être chiffrée. Si les particules sont fortement absorbantes seule la partie imaginaire est retrouvée. Autrement la méthode restitue l'indice de réfraction complexe et la granulométrie. Cette méthode, utilisée avec des mesures réelles collectées en laboratoire ainsi qu'avec des mesures collectées en nuage (2 nuages,1 contrail) avec un néphélomètre aéroporté, a montré de bonnes performances. Ceci a mis en évidence que les particules des contrails ne sont pas des particules d'eau sphériques.

Ce travail est une contribution à une meilleure connaissance des facteurs influençant la composition de l'atmosphère. La specificité de notre étude est de coupler, sur un ensemble de sites (puy de Dôme, Opme et Cézeaux), des observations sur la composition chimique et l'activité des radionucléides dans les différents compartiments nuage/pluie/aérosol. Nous observons, dans la phase aérosol, des concentrations ioniques et carbonées et une activité de radionucléides plus élevées l'été que l'hiver au puy de Dôme. L'étude des pluies indique que l'activation et le lessivage des particules sont des facteurs prépondérants dans la composition de la pluie. Ceci est confirmé par une étude des facteurs environnementaux et structurels des pluies qui ne semblent pas influencer de façon significative les rapports de lessivage. Notre travail met en avant le rôle de transport longue distance de polluants particulaires dans la composition de la phase liquide atmosphérique.

Ce travail porte sur le développement d'un module microphysique de nuages liquides et glacés dans un modèle de chimie multiphase (Leriche et al., 2001). Le modèle complet a été appliqué afin d'évaluer le rôle de ces nuages sur les teneurs en polluants atmosphériques. Les nuages modulent le transport horizontal et vertical des polluants ainsi que leur lessivage via les précipitations, ils sont aussi le siège de réactions chimiques complexes. En paramétrisant la répartition des polluants entre les différentes phases du nuage via des processus comme le givrage, la croissance des cristaux par dépôt de vapeur, la fonte et la collection des hydrométéores, il est montré l'importance de la phase glace et de la morphologie des cristaux dans l'évolution chimique du nuage. Des scénarios de formation nuageuse sont définis à partir de masses d'air continentale et / ou marine, pour voir l'influence de la capacité du nuage à précipiter sur la composition chimique des hydrométéores. Des tests sur la rétention et l'enfouissement pilotant les échanges avec la phase glacée lors du givrage et de la croissance par dépôt de vapeur respectivement ont été menés pour conclure au rôle majeur joué par la glace dans le bilan des espèces traces

Nous présentons une étude expérimentale du "spin-up" et "spin-down" en présence d'une stratification linéaire sur un fond plat. Deux comportements très différents ont été mis en évidence selon la valeur du nombre de Burger, une mesure de l'importance relative de la stratification et des effets de Coriolis. Pour des nombres de Burger supérieurs à un, l'écoulement est remarquablement axisymétrique en dehors des couches limites, et aucune instabilité n'est observée malgré le grand nombre de Reynolds. Le confinement de la circulation secondaire du à la stratification est bien décrit par la théorie de Walin (1969), qui omet la viscosité. Cependant, le "spin-up" non-uniforme de l'intérieur provoque des gradients verticaux d'écoulement sensiblesaux effets visqueux. En conséquence, la comparaison avec la théorie montre un taux plus rapide de décroissance de l'écoulement azimutal.On propose une prise en compte simplifié de la diffusion verticale de quantité de movement dans la solution analytique de Walin. Aux temps courts, l'écoulement initial est correctement décrit par l'addition d'effets diffusifs visqueux, mais l'écart entre la théorie et les mesures persiste pour des temps intermédiaires. Pour des nombres de Burger inférieurs à un, le comportement de l'écoulement est très différent. La pénétration plus profonde de la circulation secondaire réduit notamment les gradients verticaux devitesse. La décroissance de la vitesse azimutale est presque verticalement uniforme et le développement des perturbations non-axisymmetriques est observé. Le déclin initial est bien décrit par la solution analytique. Cependant, la décroissance expérimentale est plus faible que la prédiction théorique pour des temps plus longs. L'écart correspond à l'apparition d'une instabilité. Cerésultat est en contradiction avec Smirnov et al. (2005), qui affirment que la formation de tourbillons à grande échelle fournit un mécanisme supplémentaire pour transporter le moment angulaire des frontières vers l'intérieur. En revanche, le transport radial de quantité de movement des couches limites latérales vers l'intérieur expliquerait la plus forte décroissance expérimentale aux temps longs. Le modèle classique d'Eady est cohérent avec les structures expérimentales observées. En considérant une dérivation de ce modèle par Smirnov et al. (2005), ainsi que des conditions initiales pertinentes, nous trouvons une estimation raisonnable du taux de croissance de l'instabilité, ce qui n'aurait pas été le cas avec la théorieclassique d'Eady. Ainsi, le mécanisme de l'instabilité barocline est l'explication la plus plausible pour l'existence d'une instabilité à grand nombre d'onde dans les processus de "spin-up" et "spin-down".

