L'objectif principal de cette thèse est l'étude de la connexion entre la variabilité dans l'océan Pacifique équatorial et la circulation de subsurface le long des côtes du Pérou et du Chili, à des échelles de temps interannuelles à décennales. Les diagnostiques menés dans ce travail se basent sur un modèle régional océanique. L'accent est mis sur l'interprétation de la propagation verticale de la variabilité dans les couches intermédiaires de l'océan, où l'on trouve une intense zone de minimum d'oxygène (OMZ ; de l'anglais Oxygen Minimum Zone), et la relation de cette propagation verticale avec les processus advectifs et diffusifs. La propagation verticale est diagnostiquée à travers le flux vertical d'énergie associé à la propagation verticale de l'onde de Rossby extratropicale (ETRW; de l'anglais Extra-Tropical Rossby Wave). Aux échelles de temps interannuelles, les résultats montrent que 80% du flux vertical d'énergie dans l'océan Pacifique Sud-Est (SEP ; de l'anglais South-Eastern Pacific) est associé aux événements El Niño extraordinaires. Ce flux d'énergie s'étend vers l'Ouest en suivant les rayons théoriques WKB, avec une pente plus prononcée au fur et à mesure que la latitude augmente. Les analyses du flux d'énergie mettent aussi en évidence l'existence d'une modulation du flux d'énergie interannuel à l'échelle décennale, qui serait liée aux fluctuations décennales et inter-décennales dans le Pacifique équatorial. Une décomposition de la stratification en modes verticaux montre que le flux d'énergie associé à El Niño et aux fluctuations décennales se projette sur les trois premiers modes baroclines, ce qui confirme l'interprétation du flux d'énergie comme la propagation de l'onde de Rossby. Des tests de sensibilité menés avec un modèle linéaire ajusté aux conditions de la simulation montrent que la propagation d'énergie verticale pendant les événements El Niño est aussi impactée par la contribution des modes baroclines supérieurs. La variabilité méridienne/verticale du flux d'énergie vertical met en évidence une atténuation de l'amplitude le long de la trajectoire de l'onde, ce qui est interprété comme un flux diffusif de chaleur induit par la dissipation de l'onde. La variabilité de subsurface de la circulation à l'échelle saisonnière est aussi étudiée dans cette région à travers la ventilation de l'OMZ. Les résultats montrent que la variabilité saisonnière de l'OMZ en dessous de 400 m de profondeur possède des caractéristiques de propagation similaires à celles du flux d'énergie associé à l'ETRW annuelle, ce qui indique que l'ETRWpourrait influencer la variabilité de l'OMZ profonde, du moins à l'échelle saisonnière. Au-dessus de 400 m de profondeur, le processus dominant qui influence la ventilation de l'OMZ à l'échelle saisonnière est le transport d'oxygène par les tourbillons de méso-échelle. Dans ce travail, nous mettons en évidence la nature complexe de la variabilité de la circulation de subsurface dans le SEP. Nous montrons en particulier la connexion entre la circulation sous la thermocline extratropicale et les modes climatiques de variabilité du Pacifique équatorial. / The oceanic circulation in the subthermocline of the South Eastern Pacific remains poorly documented although this region is thought to play a key role in the climate variability owed to, in particular, the presence of an extended oxygen minimum zone (OMZ) that intervenes in the carbon and nitrogen cycle. The subthermocline in this region is also largely unmonitored and historical estimates of ocean heat content are mostly limited to the upper 500 m. In this thesis we document various oceanic processes at work in the subthermocline based on a regional modeling approach that is designed to take in account the efficient oceanic teleconnection from the equatorial region to the mid-latitudes, in particular at ENSO (El Niño Southern Oscillation) timescales. The focus is on two aspects: (1) the seasonality of the turbulent flow and its role in modulating the OMZ volume off Peru, and (2) the planetary wave fluxes associated with interannual to decadal timescales. It is first shown that the vertical energy flux at interannual timescales can be interpreted as resulting from the vertical propagation of extra-tropical Rossby waves remotely forced from the equatorial region. This flux primarily results from extreme Eastern Pacific El Niño events, despite that a significant fraction of interannual Sea Surface Temperature (SST) variability in the tropical Pacific is also associated with Central Pacific El Niño events and La Niña events. Vertically propagating energy flux at decadal timescales is also evidenced in the model, which, like for the interannual flux, is marginally impacted by mesoscale activity. On the other hand, the wave energy beams experience a marked dissipation in the deep-ocean ( 2000 m) which is interpreted as resulting from vertical diffusivity. While the oxygen field within the OMZ appears to be influenced by the vertical propagation of isopycnals height anomalies, induced by the seasonal Rossby waves, the seasonality of the OMZ is shown to be dominantly associated with the seasonal change in the eddy flux at its boundaries. Implications of the results for the study of both the low-frequency variability of the OMZ and the Earth's energy budget are discussed.

