Accompanying materials housed with archival copy. / Measuring greenhouse gas (GHG) emissions directly at the farm scale is most relevant to the agricultural sector and has the potential to eliminate some of the uncertainty arising from scaling up from plot or field studies or down from regional or national levels. The stable nighttime atmosphere acts as a chamber within which sequentially-measured GHG concentration profiles determine the flux of GHGs. With the overall goal of refining the nocturnal boundary layer (NBL) budget method to obtain reliable flux estimates at a scale representative of the typical eastern Canadian farm (approximately 1 km2), fluxes of CO2, N2O, and CH4 were measured at two agricultural farms in Eastern Canada. Field sites in 1998 and 2002 were located on an experimental farm adjacent to a suburb southwest of the city of Ottawa, ON, a relatively flat area with corn, hay, and soy as the dominant crops. The field site in 2003 was located in the rural community of Coteau-du-Lac, QC, about 20 km southwest of the island of Montreal, a fairly flat area bordered by the St. Lawrence River to the south, consisting mainly of corn and hay with a mixture of soy and vegetable crops. A good agreement was obtained between the overall mean NBL budget-measured CO2 flux at both sites, near-in-time windy night eddy covariance data and previously published results. The mean NBL-measured N2O flux from all wind directions and farming management was of the same order of magnitude as, but slightly higher than, previously published baseline N2O emissions from agroecosystems. Methane fluxes results were judged to be invalid as they were extremely sensitive to wind direction change. Spatial sampling of CO 2, N2O, and CH4 around the two sites confirmed that [CH4] distribution was particularly sensitive to the nature of the emission source, field conditions, and wind direction. Optimal NBL conditions for measuring GHG fluxes, present approximately 60% of the time in this study, consisted of a very stable boundary layer in which GHG profiles converged at the top of the layer allowing a quick determination of the NBL flux integration height. For suboptimal NBL conditions consisting of intermittent turbulence where GHG profiles did not converge, a flux integration method was developed which yielded estimates similar to those obtained during optimal conditions. Eighty percent of the GHG flux in optimal NBL conditions corresponded to a footprint-modelled source area of approximately 2 km upwind, slightly beyond the typical length of a farm in Coteau-du-Lac. A large portion (50%) of the flux came from within 1 km upwind of the measurement site, showing the influence of local sources. 'Top-down' NBL-measured flux values were compared with aggregated field, literature and IPCC flux values for four footprint model-defined areas across both sites, with results indicating that in baseline climatic and farm management conditions, with no apparent intermittent NBL phenomena, the aggregated flux was a good approximation of the NBL-measured flux.

Low-level stratiform clouds remain one of the wildcards in future climate simulations. Despite their important role in the earth's radiation budget and the large number of dedicated field campaigns, several cloud-scale processes in marine stratocumulus clouds remain misrepresented. The 19-month-long deployment of the Atmospheric Radiation Measurement Program Mobile Facility in the Azores provided the longest and most comprehensive ground-based observational dataset of marine boundary layer clouds to date. The first objective of this project was the documentation of the frequency of occurrence of different cloud and precipitation systems in the Azores using a combination of passive and active measurements. The analysis indicates that, even though clouds were often observed (close to 80 % of the time), especially in the boundary layer (~50 %), a single-layer stratocumulus coverage rarely persisted more than a day. In fact, many stratocumulus clouds were observed to have cumulus clouds underneath them. This is linked to the nearly constant decoupled state of the boundary layer in the Azores, contrary to what has been observed in the Pacific decks. 35 cases of mostly single-layer persisting stratocumulus coverage were selected for further analysis. Results include similarities with other studies (e.g., maximum coverage at night, thicker clouds needed to drizzle, and importance of cloud-top radiative cooling at night), as well as differences (e.g., coherent structures account for a smaller fraction of the updraft mass flux). The second objective of this project was to revisit the detection of drizzle-size particles in stratocumulus clouds using radar observations. First, the cloud and drizzle size distributions are related theoretically to the radar measurements, including the effects of the dynamics. Then, a forward radar Doppler spectra model was developed to test the sensitivity of the radar measurements to modifications of the drizzle contribution. Finally, a simple 