L'étude des flux et du devenir du fer atmosphérique dans l'eau de mer est essentielle pour estimer sa contribution au stock de fer dans l'océan de surface et donc sa contribution dans les cycles biogéochimiques. Pour de larges zones océaniques de l'hémisphère Sud, inexplorées en ce qui concerne les aérosols, ce travail montre que les apports de fer atmosphérique sont liés à de très faibles concentrations de particules d'origine lithogénique ayant voyagé sur de très longues distances. Les flux de fer vers l'océan, déterminés au cours de ce travail, sont largement inférieurs (de 1 à 2 ordres de grandeur) aux estimations récentes par des modèles globaux de poussières minérales, qui sont largement utilisés dans les modèles biogéochimiques. En ce qui concerne le devenir du fer atmosphérique dans l'eau de mer, ce travail propose de considérer le processus de dissolution comme la combinaison d'un processus rapide (considéré instantané) et d'un processus lent (à l'échelle de plusieurs jours). Le processus instantané est contrôlé par des paramètres physico-chimiques des particules qui dépendent à la fois de la nature (source) et de l'histoire (transport dans l'atmosphère des particules) des aérosols à l'interface océan-atmosphère. Le processus « lent » dépend de la quantité de ligands libres dans l'eau de mer et est proportionnel à la quantité de matière organique dissoute. La dissolution du fer transporté par les particules atmosphériques est donc liée à la fois aux sources, au transport et à la nature de l'eau de mer où elles se déposent, illustrant l'impossibilité de considérer une valeur unique de dissolution du fer atmosphérique à l'échelle globale. Une paramétrisation intégrant ces différents forçages est proposée. Ce travail, en estimant à la fois les flux et la dissolution, montre que pour certaines zones océaniques, la connaissance des flux présente une incertitude au moins aussi importante que celle de la dissolution.

Measurements of temperature and salinity in the upper 5 m of the ocean along the equator showed cool fresh anomalies due to rain showers. The measurements were made between 140 W and 110 W during April 1987, an El Nino year. The eastern equatorial Pacific was characterized by weak winds (3 m/s average), high rainfall (1.6 cm/day), and warm surface temperatures (28.4 C). Measurements of temperature were made from a catamaran float at 0.5 and 1 m depth and at 5 m depth from the ship. Salinity was measured at a depth of 1 m from the float and 5 m from the ship. The float was towed off of the port side of the ship outside of the bow wake. Near-surface low temperature and low salinity anomalies due to cool rainfall were encountered. These anomalies were on average cool and fresh by 0.02 C and 0.2 PSTJ with maximum values of 0.5 C and 1.6 PSU. The horizontal extent of the anomalies ranged from less than 10 to more than 100 km. Rainfall depths estimated from salt conservation agreed roughly with shipboard rain-gauge measurements. The characteristic lifetime of the anomalies, estimated from the ratio of the average rain depth to average rain rate, was about 10 hrs. Rainfall temperatures were computed from the T-S mixing curves for three large, newly-formed anomalies. The average rainfall temperature was 21 C. Ocean buoyancy fluxes estimated for intense rain showers were an order of magnitude larger than the fluxes in the absence of rain. / Graduation date: 1992 / Best scan available for p.15-16, 35. Original is a black and white photocopy.

