Les aérosols influencent le bilan radiatif global et les processus nuageux. Leurs propriétés optiques et physico-chimiques sont mesurées au sol avec une grande précision à l'échelle locale. Les satellites permettent un suivi des aérosols à des résolutions spatio-temporelles raisonnables. Deux instruments et leurs algorithmes sont utilisés pour restituer les épaisseurs optiques des aérosols au dessus des océans et des terres : un a été appliqué aux données AATSR afin de restituer l'épaisseur optique dans le visible alors que l'autre permet de restituer les propriétés optiques dans l'UV à partir de OMI. Ces algorithmes ont été développés et testés sur le Nord-Ouest de l'Europe et sur le bassin amazonien. Les cas étudiés se situaient dans des zones industrialisées avec des couches d'aérosols de forte épaisseur optique sous le vent de sources locales avec de forts gradients de concentration. Les résultats montrent une bonne restitution des concentrations en aérosols.

Les grands ports de marchandises sont généralement proches de zones urbaines très peuplées et de zones industrielles comportant des raffineries de pétrole, des complexes métallurgiques, des cimenteries, et des transports par rail, par route et par mer. Ces activités font des domaines portuaires des sources très importantes de pollution de l'air. Les mesures de concentrations de NO_x, SO₂, O₃ et des constituants chimiques de la matière particulaire (PM) ont été effectuées en 2005 et 2006 dans l'agglomération du port de Dunkerque dans le cadre de l'Institut IRENI. Dans des conditions de dépression atmosphérique, les vents dominants préservent l'air de la zone urbaine des émissions de la zone d'activité. Par contre dans des conditions anticycloniques, la faible dispersion ainsi que les phénomènes de brise de mer concentrent les émissions locales. Les analyses chimiques effectuées sur des échantillons de PM prélevées en fonction du diamètre aérodynamique (D_a) des particules montrent que les ions (Na⁺, NH₄⁺, Cl^-, NO₃^-, SO₄²), les éléments métalliques (Fe, Zn, Pb, Cd, etc...) et les composés organiques (EC, OC) sont associés à des particules sub- et/ou supermicroniques. Les imageries Raman et d'émission X (MEBE-EDS) sont obtenues sur des particules individuelles des fractions 1

Cette thèse apporte une meilleure compréhension des interactions océan-atmosphère au sein d'évènements extrêmes que sont les cyclones tropicaux. L'étude de la réponse océanique aux cyclones et de sa rétroaction a permis de souligner l'importance de la dynamique océanique et atmosphérique et tend à contredire les estimations extrêmes faites précédemment à partir de modèles théoriques simplifiés. L'impact des cyclones sur le climat est probablement surestimé dans les études qui négligent les processus d'advection et la ré-émergence d'anomalies océaniques en surface durant l'hiver. La rétroaction négative du refroidissement de surface induit par les cyclones est également surestimée dans les études théoriques en raison des fortes hypothèses faites sur les échelles de temps impliquées dans le processus d'intensification des cyclones. De même, la structure océanique à grande et moyenne échelle est souvent négligée (par exemple dans les indices de cyclogenèse), alors qu'elle module fortement les mécanismes de couplage. Enfin, l'utilisation de modèles à méso-échelle et de simulations à long terme produisant un grand nombre d'événements est essentielle afin de séparer un mécanisme robuste d'effets anecdotiques.