1-D steady-state model was exploited to simulate drizzle growth as it falls in a cloud, using the forward model to link the output back to the radar observations. Using that combination of models, some observed features of the drizzle evolution inside continental and maritime stratocumulus clouds were successfully investigated. Overall, it was found that the skewness of a radar Doppler spectrum is a good indicator of the presence of early drizzle droplets, while a reflectivity or Doppler velocity threshold indicates the change in dominance in the Doppler spectrum occurring when drizzle is well developed. The third and final objective of this project was to revisit another long-standing challenge: the retrieval of cloud microphysical properties using a combination of radar-radiometer measurements. A new technique was developed to retrieve the cloud particle size distribution in stratocumulus clouds, adding a microphysical condensational model under steady-state supersaturation conditions to a common retrieval method. The results appear reasonable in two nondrizzling marine stratocumulus clouds, and the derived cloud optical depth compares well with the one derived independently with another instrument. The errors of the retrievals were also estimated, demonstrating the added value of the new technique. / Les nuages stratiformes de basse altitude restent un des facteurs imprévisibles dans les simulations du climat futur. Malgré leur rôle important dans le budget radiatif terrestre et le grand nombre de campagnes de terrain dédiées, plusieurs procédés à l'échelle nuageuse dans les stratocumulus marins demeurent mal représentés. Le déploiement dans les Açores d'un laboratoire mobile du programme « Atmospheric Radiation Measurement » pendant 19 mois a fourni l'ensemble de données d'observation au sol sur les nuages de couche limite marine le plus long et le plus complet à ce jour. Le premier objectif de ce projet fut la documentation de la fréquence d'apparition de différents systèmes de nuages et de précipitations dans les Açores en utilisant une combinaison de mesures passives et actives. L'analyse indique que, même si des nuages étaient souvent observés (près de 80 % du temps), en particulier dans la couche limite (~50 %), une couverture de stratocumulus seul persistait rarement plus d'une journée. En fait, de nombreux stratocumulus furent observés avec des cumulus en dessous. Ceci est lié à l'état découplé de la couche limite quasi-constant dans les Açores, contrairement à ce qui a été observé dans les stratocumulus du Pacifique. 35 cas de couverture d'un stratocumulus persistant principalement seul furent sélectionnés pour une analyse approfondie. Les résultats incluent des similarités avec d'autres études (par exemple, une couverture maximale durant la nuit, un besoin de nuages plus épais pour bruiner et l'importance du refroidissement radiatif au haut des nuages durant la nuit), ainsi que des différences (par exemple, les structures cohérentes représentent une plus petite fraction du flux ascendant de masse). Le deuxième objectif de ce projet fut de revisiter la détection des particules de bruine dans les stratocumulus en utilisant les observations radar. Tout d'abord, les distributions de tailles des gouttelettes de nuage et de bruine sont liées théoriquement aux mesures radar, en incluant les effects dynamiques. Ensuite, un modèle direct de spectres Doppler radar fut développé pour tester la sensibilité des mesures radar à des modifications de la contribution de la bruine. Finalement, un simple modèle 1-D à l'état d'équilibre fut exploité pour simuler la croissance de la bruine pendant sa descente dans un nuage, en utilisant le modèle direct pour relier de nouveau les données sortantes avec les observations radar. En utilisant cette combinaison de modèles, quelques caractéristiques de l'évolution de la bruine observées à l'intérieur de nuages stratocumulus continental et maritime furent examinées avec succès. Dans l'ensemble, il fut déterminé que l'asymétrie d'un spectre Doppler radar est un bon indicateur de la présence de jeunes gouttelettes de bruine, alors qu'un seuil de réflectivité ou de vitesse Doppler indique le changement de domination dans le spectre Doppler se produisant quand la bruine est bien développée. Le troisième et final objectif de ce projet fut de revisiter un autre défi de longue date : le recouvrement de propriétés microphysiques des nuages en utilisant une combinaison de mesures radar et radiométriques. Une nouvelle technique fut développée pour retrouver la distribution de tailles des particules nuageuses, en ajoutant un modèle microphysique de condensation dans des conditions de supersaturation en équilibre à une méthode populaire de recouvrement. Les résultats semblent raisonnables pour deux stratocumulus marins ne bruinant pas et la profondeur optique dérivée pour ces nuages se compare bien avec celle dérivée indépendamment avec un autre instrument. Les erreurs de recouvrement furent également estimées, démontrant la valeur ajoutée de la nouvelle technique.