An investigation of temporal dynamics of El Niño–Southern Oscillation (ENSO) and spatial patterns of dryness/wetness period over arid and semi-arid zones of Central Asia and their relationship with Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) values (1982-2011) have explored in this article. For identifying periodical oscillations and their relationship with NDVI values have selected El Nino 3.4 index and thirty years of new generation bi-weekly NDVI 3g acquired by the Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) satellites time-series data. Based on identification ONI (Oceanic Nino Index) is a very strong El Nino (warm) anomalies observed during 1982-1983, 1997-1998 and very strong La Nino (cool) period events have observed 1988-1989 years. For correlation these two factors and seeking positive and negative trends it has extracted from NDVI time series data as “low productivity period” following years: 1982-1983, 1997 -1998; and as “high productivity period” following years: 1988 -1989. Linear regression observed warm events as moderate phase period selected between moderate El Nino (ME) and NDVI with following eriods:1986-1987; 1987-1988; 1991-1992; 2002-2003; 2009-2010; and moderate La Niña (ML) periods and NDVI (1998-1999; 1999-2000; 2007-2008) which has investigated a spatial patterns of wetness conditions. The results indicated that an inverse relationship between very strong El Nino and NDVI, decreased vegetation response with larger positive ONI value; and direct relationship between very strong La Niña and NDVI, increased vegetation response with smaller negative ONI value. Results assumed that significant impact of these anomalies influenced on vegetation productivity. These results will be a beneficial for efficient rangeland/grassland management and to propose drought periods for assessment and reducing quantity of flocks’ due to a lack of fodder biomass for surviving livestock flocks on upcoming years in rangelands. Also results demonstrate that a non-anthropogenic drivers of variability effected to land surface vegetation signals, nderstanding of which will be beneficial for efficient rangeland and agriculture management and establish ecosystem services in precipitation-driven drylands of Central Asia.

Les océans expliquent une part importante de la variabilité des pluies de mousson en Afrique de l’ouest. Quels sont les mécanismes physiques de ces interactions océan– atmosphère ? Comment sont-elles reproduites par les modèles de climat ? Ces deux questions sont ici abordées, en séparant d’emblée les échelles de temps interannuelles et décennales, et en confrontant les simulations réalisées pour le 4e rapport du Groupe intergouvernemental d’experts sur l’évolution du climat (GIEC) aux données observées du xxe siècle. À l’échelle interannuelle, les anomalies de température à la surface du Pacifique équatorial, du golfe de Guinée, et de la Méditerranée sont statistiquement liées aux anomalies des pluies d’Afrique de l’ouest. La question de la stationnarité de ces liens au cours du xxe siècle est brièvement abordée. Les mécanismes physiques sont ensuite appréhendés dans les réanalyses atmosphériques et dans les simulations couplées du GIEC. Pour comprendre le comportement du modèle du Centre national de recherches météorologiques (CNRM), différentes expériences de sensibilité sont réalisées en prescrivant à l’océan une tension de vent réanalysée, sur le Pacifique tropical ou sur tout globe. Une simulation atmosphérique avec des températures de surface prescrites est aussi utilisée pour discuter du rôle du couplage océan–atmosphère. Étant donné le caractère saisonnier de la mousson africaine, le phasage temporel de la variabilité océanique doit être considéré avec attention. Dans les modèles couplés, les biais de l’El Niño–Southern Oscillation (ENSO) et de l’Atlantic Niño conduisent en effet à des interactions océan–mousson différentes de celles observées. À terme, une meilleure compréhension et simulation de la variabilité océanique et de ses influences pourrait permettre d’améliorer les scores de prévision saisonnière sur l’Afrique de l’ouest / The oceans explain an important part of the variability of monsoon rainfall overWest Africa. What are the physical processes of those ocean–atmosphere interactions? How are they simulated by climate models? Both issues are addressed, by considering the interannual and decadal time-scales separately, and comparing the simulations performed for the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) to the 20th Century observation record. At the interannual time-scale, sea surface temperature anomalies in the equatorial Pacific, the Gulf of Guinea, and the Mediterranean, are statistically linked to the West African monsoon rainfall. The stationnarity of those links is assessed over the 20th Century. The physical processes are then studied in the atmospheric reanalyses and in the IPCC coupled simulations. To understand the behaviour of the Centre national de recherches météorologiques (CNRM) model, various sensitivity experiments are carried out, with a reanalyzed wind-stress prescribed to the ocean model, over the tropical Pacific or over the global ocean. An atmospheric simulation with prescribed sea surface temperatures is also used, to discuss the role of the ocean–atmosphere coupling. Given the seasonality of the West African monsoon, attention has to be paid to the phaselocking of the oceanic variability. In the coupled models, the biases of the El Niño–Southern Oscillation (ENSO) and of the Atlantic Niño lead indeed to ocean–monsoon interactions that are different from those observed. A better understanding and simulation of the oceanic variability and its influences could in fine enhance the seasonal forecasting skills over West Africa