L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre les variations temporelles des signaux altimétriques sur la calotte polaire Antarctique. Nous exploitons les observations effectuées par l'altimètre à bord d'ENVISAT entre janvier 2003 et décembre 2007. Ces observations s'étendent jusqu'à 82°Sud, ce qui permet de couvrir environ 80% du continent Antarctique. Pendant la période d'étude deux fréquences sont exploitables (Bande S, soit 3.2GHz, et Bande Ku soit 13.6GHz), ce qui permet de mieux cerner la sensibilité de la mesure aux variations d'état du manteau neigeux couvrant la calotte polaire Antarctique. L'état de la surface neigeuse en Antarctique varie dans l'espace comme dans le temps, en réponse aux événements météorologiques de proche surface, et tout particulièrement les vents. Selon l'état de la surface, l'onde électromagnétique émise par l'altimètre va pénétrer plus ou moins profondément dans le manteau neigeux, modifiant la forme de l'écho enregistré lorsque cette onde retourne au satellite. La précision des mesures de topographie de la calotte polaire dépend alors de la connaissance des propriétés de surface, ainsi que de la compréhension des mécanismes contrôlant l'interaction des ondes électromagnétiques avec la surface neigeuse. Nous étudions dans cette thèse comment la forme de l'écho altimétrique évolue lorsque les conditions de vent à la surface de la calotte polaire changent, et affectent l'état de la surface. Nous commençons par étudier la variabilité spatiale et temporelle des observations altimétriques d'une part, et des intensités de vent d'autre part (réanalyses des modèles atmosphériques globaux NCEP/NCAR, NCEP/DOE et ERA-Interim). Nous en identifions les échelles de variations spatiales et temporelles caractéristiques. Cela nous permet de concevoir les traitements à appliquer afin d'homogénéiser les différentes sources d'information. Nous constatons que les variations de nos séries temporelles décrivent essentiellement un signal annuel, toujours maximal en été austral pour les variations de vents. En revanche les variations annuelles de la forme d'onde ne sont pas homogènes à l'échelle de la calotte polaire, mais mettent en évidence deux régions principales. Nous utilisons ensuite les propriétés de la forme d'onde altimétrique, et leurs variations temporelles pour reconstruire les variations d'intensité de vents. Nous obtenons de très bonnes cohérences, ce qui atteste la sensibilité de la mesure altimétrique aux changements d'état de la surface induits par les variations de vent. Nous utilisons en dernier lieu un modèle régional (MAR/LGGE), qui prend en compte les interactions des vents avec l'état de la surface avec une résolution spatiale plus fine. Cela nous permet de confirmer les résultats déjà obtenus, et de mettre en valeur les spécificités du modèle MAR. Les méthodes mises en jeu sont empiriques et les résutats obtenus qualitatifs. Nous avons toutefois identifié deux régions majeures, réagissant différemment aux variations de vents, que nous expliquons par l'existence de structures de surface particulières, et un impact différent des vents sur l'état de la surface.

Les oxydes d'azote atmosphériques (NOx=NO+NO2) sont des composés clefs en chimie de l'environnement, jouant un rôle central pour la capacité oxydante de l'atmosphère et le cycle de l'azote. La composition isotopique du nitrate atmosphérique (NO?3 particulaire et HNO3 gazeux), constituant leur puits ultime, renseigne sur leur bilan chimique. Le rapport 15N/14N donne une indication de leurs sources, alors que l'anomalie isotopique en oxygène (?17O=d17O-0.52×d18O) révèle la nature de leurs mécanismes d'oxydation. Des études couplées de d15N et ?17O d'échantillons de nitrate atmosphérique collectés dans l'Arctique, en Antarctique et dans l'atmosphère marine au dessus de l'Océan Atlantique, où le bilan des NOx est souvent mal connu ont été effectuées. À ces fins, le défi que constitue la mesure simultanée des trois rapports isotopiques du nitrate (17O/16O, 18O/16O et 15N/14N) dans le même échantillon représentant moins d'une micromole a été relevé. La solution adoptée tire avantage des propriétés d'une bactérie dénitrifiante, utilisée pour convertir le nitrate en N2O, dont la composition isotopique totale a été mesurée en utilisant un système automatisé de chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de masse de rapport isotopique. Les principaux résultats obtenus via les isotopes de l'oxygène permettent l'identification claire de transitions saisonnières entre voies d'oxydation des NOx, y compris le rôle majeur des composés halogénés réactifs au printemps polaire en régions côtières. Les isotopes de l'azote ont quant à eux permis d'apporter de nouvelles contraintes sur le cycle de l'azote dans les régions polaires, grâce au fractionnement significatif induit par les phénomènes de remobilisation post-dépôt affectant le nitrate dans le manteau neigeux, et l'émission de NOx qui en découle