Over land, the daytime evolution of the convective boundary layer (CBL) is driven by the strong surface forcing evolution. Recent modeling studies have demonstrated that models cannot capture the observed evolution because of difficulty to represent turbulent processes in CBL and shallow cumulus clouds. The purpose of this thesis is to advance our understanding of the structure of clear and cloudy boundary layer over land by providing observational evidence using long-term dataset. Specifically, it focuses on documenting the turbulent structure and properties of CBL and FWC using observations at the U.S. Department of Energy Atmospheric Radiation Measurement Program (ARM) Southern Great Plains (SGP) Climate Research Facility. First, Doppler velocity measurements from insects occupying the lowest 2 km of the boundary layer during summer months are used to map the vertical velocity component in the CBL. The observations cover four summer periods (2004–08) and are classified into cloudy and clear boundary layer conditions. A conditional sampling method is applied to the original Doppler velocity data set to extract coherent vertical velocity structures and to examine plume dimension and its contribution to the total turbulent transport. Profiles of vertical velocity variance, skewness, and mass flux are estimated to study the daytime evolution of the convective boundary layer during these conditions. The properties of summer time FWC clouds are analyzed using the long data record (14–year) of ground-based MMCR (Millimeter Wavelength Cloud Radar) observations at the ARM facility at the SGP site to document the macroscopic and dynamical properties of FWC clouds. Doppler velocities are processed for lower reflectivity thresholds that contain small cloud droplets having insignificant terminal velocities; thus Doppler velocities used as tracers of air motion. A fuzzy-logic based algorithmis developed to eliminate insect radar echoes in the boundary layer that hinder our ability to develop representative cloud statistics. The refined data set is used to document composite daytime evolution of cloud vertical velocity statistics, surface parameters and profiles of updraft and downdraft fractions, updraft and downdraft velocity, and updraft mass fluxes. Statistics on the cloud geometrical properties such as, cloud thickness, cloud chord length, cloud spacing and aspect ratios are calculated on the cloud scale. Lastly, some of the updraft aspects in existing mass-flux parameterizations are tested using the recent observations from Doppler lidar deployed since Midlatitude Continental Convective Cloud Experiment (MC3E). The updraft aspects from two existing mass-flux schemes are evaluated with the Doppler lidar vertical velocity observations to test its applicability over land. The vertical velocity observations in the subcloud layer are analyzed for various cloud conditions by separately decomposing into clear and cloudy regions, and for various cloud fractions to investigate the role of clouds on the subcloud structure. / Sur les continents, l'évolution diurne de la couche limite convective (CLC) est entrainée par l'évolution des forçages de surface. Les modélisations récentes ont démontré que les modèles ne peuvent pas capturer l'évolution observée en raison des difficultés pour représenter les processus turbulents dans les nuages cumulus de la CLC et peu profonde. Le but de cette thèse est de faire progresser notre compréhension de la structure de la couche limite claire et nuageuse sur les terres en fournissant des données d'observation à long terme et en utilisant un ensemble de données. Plus précisément, elle met l'accent sur la documentation de la structure turbulente et les propriétés de la CLC et des cumulus de beau temps (CBT) à l'aide d'observation acquise au site de recherches « Southern Great Plains » (SGP) du programme « Atmospheric Radiation Measurement » (ARM) du Département américain de l'énergie. Premièrement, les mesures de vitesse Doppler des insectes, qui occupent les 2 km au bas de la couche limite pendant les mois d'été, sont utilisés pour cartographier la composante de vitesse verticale dans la CLC. Les observations portent sur quatre périodes estivales (2004 - 08) et sont classées en conditions de couche limite claire et nuageuse. Un procédé d'échantillonnage conditionnel est appliqué aux données d'origine de vitesse Doppler pour extraire les structures cohérentes de vitesse verticale et pour examiner la dimension du panache et sa contribution au transport turbulent total. Les profils de la variance et de l'asymétrie de la vitesse verticale et du flux de masse sont estimés pour étudier l'évolution diurne de la CLC au cours de ces conditions. Les propriétés des nuages CBT d'été sont analysées en utilisant le long jeu de données d'observations (14 années) à partir du sol de MMCR (Radar de nuages à longueur d'onde millimétrique) au laboratoire SGP de ARM afin de documenter les propriétés macroscopiques et dynamiques des nuages CBT. Les vitesses Doppler sont traitées pour des seuils inférieurs de réflectivité qui contiennent de petites gouttelettes de nuages ayant des vitesses terminales négligeables; ainsi les vitesses Doppler sont utilisées comme des traceurs de mouvements de l'air. Un algorithme de logique floue a été développé pour éliminer les échos radar d'insectes dans la couche limite qui entravent notre capacité d'élaborer des statistiques représentatives des nuages. L'ensemble de données raffineés est utilisé pour documenter l'évolution diurne compose des statistiques de vitesse verticale des nuages, les paramètres de surface et des profils des fractions de courant ascendant et descendant, la vitesse des courants ascendant et descendants, et les flux de masse ascendant. Les statistiques sur les propriétés géométriques des nuages telles que, l'épaisseur des nuages, la longueur de corde des nuages, l'espacement des nuages et les rapports d'aspect sont calculés sur l'échelle nuageuse. Enfin, quelques uns des aspects des courants ascendants dans les paramétrisations existantes du flux de masse sont testées en utilisant les observations récentes du lidar Doppler déployé depuis l'expérience « Midlatitude Continental Convective Cloud Experiment » (MC3E). Les caractéristiques des courants ascendants de deux schéma existants de flux de masse sont évalués avec les observations de vitesse verticale du lidar Doppler pour tester son applicabilité sur les terres. Les observations de vitesse verticale dans la couche sous les nuages sont analysées pour différentes conditions nuageuses, en décomposant séparément les régions claires et nuageuses, et pour différentes fractions de nuages pour étudier le rôle des nuages sur la structure sous-nuageuse.