Fjärrvärme är den vanligaste uppvärmningsformen i Sverige och mer än hälften av alla lokaler och bostäder får sin uppvärmning från gemensamma fjärrvärmeanläggningar. Rökgaskondensering producerar 11 % av all fjärrvärme vilket gör den till den tredje största fjärrvärmeproducenten i Sverige. Det är därför är det viktig att den är så effektiv som möjligt. För att öka effektiviteten i förbränningsanläggningar i fjärrvärmesystem kan rökgaskondensering installeras i sammanband med de flesta bränslen som avger fuktig ånga. Rökgaskondenseringen har en viktig roll i samhället då den tar vara på energi som annars skulle gå förlorad samtidigt som den kan rena avgaserna från förorenade utsläpp. Borlänge‑Energi äger ett rökgaskondenseringssystem på Stora Enso Kvarnsvedens Pappersbruk. De vill nu utreda om deras rökgaskondenseringssystem körs så effektivt som den skulle kunna göra. Den här rapporten undersöker därför hur driften påverkas av förändrade fram- och returledningstemperaturer samt vad produktionskostnadsförändringarna på den producerade värme blir. Beräkningar har genomförts med hjälp av fjärrvärmevattnets densitet, specifikvärmekapacitet, flödes- och temperaturskillnad i Excel. Alla beräkningar har utgått från medianvärdet för månaden och sedan jämförts med vad som händer vid förändrad fram‑ och returledningstemperatur. Som underlag för beräkningarna har data insamlad under perioden januari 2015 och december 2018 använts. Resultatet visar att öka framledningstemperaturen till 95 °C från medianframledningstemperaturerna för respektive månad, det vill säga från temperaturintervall på 79 – 88 °C till 95 °C, ökar energikostnaderna med cirka 2,5 miljoner SEK per år. Kostnaden kan minskas med 400 000 SEK/år genom att sänka returledningstemperaturen till 40 °C. Minskas istället framledningstemperaturen till 75 °C när utomhustemperaturen är varmare än ‑1 °C, minskar de nuvarande energikostnaderna. En minskad framledningstemperatur ger även minskade förluster i ledningarna, minskat slitage, minskad bränsleförbrukning och minskade utsläpp. Temperatursänkning till 75 °C från temperaturintervallet 79 – 88 °C kan minska kostnaderna med 620 000 SEK per år. Skulle returledningstemperaturen sänkas men framledningstemperaturen bibehållas som den är idag kan en kostnadsminskning på över 400 000 SEK nås. Genom att sänka både fram- och returledningstemperaturerna kan en kostnadssparning på över 1 miljon SEK per år ske. Den framledningstemperatur som rekommenderas att Borlänge‑Energi strävar efter är: 75 °C när utomhustemperaturen är varmare än -1 °C 80 °C mellan -2 och -4 °C 85 °C vid -5 °C 90 °C mellan -6 och ‑7 °C 95 °C mellan -8 och -11 °C / The most common way of heating buildings in Sweden is by district heating, more than half of all the locales and homes is heated this way. Flue gas condensation is the third largest contributor of energy in district heating at 11 %. The importance of its efficiency is thereby big. Flue gas condensation can be installed at combustion boilers to increase the efficiency, it can be used in combination with most fuels that exhaust steam. The flue gas condensation has an important role by harnessing the energy in flue gases and cleansing it from environmental hazards. The flue gas condensation unit on Stora Enso Kvarnsveden Mill is owned by Borlänge‑Energi. They want to know if the condenser is operating as effective as it could be. This report investigates how the condenser and external heater at Stora Enso Kvarnsveden Mill is affected by different supply and return temperatures as well as what the production costs of the energy is. The calculations have been accomplished by using the density, specific heat capacity, flow- and temperature differences in Excel. All the calculations have originated from the median value for each month and used in comparison. The basis of the calculations is data that has been collected in the period of January 2015 to December 2018. The results indicate that increasing the supply temperature to 95 °C increases the energy costs by about 2 500 000 SEK per year. These costs can be reduced by 400 000 SEK per year by decreasing the return temperature to 40 °C. If the supply temperature is instead decreased to 75 °C when the temperature outside is higher than -1 °C, the costs decreases. A low supply temperature leads to less wear on the pipes, less heat losses, less fuel consumption and less emissions. This temperature reduction can decrease the costs by 620 000 SEK per year. If the return temperature is reduced but the supply temperature retained as it is today the costs could decrease by over 400 000 SEK per year. And by reducing both the supply and return temperature a cost saving of over 1 000 000 SEK per year could be achieved. The recommendation is therefore a lowering of the supply temperature to 75 °C when the temperature outside is warmer than -1 °C. The recommended supply temperature is: 75 °C when the temperature outside is warmer than -1 °C 80 °C between -2 and -4 °C 85 °C at -5 °C, 90 °C between -6 and ‑7 °C 95 °C between -8 and -11 °C