A motion compensated ADV system was evaluated to determine its ability to make measurements necessary for characterizing the variability of the ambient current in the Gulf Stream. The impact of IMU error relative to predicted turbulence spectra was quantified, as well as and the ability of the motion compensation approach to remove sensor motion from the ADV measurements. The presented data processing techniques are shown to allow the evaluated ADV to be effectively utilized for quantifying ambient current fluctuations from 0.02 to 1 Hz (50 to 1 seconds) for dissipation rates as low as 3x10-7. This measurement range is limited on the low frequency end by IMU error, primarily by the calculated transformation matrix, and on the high end by Doppler noise. Inshore testing has revealed a 0.37 Hz oscillation inherent in the towfish designed and manufactured as part of this project, which can nearly be removed using the IMU. / Includes bibliography. / Thesis (M.S.)--Florida Atlantic University, 2014. / FAU Electronic Theses and Dissertations Collection

The concept of Intensity Duration Frequency (IDF) relationship curve presents crucial design contribution for several decades under the assumption of a stationary climate, the frequency and intensity of extreme rainfall nonetheless seemingly increase worldwide. Based on the research conducted in recent years, the greatest increases are likely to occur in short-duration storms lasting less than a day, potentially leading to an increase in the magnitude and frequency of flash floods. The trend analysis of the precipitation influencing the climate variability and extreme rainfall in the state of Florida is conducted in this study. Since these local changes are potentially or directly related to the surrounding oceanic-atmospheric oscillations, the following oscillations are analyzed or highlighted in this study: Atlantic Multi-Decadal Oscillation (AMO), El Niño Southern Oscillation (ENSO), and Pacific Decadal Oscillations (PDO). Collected throughout the state of Florida, the precipitation data from rainfall gages are grouped and analyzed based on type of duration such as short-term duration or minute, in hourly and in daily period. To assess statistical associations based on the ranks of the data, the non-parametric tests Kendall’s tau and Spearman’s rho correlation coefficient are used to determine the orientation of the trend and ultimately utilize the testing results to determine the statistical significance of the analyzed data. The outcome of the latter confirms with confidence whether there is an increasing or decreasing trend in precipitation depth in the State of Florida. The main emphasis is on the influence of rainfall extremes of short-term duration over a period of about 50 years. Results from both Spearman and Mann-Kendall tests show that the greatest percentage of increase occurs during the short rainfall duration period. The result highlights a tendency of increasing trends in three different regions, two of which are more into the central and peninsula region of Florida and one in the continental region. Given its topography and the nature of its water surface such as the everglades and the Lake Okeechobee, Florida experience a wide range of weather patterns resulting in frequent flooding during wet season and drought in the dry season. / Includes bibliography. / Thesis (M.S.)--Florida Atlantic University, 2016. / FAU Electronic Theses and Dissertations Collection

Thesis (S.M.)--Joint Program in Oceanography/Applied Ocean Science and Engineering (Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Mechanical Engineering; and the Woods Hole Oceanographic Institution), 2010. / Cataloged from PDF version of thesis. / Includes bibliographical references (p. 148-152). / Wind waves in the ocean are a product of complex interaction of turbulent air flow with gravity driven water surface. The coupling is strong and the waves are non-stationary, irregular and highly nonlinear, which restricts the ability of traditional phase averaged models to simulate their complex dynamics. We develop a novel phase resolving model for direct simulation of nonlinear broadband wind waves based on the High Order Spectral (HOS) method (Dommermuth and Yue 1987). The original HOS method, which is a nonlinear pseudo-spectral numerical technique for phase resolving simulation of free regular waves, is extended to simulation of wind forced irregular broadband wave fields. Wind forcing is modeled phenomenologically in a linearized framework of weakly interacting spectral components of the wave field. The mechanism of wind forcing is assumed to be primarily form drag acting on the surface through wave-induced distribution of normal stress. The mechanism is parameterized in terms of wave age and its magnitude is adjusted by the observed growth rates. Linear formulation of the forcing is adopted and applied directly to the nonlinear evolution equations. Development of realistic nonlinear wind wave simulation with HOS method required its extension to broadband irregular wave fields. Another challenge was application of the conservative HOS technique to the intermittent non-conservative dynamics of wind waves. These challenges encountered the fundamental limitations of the original method. Apparent deterioration of wind forced simulations and their inevitable crash raised concerns regarding the validity of the proposed modeling approach. The major question involved application of the original HOS low-pass filtering technique to account for the effect of wave breaking. It was found that growing wind waves break more frequently and violently than free waves. / (cont.) Stronger filtering was required for stabilization of wind wave simulations for duration on the time scale of observed ocean evolution. Successful simulations were produced only after significant sacrifice of resolution bandwidth. Despite the difficulties our modeling approach appears to suffice for reproduction of the essential physics of nonlinear wind waves. Phase resolving simulations are shown to capture both - the characteristic irregularity and the observed similarity that emerges from the chaotic motions. Energy growth and frequency downshift satisfy duration limited evolution parameterizations and asymptote Toba similarity law. Our simulations resolve the detailed kinematics and the nonlinear energetics of swell, windsea and their fast transition under wind forcing. We explain the difference between measurements of initial growth driven by a linear instability mechanism and the balanced nonlinear growth. The simulations validate Toba hypothesis of wind-wave nonlinear quasi-equilibrium and confirm its function as a universal bound on combined windsea and swell evolution under steady wind. / by Alexander G. Kalmikov. / S.M.