The ability of wetlands to sequester carbon has given them a considerable amount of attention, especially in light of global climate change. To date, many wetland studies have focused on peatlands, however very few studies have been conducted on marshes. This study used the eddy covariance (EC) technique to measure net ecosystem carbon exchange (NEE) and energy exchange at a temperate freshwater cattail marsh near Ottawa, Canada. The objectives of the study were to use a four year dataset to determine the environmental controls on the variability of carbon and water vapour exchange. The annual cumulative NEE was on average -246 ± 31 gCm-2yr-1 ranging from -216 to -260 gCm-2yr-1. The variability in accumulation between years was a result of the timing of spring and fall transitions in the carbon uptake and the length of the growing seasons, each of which were determined by prevailing weather conditions. Evaluation of the interannual variability indicated that the marsh may be sensitive to carbon (C) losses through enhanced respiration under warmer autumn periods. Maximum daily average values of evapotranspiration (ET) reached 10.75, 9.07, 11.70 and 8.36 mm day-1 in 2005, 2006, 2007 and 2008, respectively. Bowen ratio values varied seasonally with values well below unity during the growing season (May to October) illustrating the dominance of latent heat. Evaluation of the evaporative fraction and Priestley-Taylor α indicated the seasonal importance of ET and mid-season high values of the decoupling coefficient (Ω) indicated that the marsh ET is radiatively driven owing its smooth aerodynamic surface and abundance of water. Overall, the marsh ecosystem was a large annual sink for CO2 as compared to other wetland ecosystems and ET rates were highly dependent on radiative input. / La capacité des milieux humides à séquestrer du carbone a beaucoup attiré l'attention, notamment dans le contexte des changements climatiques. À ce jour, bien que plusieurs études aient été menées sur les tourbières, très peu portent sur les marais. Cette étude a utilisé la technique de covariance des turbulences afin de mesurer l'échange écosystémique net (EEN) de CO2 et l'échange d'énergie d'un marécage de quenouilles de l'est de l'Ontario, Canada. Les objectifs de cette étude étaient d'utiliser un ensemble de données de quatre ans afin de déterminer les contrôles environnementaux sur la variabilité des échanges de carbone et de vapeur d'eau. Le EEN annuel cumulé était en moyenne de -246 ± 26,8 gCm-2a-1 allant de -216 à -260 gCm-2a-1. La variabilité de l'accumulation entre les années était le résultat de la synchronisation du printemps et de l'automne au niveau de l'absorption du carbone et de la longueur des saisons de croissance, chacune ayant été déterminée par les conditions météorologiques qui prévalaient. L'étude de la variabilité interannuelle a indiqué que le marécage pourrait être sensible aux pertes de C causées par une augmentation de la respiration au cours de périodes plus chaudes d'automne. Les valeurs moyennes quotidiennes maximales d'évapotranspiration (ET) ont atteint 10,75, 9,07, 11,70 et 8,36 mm jour-1 en 2005, 2006, 2007 et 2008 respectivement. Les valeurs du rapport de Bowen variaient selon la saison, avec des valeurs bien en dessous de l'unité pendant la saison de croissance (mai à octobre), illustrant la dominance de la chaleur latente. Une évaluation de la fraction d'évaporation et du facteur α de Priestley-Taylor indiquaient l'importance saisonnière de l'ET et les valeurs élevées de mi-saison du facteur de découplage (Ω) indiquaient que l'ET du marais est dominé par les radiations en raison de sa surface aérodynamique lisse et de l'abondance d'eau. Dans l'ensemble, l'écosystème du marais était un grand puits de carbone annuel par rapport aux écosystèmes de tourbière et les taux d'ET étaient fortement dépendants de l'apport radiatif.