La variabilité climatique et les événements extrêmes associés comme le phénomène El Niño (ENSO) représentent les épisodes les plus difficiles à gérer dans le Versant Pacifique Péruvien. En outre, une préoccupation croissante sur la disponibilité en eau a lieu depuis les années 1970s. Une documentation approfondie des régimes de précipitations et des débits est un élément clé de tout plan de gestion de l'eau et notre recherche est la première étude sur la variabilité hydroclimatique à l'échelle mensuelle et annuelle dans la zone d'étude au cours des quatre dernières décennies (période 1970-2010). Tout d'abord, un traitement de base de données exhaustif a été effectué pour surmonter certaines limitations et notamment celles liées aux conditions géographiques des Andes. Deuxièmement, le régime des précipitations a été étudié avec une approche de régionalisation liée aux conditions de séries temporelles non stationnaires. Une méthode mixte associant la méthode des clusters k-means et la méthode du vecteur régional a été proposée. Neuf régions ont été identifiées avec des régimes homogènes de précipitation tenant compte d'un gradient latitudinal et altitudinal. Un bilan hydroclimatique a ensuite été fait à l'échelle de bassin versant, abordant la problématique du climat et de l'anthropisation et leurs influences potentielles sur les séries chronologiques hydroclimatiques. Le cadre théorique de Budyko-Zhang a été utilisé et a permis d'identifier 11 des 26 bassins versants à faible influence climatique et anthropique (i.e. des conditions quasi-naturelles). Le régime des débits a ensuite été étudié pour ces conditions et une extension pour l'ensemble des 49 bassins versants de la zone d'étude a été effectuée. Un modèle hydrologique régional est proposé via deux modèles conceptuels agrégés à l'échelle de temps annuelle et mensuelle (GR1A et GR2M respectivement). Un test d'échantillonnage différentiel (DSST) a été utilisé pour améliorer la robustesse de la modélisation par rapport aux conditions climatiques contrastées entre années sèches et humides dans les conditions semi-arides. Enfin, la portée de la thèse couvre (1) une revisite de la relation ENSO/précipitation en prenant en compte les neuf régions identifiées et de plusieurs indices ENSO afin de discriminer l'influence des deux types d'El Niño (El Niño du Pacifique Est EP et du Pacifique Central CP) ainsi que l'influence de la variabilité atmosphérique (i.e. l'oscillation Madden et Julian) et aux conditions océaniques régionales. La méthodologie proposée consiste en l'analyse des composantes principales, ondelettes et de cohérence, les corrélations glissantes et l'analyse de la covariance spatiale afin de mettre en évidence la modulation décennale significative du phénomène ENSO ainsi que sa croissance à partir des années 2000s où la relation ENSO/précipitations s'inverse par rapport à la décennie précédente. Les deux modes de co-variabilité dominants entre la température superficielle de la mer dans le Pacifique tropical et les neuf régions montrent des caractéristiques dominantes de l'influence de l'ENSO: une augmentation des précipitations sur les régions aval dans le nord pendant El Niño EP et une diminution des précipitations sur les régions amont le long des Andes lors des événements El Niño CP. (2) La sensibilité au changement hydroclimatique est explorée via l'analyse des tendances hydroclimatiques comme indicateurs de changement de l'hydroclimatologie régionale. Les résultats montrent un réchauffement important dans la zone d'étude avec une moyenne de 0,2°C par décennie. En outre, les changements dans les trajectoires dans l'espace de Budyko (i.e. direction et amplitude) ont révélé que six bassins versants étaient sensibles à la variabilité du climat (i.e. probablement avec une grande sensibilité au climat futur) et aux changements d'utilisation du sol et où les précipitations et la température sont les facteurs prépondérants du changement de ces environnements. / Climate variability and associated extreme events as El Niño phenomenon (ENSO) represent the most difficult episodes to deal with along the Peruvian Pacific slope and coast. In addition, a growing water concern takes place since seventies. In-depth documentation of precipitation and runoff regimes becomes a key part in any water management plan and this research offers the first hydroclimatic variability study at monthly and annual time step in the study area over the last four decades (1970?2010 period). First, an exhaustive database treatment was carried out overcoming some limitations due to Andean geographical conditions. Second, precipitation regime was studied with a regionalization approach under non-stationary time-series conditions. A combined process consisting in k-means clustering and regional vector methodology was proposed. Nine regions were identified with a homogeneous precipitation regime following a latitudinal and altitudinal gradient. Third, a hydroclimatic balance is done at catchment-scale addressing the issue of climate and anthropogenization and their potential influences over hydroclimatic time series. The theoretical Budyko-Zhang framework was used and allowed identifying 11 out of 26 catchments with both low climate and anthropogenization influence (i.e. unimpaired conditions). This hypothesis was verified with the use of land use and land cover remote sensing products as MODIS and LBA imagery. Then, runoff regime was studied under unimpaired conditions and an extension over 49 catchments of the Peruvian Pacific drainage was done. A regional runoff model is proposed via two conceptual lumped models at annual and monthly time scale (GR1A and GR2M respectively). A Differential Split-Sample Test (DSST) was used to cope with