Les aspérités géométriques d'un plan de faille contrôlent en partie toutes les étapes de la rupture sismique, depuis sa nucléation jusqu'à l'arrêt du séisme. L'objectif de ce travail est de caractériser la morphologie des surfaces de faille sur la large gamme d'échelles spatiales impliquées dans les tremblements de terre, puis d'explorer son influence sur l'organisation spatiale du glissement et des contraintes. L'approche utilisée inclue des observations de terrain couplées à une étude numérique et théorique. La combinaison de méthodes récentes de mesures topographiques (LiDAR, rugosimètre laser, interféromètre à lumière blanche), qui couvrent des gammes d'échelles spatiales complémentaires, permet de proposer un modèle géométrique cohérent de cinq zones de failles étudiées (Alpes françaises, Apennins, Turquie, Californie, Nevada). La rugosité des surfaces de failles montre des propriétés de dépendance d'échelle, et plus précisément suit un régime auto-affine anisotrope (l'exposant de rugosité est Hpara = 0.6 dans la direction du glissement et Hperp = 0.8 dans la direction perpendiculaire) depuis la centaine de micromètres jusqu'à plusieurs dizaines de mètres. En complément, l'analyse de la rugosité des ruptures de surface de huit tremblements de terre continentaux majeurs montre qu'un unique régime auto-affine anisotropique et sans longueur caractéristique est maintenu jusqu'à l'épaisseur de la croute sismogénique. Cette description de la géométrie des surfaces de failles et des traces de ruptures, est indépendante du contexte géologique. Plus particulièrement, cette étude met en avant que dès lors qu'un glissement cumulé métrique est atteint sur une faille, la complexité géométrique des portions actives des zones de failles est maintenue quel que soit le déplacement supplémentaire accommodé. Finalement, motivé par des observations de terrain, il est proposé que le processus dominant à l'origine de la rugosité des surfaces de failles puisse être l'interaction mécanique et la coalescence de segments multi-échelles. Deux conséquences émergent de cet état de rugosité. Les distributions spatiales du champ de glissement d'une part et du champ des contraintes lors d'un tremblement de terre d'autre part peuvent être expliquées par la présence de deux interfaces rugueuses auto-affines pressées élastiquement et cisaillées. Notamment, en utilisant un modèle numérique de propagation d'une rupture sur une interface hétérogène, la corrélation entre la rugosité 3-D des failles et la distribution spatiale 2-D du glissement dans le plan est clarifiée. Il est proposé que les hétérogénéités spatiales du glissement visibles sur les modèles cinématiques de rupture sismique soient préférentiellement dominées par les complexités géométriques locales plutôt que par la dynamique du front de rupture lui-même. Par ailleurs, les propriétés auto-affines des lèvres de la faille impliquent que les fluctuations spatiales de la chute de contrainte lors d'un séisme augmentent vers les courtes longueurs d'ondes ; ce qui est confirmé par des observations sismologiques. En considérant un modèle de rupture en cascade, il est alors probable que les failles sont fortement inhomogènes, avec des grands tremblements de terre composés d'une somme de petites aspérités multi-échelles qui subissent de fortes chutes de contrainte. Cette étude met en lumière l'importance des hétérogénéités locales en contrainte et en glissement dans la mécanique des tremblements de terre, et propose de les relier à des propriétés morphologiques self-affines de la surface de faille.

"The main objective of this study is to examine the influence of global SSTAs [sea surface temperature anomalies] on rainfall over eastern Africa (Fig. 1) using Florida State University T21 Global Spectral Model (FSUT21GSM) during the southern hemisphere summer of 1982 (wet year) and 1983 (dry year) (Fig. 2)"--Leaf 3. / Typescript. / "Summer Semester, 1991." / "Submitted to the Department of Meteorology in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science." / Advisor: T. N. Krishnamurti, Professor Directing Thesis. / Includes bibliographical references.

Thesis (S.M.)--Joint Program in Applied Ocean Physics and Engineering (Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Ocean Engineering; and the Woods Hole Oceanographic Institution), 1998. / Includes bibliographic references (p. 77-83). / This thesis presents an investigation of the influence of surface waves on momentum exchange. A quantitative comparison of direct covariance friction velocity measurements to bulk aerodynamic and inertial dissipation estimates indicates that both indirect methods systematically underestimate the momentum flux into developing seas. To account for wave-induced processes and yield improved flux estimates, modifications to the traditional flux parameterizations are explored. Modification to the bulk aerodynamic method involves incorporating sea state dependence into the roughness length calculation. For the inertial dissipation method, a new parameterization for the dimensionless dissipation rate is proposed. The modifications lead to improved momentum flux estimates for both methods. / by Michiko J. Martin. / S.M.