We present the first year-long climatology of a new real-time global Lagrangian diagnostic system for stratosphere-troposphere exchange. This Environment Canada data set has been producing and archiving daily data since July 20th, 2010. A set of trajectories are calculated every day starting at 00:00UTC using the operational global forecast. They are seeded every 5 hPa between 600 and 10 hPa over the entire globe with even horizontal spacing of 55 km. We examine the mass fluxes across i) the dynamical tropopause,which is taken to be the 2 PVU iso-surface, and ii) the 380K temperature surface. Pole-ward of approximately 20o these two surfaces form a wedge called the Lowermost Stratosphere (LMS). The dynamics responsible for the transport across these two surfaces are very different. Mass flux across 380K, the upper surface, is driven by diabatic effects associated with the Brewer-Dobson circulation. Transport across the dynamical tropopause is dominated by quasi-isentropic mixing associated with baroclinic wave activity. The details of the transport across these two surfaces is known to determine the rate of injection of stratospheric ozone into the troposphere. This transport process is still today one of the major causes of uncertainty concerning the tropospheric ozone budget. Here we present the first one-year climatology of high-resolution global mass transport in the LMS, including geographical distributions and the Northern Hemispheric mass budgets, and will compare our results with previous studies. / Nous présentons la première année de la climatologie en temps réel d'un nouveau système diagnostique lagrangien étudiant les échanges entre la stratosphère et la troposphère. Ce système d'acquisition, en fonction tous les jours à Environnement Canada, de données produit et archive quotidiennement les données depuis le 20 juillet 2010. Un ensemble de trajectoires est calculé chaque jour commençant à 00:00 UTC utilisant les prévisions météorologiques déterminées par Environnement Canada. Ils sont dispersées chaque 5 hPa entre 600 et 10 hPa également autour du globe avec un espacement horizontal de 55 km. Nous examinons le flux de masse i) entre la stratosphère et la troposphère, i.e. au travers de la tropopause dynamique (2PVU iso-surface), et ii) à travers la surface à température de 380K. Dans les extra-tropiques, les deux surfaces se forment un region qu'on appele la haute troposphère et la basse stratosphère. Les dynamiques responsable pour le transport à travers ces deux surfaces sont très différentes. Le flux de masse à 380K, donc la surface supérieure, est déterminé par les effets diabatiques due à la circulation de Brewer-Dobson; alors que le transport à travers la tropopause dynamique est largement dominé par un mélange quasi-isentropique accompagné d'une activité de vagues baroclines. Les détails du transport entre ces deux surfaces sont connus pour déterminer le taux d'injection d'ozone stratosphérique dans la troposphère. Ce processus de transport est encore aujourd'hui une des causes majeures de l'incertitude concernant le budget de l'ozone troposphérique. Dans cette thèse, nous présenterons la première d'une année en climatologie sur le transport de masse global entre la haute troposphère et la basse stratosphère, incluant les distributions géographiques et les budgets de masse de l'hémisphère nord, et nous comparerons nos résultats avec de précédentes études.