modelling robustness over contrasted climate conditions as dry and wet years according to the semi-arid conditions. These results also showed an increasing regional discharge from arid Peruvian Pacific coast towards the Pacific Ocean. Finally, the scope of the thesis covers (1) a revisitation of ENSO/precipitation relationship considering the regionalized precipitation and several ENSO indices in order to discriminate the influence of the two types of El Niño (the eastern Pacific (EP) El Niño and the central Pacific (CP) El Niño) as well as the influence of large-scale atmospheric variability associated with the Madden and Julian Oscillation, and of regional oceanic conditions. The proposed methodology consisting in principal component analysis, wavelets and coherence, running correlations and spatial covariance analysis, highlights the significant decadal modulation with the larger ENSO impact in particular in the 2000s, ENSO/precipitation relationship reverses compared to the previous decade. The two dominant co-variability modes between sea surface temperature in the tropical Atlantic and Pacific oceans and the nine regions show salient features of the ENSO influence: increased precipitation over downstream regions in northern Peru during EP El Niño and decreased precipitation over upstream regions along the Pacific slope during CP El Niño events. (2) The sensitivity to hydroclimatic change is explored by hydroclimatic trend analysis as changes indicators of regional hydroclimatology. According to significant upward trends in annual temperature found in all catchments, results showed a significant warming in the study area with a mean of 0.2°C per decade. Also, changes in trajectories in the Budyko space (i.e. direction and magnitude) over the 11 selected catchments revealed that six catchments were shown to be sensitive to climate variability (i.e. likely with high sensitivity to future climate) and land use changes, where precipitation and temperature are the main drivers of these environments changes.

L'upwelling du Sud Vietnam (SVU) joue un rôle clef dans la dynamique océanique et la productivité biologique en Mer de Chine du Sud. Cette thèse vise à quantifier la variabilité interannuelle du SVU et identifier les facteurs et mécanismes en jeu. Pour cela, un jeu de simulations numériques pluri-annuelles à haute résolution a été utilisé. Le réalisme du modèle a été évalué et optimisé par comparaison aux observations in-situ et satellites. Les résultats montrent que la grande variabilité du SVU est fortement pilotée par le rotationnel du vent estival, et liée à l'oscillation ENSO via son impact sur le vent. Cependant, cette influence du vent est significativement modulée par la variabilité intrinsèque océanique liée aux interactions entre la vorticité associée aux tourbillons océaniques et le vent, et dans une moindre mesure par la circulation océanique de grande échelle et les fleuves. Ces conclusions sont robustes aux choix effectués pour corriger la dérive de surface du modèle. / The summer South Vietnam Upwelling (SVU) is a major component of the South China Sea circulation that also influences the ecosystems. The objectives of this thesis are first to quantitatively assess the interannual variability of the SVU in terms of intensity and spatial extent, second to quantify the respective contributions from different factors (atmospheric, river and oceanic forcings; ocean intrinsic variability OIV; El-Niño Southern Oscillation ENSO) to the SVU interannual variability, and third to identify and examine the underlying physical mechanisms. To fulfill these goals we use a set of sensitivity eddy-resolving simulations of the SCS circulation performed with the ROMS_AGRIF ocean regional model at 1/12° resolution for the period 1991-2004. The ability of the model to realistically represent the water masses and dynamics of the circulation in the SCS and SVU regions was first evaluated by comparison with available satellite and in-situ observations. We then defined a group of sea-surface-temperature upwelling indices to quantify in detail the interannual variability of the SVU in terms of intensity, spatial distribution and duration. Our results reveal that strong SVU years are offshore-dominant with upwelling centers located in the area within 11-12oN and 110-112oE, whereas weak SVU years are coastal-dominant with upwelling centers located near the coast and over a larger latitude range (10-14oN). The first factor that triggers the strength and extent of the SVU is the summer wind curl associated with the summer monsoon. However, its effect is modulated by several factors including first the OIV, whose contribution reaches 50% of the total SVU variability, but also the river discharge and the remote ocean circulation. The coastal upwelling variability is strongly related to the variability of the eastward jet that develops from the coast. The offshore upwelling variability is impacted by the spatio-temporal interactions of the ocean cyclonic eddies with the wind stress curl, which are responsible for the impact of the OIV. The ocean and river forcing also modulate the SVU variability due to their contribution to the eddy field variability. ENSO has a strong influence on the SVU, mainly due to its direct influence on the summer wind. Those results regarding the interannual variability of the SVU are robust to the choice of the surface bias correction method used in the model. We finally present in Appendix-A2 preliminary results about the impacts of tides.