Thesis (S.M.)--Joint Program in Oceanography/Applied Ocean Science and Engineering (Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences; and the Woods Hole Oceanographic Institution), 2011. / This electronic version was submitted by the student author. The certified thesis is available in the Institute Archives and Special Collections. / Cataloged from PDF version of thesis. / Includes bibliographical references (p. 63-65). / Remote sensing and in situ observations are used to investigate the ocean response to the Tokar Wind Jet in the Red Sea. The wind jet blows down the pressure gradient through the Tokar Gap on the Sudanese coast, at about 18°N, during the summer monsoon season. It disturbs the prevailing along-sea (southeastward) winds with strong cross-sea (northeastward) winds that can last from days to weeks and reach amplitudes of 20-25 m/s. By comparing scatterometer winds with along-track and gridded sea level anomaly observations, it is shown that an intense dipolar eddy spins up in less than seven days in response to the wind jet. The eddy pair has a horizontal scale of 140 km. Maximum ocean surface velocities can reach 1 m/s and eddy currents extend at least 200 m into the water column. The eddy currents appear to cover the width of the sea, providing a pathway for rapid transport of marine organisms and other drifting material from one coast to the other. Interannual variability in the strength of the dipole is closely matched with variability in the strength of the wind jet. The dipole is observed to be quasi-stationary, although there is some evidence for slow eastward propagation-simulation of the dipole in an idealized high-resolution numerical model suggests that this is the result of self-advection. These and other recent in situ observations in the Red Sea show that the upper ocean currents are dominated by mesoscale eddies rather than by a slow overturning circulation. / by Ping Zhai. / S.M.

Thesis (S.M.)--Joint Program in Oceanography/Applied Ocean Science and Engineering (Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences; and the Woods Hole Oceanographic Institution), 2012. / Cataloged from PDF version of thesis. / Includes bibliographical references (p. 40-41). / The purpose of this study is to understand the interactions of tropical cyclones with ocean eddies. In particular we examine the influence of a cold-core eddy on the cold wake formed during the passage of Typhoon Fanapi (2010). The three-dimensional version of the numerical Price-Weller-Pinkel (PWP) vertical mixing model has previously been used to simulate and study the cold wakes of Atlantic hurricanes. The model has not been used in comparison with observations of typhoons in the Western Pacific Ocean. In 2010 several typhoons were studied during the Impact of Typhoons on the Ocean in the Pacific (ITOP) field campaign and Fanapi was particularly well observed. We use these observations and the 3DPWP to understand the ocean cold wake generated by Fanapi. The cold wake of Fanapi was advected by a cyclonic eddy that was south of the typhoon track. The 3DPWP model outputs with and without an eddy are compared with observations made during the field campaign. These observations are compared to model outputs with eddies in a series of positions right and left of the storm track in order to study effects of mesoscale eddies on ocean vertical mixing in the cold wake of typhoons. / by Alexander Reid Miltenberger. / S.M.