Severe weather (SW) can have a huge impact on someone's life and property. Presently at Environment Canada (EC), there is no useful automated tool to help the forecasters in their SW forecast. The goal of this thesis was to develop a useful automated tool to help the SW forecasters in their SW predictions. A severe weather intensity (SWI) index was created from the 1-km Global Environmental Multiscale Limited Area Model (GEM-LAM) outputs. The GEM-LAM 1-km was run on summer days in 2008 and 2009 over Alberta, Ontario, and Quebec. The dataset of summer 2009 was used to create algorithms that use the model's outputs to detect severe thunderstorm structural features, compute the quantity of the ingredients needed to initiate severe thunderstorms, and estimate the intensity and the type of SW expected. The post-processed fields were subjectively verified with the SW observations and radar images for the summer of 2009 leading to a decision tree for the SWI index for each region. An object-oriented method was used to verify the SWI index forecasts with the SW observations for the summer of 2008. The results showed that the SWI index forecast was very accurate over Ontario, accurate over Quebec, and much less accurate over Alberta. The lack of SW observations and the model's spin up mainly affected the results. Finally, the skill of the SWI index forecast was compared to the forecaster-derived SW forecast to verify if the index could help the SW forecasters to improve their SW forecast. The results indicate that the SWI index could improve the prediction of SW events, but not the positioning. / Le temps violent (TV) estival peut avoir un impact important sur la vie des gens et leurs biens. En ce moment, aucun outil n'est assez performant pour aider les prévisionnistes à prévoir le TV. Cette thèse a pour but de créer un outil automatisé pour aider les prévisionnistes dans leurs prévisions de TV d'été. Un indice d'intensité de TV à été créé à partir des données du modèle global environnemental à multiéchelles à aire limitée (GEM-LAM) avec une résolution horizontale de 1 km. Le GEM-LAM 1-km à été roulé pour tous les jours d'été 2008 et 2009 sur les régions de l'Alberta, le sud de l'Ontario et le sud du Québec. Les données de l'été 2009 ont été utilisées pour créer des algorithmes qui utilisent les sorties du modèle pour détecter les structures particulières aux orages violents, évaluer les quantités de plusieurs éléments nécessaires à la formation d'orages violents, et estimer l'intensité et le type de TV attendu. Les champs post-traités ont été subjectivement analysé avec les observations de TV et les images radar pour l'été 2009 permettant de bâtir un arbre de décision pour l'indice d'intensité de TV pour chaque région. Une méthode par objet a été utilisée pour faire une vérification des prévisions de l'indice d'intensité de TV avec les observations de TV pour l'été 2008. Les résultats montrent que la prévision de l'indice d'intensité de TV est très juste pour l'Ontario, est assez juste pour le Québec, mais l'ai beaucoup moins pour l'Alberta. Le faible nombre d'observations de TV et le temps d'ajustement du modèle affectent les résultats. Finalement, la précision de l'indice d'intensité de TV et celle de la prévision de TV émit par un prévisionniste ont été comparées de façon à vérifier si l'indice peut aider le prévisionniste à améliorer sa prévision. Les résultats démontrent que l'indice d'intensité de TV pourrait améliorer la prévision d'un évènement, mais pas son positionnement.

The initialization of water vapour and temperature fields has long been a concern in mesoscale weather forecasting, where small errors in these fields often produce significant errors in the model characterization of mesoscale processes, such as convective initiation. In order to address this issue, a scanning "Mesoscale" Microwave Radiometer has been designed and built at McGill University with the exclusive goal of accurately providing, or at least constraining, three dimensional water vapour fields. An assessment of a scanning microwave radiometer's capability for retrieving water vapour and temperature fields over large (250x250x10km) two- and three-dimensional domains is presented. The information content of an elevation and azimuthal scanning microwave radiometer is assessed using a statistical regression framework. It is shown that a scanning microwave radiometer is, indeed, capable of providing up to 3.9 constraints on water vapour near the instrument decreasing to roughly 0.5 constrains at distances of ~150km, while temperature information is largely restricted to between 1.2 and 0.3 constraints in regions within 50km. The amount of information inherent in the system is also assessed, where it is found that, in order to constrain water vapour to 0.5g/kg throughout a 2D cross-section through the atmosphere, we require 63.2 independent constraints during July and only 3.2 in January, largely distributed between 500 and 4000m altitude. Based on these results, we propose possible modifications to the radiometer system to further facilitate its ability to provide accurate water vapour information at mesoscale resolutions within a three dimensional domain. / L'initialisation de la vapeur d'eau et de la température est, depuis longtemps, un sujet de préoccupation pour les prévisions météorologiques à la méso-échelle, où de petites erreurs dans ces champs produisent souvent des erreurs significatives dans le modèle concernant la caractérisation des processus à la méso-échelle, telles que l'initiation de la convection. Afin de répondre à cette question, un radiomètre micro-ondes à « méso-échelle » a été conçu et construit à l'Université McGill dans le but exclusif de fournir avec précision, ou au moins de contraindre, les champs de vapeur d'eau en trois dimensions. Une évaluation de la capacité d'un radiomètre micro-ondes pour recouvrer la vapeur d'eau et température sur un vaste domaine (250x250x10km) en deux et trois dimensions est présentée. Le contenu de l'information d'un radiomètre micro-ondes à balayage en élévation et en azimut est évalué dans un cadre de régression statistique. Il est démontré qu'un balayage radiomètre micro-ondes est, en effet, capable de fournir jusqu'à 3.9 contraintes sur la vapeur d'eau à proximité de l'instrument diminuant à environ 0.5 contraint à des distances de ~150km , tandis que les informations de température est en grande partie limitée à entre 1.2 et 0.3 contraintes dans les régions plus proche que 50 km. La quantité d'information inhérente au système est également évaluée; on y constate que, dans le but de contraindre la vapeur d'eau avec un précision de 0.5g/kg pour une section 2D à travers l'atmosphère, nous avons besoin de 63.2 contraintes indépendantes en juillet et seulement 3.2 en janvier, distribuées principalement entre 500 et 4000m d'altitude.Basé sur ces résultats, nous proposons d'éventuelles modifications du système radiomètre pour faciliter sa capacité à fournir des informations précises sur la vapeur d'eau à des résolutions méso-échelle dans un domaine tridimensionnel.