The remarkable salinity difference between the upper Pacific and Atlantic Oceans is often explained through net export of water vapour across Central America. To investigate this mechanism a study of salinity signals in the Equatorial Pacific Ocean current system was made looking at responses to fresh water input from two sources (local versus remote - Atlantic Ocean) as well as a combination of the two. Statistical analyses (Empirical Orthogonal Functions, Single Value Decomposition and Wavelet analysis) were used to split the main sources of the atmospheric freshwater input into local and remote contributions and to quantify both contributions. The remote source was assumed to have been transported over Central America from the Atlantic Ocean as an atmospheric freshwater flux, whereas the local source originated in the Pacific Ocean itself. The analysis suggests that 74% of the total variance in precipitation over the tropical eastern Pacific is due to water vapour transport from the Atlantic. It also demonstrates strong influence of ENSO events, with maximum correlation at a two months time lag. During La Ni�a periods the precipitation variance is more closely related to water vapour transport across Central America (the remote source), while during El Ni�o periods it is more closely related to the water vapour transport by Southerly winds along the west coast of South America (the local source). The current and temperature fields provided by the Modular Ocean Model (version 2) were used to study the changes in the salinity field when freshwater was added to or removed from the model. ECMWF ERA-40 data taken from the ECMWF data server was used to determine the atmospheric flux of freshwater at the ocean surface, in the form of evaporation minus precipitation (E-P). The Mixed Layer Depth (MLD) computed from temperature and salinity fields determines to what depth the salinity's dilution/concentration takes place for every grid point. Each MLD was calculated from the results of the previous time step, and the water column was considered well mixed from the surface to this depth. The statistical relationships were used to reconstruct the precipitation over the tropical eastern Pacific. A numerical ocean model, which uses currents and temperature from a global ocean model and is forced by precipitation, was used to study the ocean's response to either the remote or the local source acting in isolation. Through time lag correlation analysis of the sea surface salinity anomalies produced by the variation in the reconstructed precipitation fields, it is found that the anomaly signals of salinity propagate westward along the Equator at a rate of approximately 0.25 m.s-1 (6.1 degrees per month).

The objective of this study is to describe the effects of the El Niño-Southern Oscillation (ENSO) on the weather patterns in Queensland during the Australian summer monsoon. The focus is on the period from October-January when the summer monsoon is governing the weather pattern of Northern Australia. The theory part introduces the reader to the physics of the different phases of ENSO and the Australian summer monsoon. Weather station data of rainfall, minimum and maximum temperature data are investigated statistically. The presented results are an earlier onset of the monsoon season in Queensland during La Niña-events and a stronger monsoon in the sense of more or stronger active periods. Regarding El Niño's effects on the summer monsoon in Queensland no significant results were found. The results show the importance of not looking at the warm and cold phase of ENSO as opposites and agree with what Sarachik (2010) and Sturman & Tapper (1996) states. / Målet med studien är att beskriva El Niño-Southern Oscillations (ENSO) effekter på vädret i Queensland under den australiensiska sommarmonsunen. Fokus ligger på perioden oktober-januari då sommarmonsunen styr vädret över norra Australien. Teoridelen syftar till att introducera läsaren till fysiken bakom de olika faserna av ENSO och den australiensiska sommarmonsunen. Data från väderstationer i Queensland av parametrarna nederbörd, minimum och maximum temperatur undersöks statistiskt. Resultaten som presenteras indikerar en tidigare början av monsunsäsongen i Queensland under La Niña-perioder och att monsunen förstärks genom fler eller starkare aktiva perioder. I resultaten sågs ingen eller mycket svag påverkan från El Niño-perioder på monsunen i Queensland. Dessa resultat påvisar vikten av att inte se på den varma och kalla fasen av ENSO som motsatser till varandra och stämmer överens med litteratur av Sarachik (2010) och Sturman & Tapper (1996).