Tuktoyaktuk, a community along the Beaufort coast in the western Canadian Arctic, experiences serious coastal erosion during periods of strong and persistent northwesterly winds during the late summer season when the sea ice coverage reaches its annual minimum. The prevalence of strong northwesterly winds along the Beaufort coast has often been linked to the passage of powerful storms. In this study, a climatology of late summer winds at Tuktoyaktuk is compiled that links the observed wind regime to the orography of the Brooks Range. The climatology and a detailed case study of an extreme wind event indicate that an anticyclone over the Chukchi or western Beaufort Seas is conducive for cold air damming events north of the Brooks Range that alter the pressure gradient in a direction favorable for strong northwesterly geostrophic winds over Tuktoyaktuk to be mixed to the surface in a neutrally stratified atmosphere. / Tuktoyaktuk, une communauté sur la côte de Beaufort à l'ouest de l'arctique canadien, est aux prises à de graves épisodes d'érosion côtière à la fin de l'été, lorsque la couverture glacière est à son minimum et que soufflent de persistants et forts vents du nord-ouest. La prévalence de forts vents du nord-ouest le long de la côte de Beaufort a souvent été lié au passage de puissantes tempêtes. Dans cette étude, une climatologie des épisodes de vent de fin d'été est établie et mise en lien avec avec l'orographie de la chaîne de montagnes Brooks. La climatologie ainsi qu'une étude de cas détaillée d'un épisode de vents de force extrême indiquent qu'un anticyclone au dessus de la mer de Chukchi ou la mer de Beaufort conduit à un blocage d'air froid au nord de la chaîne Brooks qui modifie le gradient de pression dans une direction favorable à un mélange des forts vents géostrophiques nord-ouest au dessus de Tuktoyaktuk jusqu'à la surface dans une atmosphère stratifiée à stabilité neutre.

For St. John's, Newfoundland, at the confluence of several North American storm tracks, we identify synoptic-scale characteristics and precursors of various classes of cool-season precipitation events. / Such events, based upon a climatology for 1979-2005, are separated into three categories based on precipitation amount. We find that the storm systems responsible for extreme precipitation events originate farther south and east than corresponding features in moderate and light events. A wind climatology shows that extreme precipitation events at St. John's are characterized almost exclusively by easterly surface and 925 hPa geostrophic winds, and that both the surface and 925 hPa geostrophic winds rotate clockwise with decreasing precipitation amount. / Focusing on extreme events, we utilize two methods of manual synoptic typing to further partition events. The first method uses backward air parcel trajectories to separate events by air parcel source region. One subset of events ("west") is characterized by strong upper-level dynamics and high precipitable water values in the central United States, which helps to produce a strong cyclone upon reaching the Atlantic Ocean; this is not seen for "west" events outside the extreme category. The second method of synoptic typing utilizes time series of three ascent-forcing quasi-geostrophic (QG) variables. While most events are characterized by a strong upstream sea-level cyclone originating from the Gulf of Mexico ("cyclone"), a subset are dominated by strong low-level frontogenesis, in the absence of a substantial upstream cyclone ("frontal"). / Finally, a dynamic and thermodynamic analysis, and forecast model evaluation is completed for consecutive extreme events in December 2008, which produced over 125 mm of precipitation over six days. The first event is a "cyclone", and is marked by strong QG forcing for ascent in the presence of low static stability and high values of subtropical moisture. The second event is a "frontal" event, and is associated with a persistent quasi-stationary baroclinic zone in the presence of moderately stable air and large values of low-level frontogenesis, in the absence of substantial temperature and vorticity advection. These two events highlight rather disparate means by which an extreme precipitation event can occur at St. John's. / Pour St. John's, Terre-Neuve, à la confluence de plusieurs trajectoires de tempêtes nord-américaines, nous identifions des caractéristiques à l'échelle synoptique et des précurseurs d'une variété de type d'événements de précipitation de la saison froide. / Ces événements, basés sur une climatologie allant de 1979-2005, sont séparés en trois catégories basées sur la quantité de précipitation. Nous trouvons que les systèmes de tempêtes responsables des événements de précipitation extrêmes débutent plus au sud et à l'est que les événements correspondants avec précipitation modérée ou faible. Une climatologie des vents montre que les événements de précipitation extrêmes à St. John's sont caractérisés presque exclusivement par des vents de surface et géostrophique à 925 hPa provenant de l'est, et tournant dans le sens des aiguilles d'une montre avec une diminution de la quantité de précipitation. / En se concentrant sur les événements extrêmes, nous utilisons deux méthodes de classification synoptique manuelle pour séparer davantage les événements. La première méthode utilise une trajectoire renversée des parcelles d'air pour séparer les événements en fonction de leur région d'origine. Un sous-ensemble des événements ("ouest") est caractérisé par une forte dynamique dans les niveaux supérieurs et des valeurs d'eau précipitable élevées dans le centre des États-Unis, ce qui aide à produire un puissant cyclone lorsque l'océan Atlantique est atteint; ceci n'est pas observé pour les événements "ouest" en dehors de la catégorie des extrêmes. La seconde méthode utilise des séries temporelles de trois variables quasi-géostrophiques (QG) forçant l'ascension. Bien que la plupart des événements sont caractérisés par un puissant cyclone au niveau de la mer en amont qui origine du Golfe du Mexique ("cyclone"), un sous-ensemble est dominé par une forte frontogenèse dans les niveaux inférieurs, en l'absence substantielle de cyclone en amont ("frontal"). / Finalement, une analyse dynamique et thermodynamique, ainsi qu'une évaluation de modèle de prévision est complétée pour des événements extrêmes consécutifs en décembre 2008, qui produisent plus de 125 mm de précipitation sur une période de six jours. Le premier événement est du type "cyclone", et est marqué par un puissant forçage QG d'ascension en présence de faible stabilité statique et de hautes valeurs d'humidité subtropicale. Le deuxième événement est de type "frontal", et est associé à une zone barocline persistante d'air modérément stable et de hautes valeurs de frontogenèse dans les niveaux inférieurs en absence d'advection de température et de vorticité substantielle. Ces deux événements mettent en valeur des manières plutôt différentes par lesquelles un événement de précipitation extrême peut se produire à St. John's.

This study focuses on characterizing cloud and precipitation features over southern Baffin Island and the adjacent oceanic regions for the period 1 October, 2007 through 30 November, 2007; corresponding with the Storm Studies in the Arctic (STAR) field research project in Iqaluit, Nunavut, Canada. Satellite data obtained from CloudSat and Aqua are primarily used whereby a two-month analysis of clouds and precipitation features was carried out. Additionally, two precipitating events and the remnants of Hurricane Noel were studied in greater detail. Preliminary results indicate that most storms over the region were deep (>7 km cloud tops), single-layer cloud systems. However, multiple layers (up to 4 layers) sometime occur. Elevated reflectivity values above the surface (bright band and sublimation/evaporation situations) and on the windward side of mountain chains (orographic precipitation) are also evident along with strong vertical and horizontal variations in reflectivity and water content. / Cette étude se concentre sur la caractérisation des nuages et de la précipitation au-dessus de la portion sud de l'île de Baffin ainsi que la région océanique adjacente durant la période du 1 octobre au 30 Novembre 2007. C'est durant cette même période qu'a eu lieu l'Étude des Tempêtes dans l'Arctique, une expérience de terrain à Iqaluit, Nunavut, Canada. Les données satellite obtenues de CloudSat et d'Aqua sont utilisées pour créer une climatologie d'une durée de deux mois et une analyse des caractéristiques des nuages et de la précipitation. De plus, deux événements de précipitations et les vestiges de l'ouragan Noël ont été étudiés en plus grand détails. Les résultats préliminaires indiquent que la plupart des orages au-dessus de cette région sont des systèmes profonds (le haut des nuages sont d'une élévation supérieurs à 7km) et sont composés d'une seule couche de nuages. Par contre, des systèmes à plusieurs couches de nuages (un maximum de quatre couches) peuvent parfois être observes. Les valeurs élevées de réflectivité radar au-dessus de la surface (bande brillantes et situation d'évaporation et de sublimation) et sur le côté du vent des chaînes montagneuses (précipitation orographique) sont aussi évidentes en présence d'importantes variations verticales et horizontales en réflectivité et en teneur d'eau.