The Quasi-Biennial Oscillation (QBO) is the strongest phenomena influencing the stratopheric (~15-50 km height) circulation over the equator. QBO has two phases of downward propagating easterly and westerly winds, which has a total period of approximately 28 months and the phase is defined by the wind direction between the airpressure 25-50 hPa, which is roughly at a height of 30 km. QBO is induced by atmospheric gravity waves originating from the troposphere (~0-15 km height) and are generated by a plethora of sources, such as tropical convection and wind shear. The winds propagate downward at about 1 km per month through the stratosphere until reaching the tropopause (~15 km height) where they dissipate. The wind speed is at its maximum in the middle of the phase, where the wind shear is at its lowest, and the easterly winds can grow up to 30 m/s whilst the westerly winds reach roughly 15 m/s. Although the QBO is an equatorial phenomena it has a poleward component radiating its signal from the tropics to the higher latitudes where it affects other circulations such as the stratospheric polar vortex on the northern hemisphere (NH). The polar vortex consists of westerly winds around the polar region and is a major influence on the winter climate on the NH and thereby allows the QBO to indirectly affect the tropospheric climate through it. The easterly QBO disturbs and weakens the polar vortex, which results in warm subtropical air penetrating the vortex and warming the Arctic region whereas the polar air is released southward creating a colder winter on the NH. The westerly QBO on the other hand enhances the polar vortex and contains the cool polar air over the Arctic, which results in a milder winter. The correlation between QBO and El Niño Southern Oscillation (ENSO) as well as the tropical cyclones (TC) has either changed (ENSO) or completely disappeared (TC). The ENSO-QBO correlation depends on which phase of ENSO coincide with which phase of QBO, where El Niño coinciding with easterly QBO and La Niña coinciding with westerly QBO results in wind anomalies in the NH stratosphere. If the opposite combination takes place the wind anomalies will instead be situated in the subtropical troposphere, displacing the subtropical jet poleward. To what extent these stratospheric winds exert their influence is to some degree still uncertain, but that they have an effect on the tropospheric climate is unbeknownst to no one. / Cirkulationen i den ekvatoriella stratosfären (ca 15-50 km höjd) domineras av Quasi-Biennial Oscillation (QBO), ett zonalt (parallellt ekvatorn) vindfenomen med två faser bestående av östliga respektive västliga vindar och en period på ca 28 månader. Fasen definieras mellan lufttrycken 25-50 hPa, vilket representerar en höjd på ca 30 km. Drivkraften bakom QBO är ett brett spektrum av atmosfäriska gravitationsvågor som skapas genom bland annat den tropiska konvektionen, vindskjuvning och frontsystem. Vindarna propagerar vertikalt nedåt genom stratosfären med ungefär 1 km per månad tills de når tropopausen (ca 15 km) där vindarna försvagas kraftigt till ett zonalt medelvärde på 0 m/s. Vindhastigheten under östlig QBO uppgår i ca 30 m/s medan västlig QBO uppgår i ca 15 m/s, och är maximal i höga stratosfären samt i mitten av faserna där vindskjuvningen är minimal. QBO sprider sig meridionalt (nord-syd) från tropikerna till högre breddgrader genom stratosfären där andra fenomen som den stratosfäriska polarvirveln kan påverkas på norra halvklotet (NH). Polarvirveln består av västliga vindar i stratosfären runt polarregionen och är en stor influens på vinterklimatet i framförallt Europa och Nordamerika. Genom polarvirveln kan QBO indirekt påverka klimatet i troposfären (ca 0-15 km), där den östliga fasen av QBO försvagar medan den västliga fasen av QBO förstärker polarvirveln. En försvagad polarvirvel innebär en varmare medeltemperatur på Arktis och att kallare polarluft söker sig söderut och orsakar kalla vintertemperaturer. Troposfäriska klimatfenomen som El Niño Southern Oscillation (ENSO) och tropiska cykloner (TC) har uppvisat ett samband till QBO, men sedan förändrats (ENSO) eller helt försvunnit (TC). ENSO-QBO korrelationen förändras beroende på vilken fas QBO respektive ENSO är i relativt varandra. Då El Niño sammanfaller med östliga QBO samt La Niña sammanfaller med västliga QBO uppstår vindanomalier vid höga latituder i NH:s stratosfär, medan vid omvända sambandet förflyttar sig vindanomalierna till subtropikerna i troposfären och kan där förskjuta den subtropiska jetströmmen norrut. Att de stratosfäriska vindarna påverkar troposfären är känt, men hur och till vilken grad är ännu inte uppenbart. På grund av den korta tidsperiod med kontinuerliga och tillförlitliga vindmätningar i stratosfären uppkommer flera hypotetiska effekter av QBO och dess påverkan på klimatet i troposfären.

Les événements de pluies extrêmes et les inondations qui en résultent constituent une préoccupation majeure en France comme dans le monde. Dans le domaine de l'ingénierie, les méthodes d'analyse probabiliste sont pratiquement utilisées pour prédire les risques, dimensionner des ouvrages hydrauliques et préparer l'atténuation. Ces méthodes sont classiquement basées sur l'hypothèse que les observations sont identiquement distribuées. Il y a aujourd'hui de plus en plus d'éléments montrant que des variabilités climatiques à grande échelle (par exemple les oscillations El Niño – La Niña, cf. indice ENSO) ont une influence significative sur les précipitations dans le monde. Par ailleurs, les effets attendus du changement climatique sur le cycle de l'eau remettent en question l'hypothèse de variables aléatoires "identiquement distribuées" dans le temps. Il est ainsi important de comprendre et de prédire l'impact de la variabilité et du changement climatique sur l'intensité et la fréquence des événements hydrologiques, surtout les extrêmes. Cette thèse propose une étape importante vers cet objectif, en développant un cadre spatio-temporel d'analyse probabiliste régionale qui prend en compte les effets de la variabilité climatique sur les événements hydrologiques. Les données sont supposées suivre une distribution, dont les paramètres sont liés à des variables temporelles et/ou spatiales à l'aide de modèles de régression. Les paramètres sont estimés avec une méthode de Monte-Carlo par Chaînes de Markov dans un cadre Bayésien. La dépendance spatiale des données est modélisée par des copules. Les outils de comparaison de modèles sont aussi intégrés. L'élaboration de ce cadre général de modélisation est complétée par des simulations Monte-Carlo pour évaluer sa fiabilité. Deux études de cas sont effectuées pour confirmer la généralité, la flexibilité et l'utilité du cadre de modélisation pour comprendre et prédire l'impact de la variabilité climatique sur les événements hydrologiques. Ces cas d'études sont réalisés à deux échelles spatiales distinctes: • Echelle régionale: les pluies d'été dans le sud-est du Queensland (Australie). Ce cas d'étude analyse l'impact de l'oscillation ENSO sur la pluie totale et la pluie maximale d'été. En utilisant un modèle régional, l'impact asymétrique de l'ENSO est souligné: une phase La Niña induit une augmentation significative sur la pluie totale et maximale, alors qu'une phase El Niño n'a pas d'influence significative. • Echelle mondiale: une nouvelle base de données mondiale des précipitations extrêmes composée de 11588 stations pluviométriques est utilisée pour analyser l'impact des oscillations ENSO sur les précipitations extrêmes mondiales. Cette analyse permet d'apprécier les secteurs où ENSO a un impact sur les précipitations à l'échelle mondiale et de quantifier son impact sur les estimations de quantiles extrêmes. Par ailleurs, l'asymétrie de l'impact ENSO et son caractère saisonnier sont également évalués. / Extreme precipitations and their consequences (floods) are one of the most threatening natural disasters for human beings. In engineering design, Frequency Analysis (FA) techniques are an integral part of risk assessment and mitigation. FA uses statistical models to estimate the probability of extreme hydrological events which provides information for designing hydraulic structures. However, standard FA methods commonly rely on the assumption that the distribution of observations is identically distributed. However, there is now a substantial body of evidence that large-scale modes of climate variability (e.g. El-Niño Southern Oscillation, ENSO; Indian Ocean Dipole, IOD; etc.) exert a significant influence on precipitation in various regions worldwide. Furthermore, climate change is likely to have an influence on hydrology, thus further challenging the “identically distributed” assumption. Therefore, FA techniques need to move beyond this assumption. In order to provide a more accurate risk assessment, it is important to understand and predict the impact of climate variability/change on the severity and frequency of hydrological events (especially extremes). This thesis provides an important step towards this goal, by developing a rigorous general climate-informed spatio-temporal regional frequency analysis (RFA) framework for incorporating the effects of climate variability on hydrological events. This framework brings together several components (in particular spatio-temporal regression models, copula-based modeling of spatial dependence, Bayesian inference, model comparison tools) to derive a general and flexible modeling platform. In this framework, data are assumed to follow a distribution, whose parameters are linked to temporal or/and spatial covariates using regression models. Parameters are estimated with a Monte Carlo Markov Chain method under the Bayesian framework. Spatial dependency of data is considered with copulas. Model comparison tools are integrated. The development of this general modeling framework is complemented with various Monte-Carlo experiments aimed at assessing its reliability, along with real data case studies. Two case studies are performed to confirm the generality, flexibility and usefulness of the framework for understanding and predicting the impact of climate variability on hydrological events. These case studies are carried out at two distinct spatial scales: • Regional scale: Summer rainfall in Southeast Queensland (Australia): this case study analyzes the impact of ENSO on the summer rainfall totals and summer rainfall maxima. A regional model allows highlighting the asymmetric impact of ENSO: while La Niña episodes induce a significant increase in both the summer rainfall totals and maxima, the impact of El Niño episodes is found to be not significant. • Global scale: a new global dataset of extreme precipitation including 11588 rainfall stations worldwide is used to describe the impact of ENSO on extreme precipitations in the world. This is achieved by applying the regional modeling framework to 5x5 degrees cells covering all continental areas. This analysis allows describing the pattern of ENSO impact at the global scale and quantifying its impact on extreme quantiles estimates. Moreover, the asymmetry of ENSO impact and its seasonal pattern are also evaluated.