Les missions du poste
Le modèle tridimensionnel océanique SYMPHONIE (Marsaleix et al. 2008, 2019) est un modèle communautaire français développé au LEGOS par le SNO SIROCCO qui intègre plusieurs fonctionnalités particulièrement pertinentes pour l'étude des mers d'Asie du Sud-Est : coordonnées VQS, bancs découvrants, représentation explicite de la marée... Il a ainsi été utilisé dans le cadre de 10 thèses (encadrées ou co-encadrées au LEGOS) pour étudier une large gamme de processus dans la région, de la très fine échelle (estuaires, panaches, Piton et al. 2021, Nguyen-Duy et al. 2021, 2023) à l'échelle côtière (To Duy et al. 2022, Herrmann et al. 2023, 2024, Tran et al. 2025) et régionale, incluant les détroits (Trinh et al. 2024). Une configuration à 5 km de résolution a notamment été mise en place et optimisée sur le domaine CORDEX-SEA (celui de la Fig. 1, Garinet et al. 2024). Lors de la thèse d'A. Garinet (soutenue en 2024), des développements numériques conséquents ont été effectués sur le schéma d'advection, permettant de réduire considérablement le mélange numérique excessif lié à la présence de forte marée interne dans la région, problème récurrent dans les modèles océaniques (Garinet et al. 2024).
Le modèle atmosphérique régional RegCM (Giorgi et al. 2012) est largement utilisé par la communauté CORDEX, en particulier CORDEX-SEA (Tangang et al. 2020, 2021). Une configuration à 25 km de résolution est notamment exploitée sur le domaine CORDEX-SEA pour étudier des processus à différentes échelles temporelles, des typhons et précipitations extrêmes au changement climatique (Ngo-Duc et al. 2016, Herrmann et al. 2020, 2021). RegCM peut également être utilisé pour des intégrations longues à des résolution plus élevées (3 km), en configuration non hydrostatique et sur des sous domaines d'intérêt en lien avec les activités hautes résolutions (ex. Lipzig et al. 2022). Les bénéfices de la haute résolution en mode climatique ont ainsi été démontrés sur le cycle diurne de la convection.
Le couplage entre RegCM (à 25 km de résolution, suivant la configuration utilisée par le groupe CORDEX-SEA) et le modèle océanique SYMPHONIE (à 5 km) a été mis en place sur le domaine SEA avec le coupleur OASIS3-MCT (Craig et al. 2017) dans le cadre de la thèse de Q. Desmet. Un effort conséquent d'évaluation et optimisation de cette configuration couplée a été mené pour améliorer la représentation des flux de chaleur, d'eau et de quantité de mouvement à l'interface air-mer (Desmet et al. 2024, Desmet et al. en prep).
- Programme de travail
Evaluation des simulations et analyse de la variabilité sur la période actuelle:
Un ensemble de simulations longues (hindcast, avec un spin-up de 5 ans + 20 ans de simulations) sera d'abord effectués sur la période 2000-2025 en utilisant des sorties de réanalyses (ERA5 pour l'atmosphère, Hersbach et al. 2020, GLORYS pour l'océan, Lellouche et al. 2021, GLOFAS pour les rivières, Prudhomme et al. 2024). Cette période se prête bien à l'étude de la variabilité interannuelle, avec notamment plusieurs évènements ENSO (El Niño, 2009-10, 2015-15, 2023-24; La Niña, 2007-08, 2010-11, 2020-22, 2024-26), qui joue un rôle majeur dans la région (Nguyen-Thanh et al. 2023, Da et al. 2019, Sprintall et al. 2019). Cela permettra d'évaluer la capacité du modèle à représenter de façon réaliste la dynamique et les caractéristiques océanique et atmosphérique du système climatique, d'examiner l'influence des interactions air-mer sur cette représentation, puis d'étudier leur rôle dans la variabilité de ce système et les mécanismes associés. Pour cela, une simulation de contrôle à haute résolution (5 km pour l'océan, 25 à 10 km pour l'atmosphère) prenant en compte les processus de fine échelle clefs dans la région (marée, interactions air-mer, cycle diurne, flux d'eau douce continentaux), ainsi que des simulations de sensibilité à la prise en compte de la marée, et à la fréquence du couplage, ou encore de la résolution atmosphérique, seront effectuées.
Réponse du système climatique au changement climatique:
Lors de la deuxième partie de la thèse, un ensemble de simulations longues (5 ans de spin-up + 20 ans) sera effectué sur les périodes historiques et futures suivant l'exemple de ce qui est fait dans d'autres mers semi-fermées (ex en Méditerranée, Herrmann et al. 2014, Parras-Berrocal et al. 2024). Dans un souci de faisabilité, nous utiliserons dans le cadre de cette thèse, les sorties d'un unique modèle global climatique couplé (GCM) pour fournir les conditions initiales et aux limites. Les simulations d'ensemble effectuées pour l'exercice CMIP7 devraient être disponibles d'ici mars 2027, et nous prévoyons d'utiliser les projections fournies par le CNRM-CERFACS (voir Voldoire et al. 2019 pour le CMIP5), en examinant a-priori un voire deux scénarios d'évolution climatique.
Ceci permettra d'une part, en se plaçant sur la période historique, d'examiner la valeur ajoutée du modèle régional par rapport au modèle global. Puis, en comparant périodes futures et historiques, d'examiner la réponse du système au changement climatique, et la différence en termes de projection climatique induite par l'utilisation du modèle régional vs. le modèle global. Là encore, des simulations de sensibilité à la prise en compte des différents processus identifiés comme déterminants dans la première partie de la thèse seront effectuées pour examiner leur influence dans la réponse au changement climatique.
Pour l'évaluation de la variabilité à différentes échelles (cycle diurne, variabilité intrasaisonnière incluant les événements extrêmes, saisonnière et interannuelle, changement climatique) et du réalisme de sa représentation, et l'identification de la contribution des processus étudiés, des analyses statistiques systématiques seront notamment appliquées lors des deux volets (analyse sur la période observée et projections climatiques) aux variables et indicateurs de processus clefs du système climatique : température, salinité et élévation de la surface océanique, profils de température et salinité pour l'océan ; précipitations, flux radiatifs, vent pour l'atmosphère. Les échanges d'eau et de chaleur à travers les détroits (SCSTF et ITF) seront également examinés. La comparaison de ces variables aux estimations fournies par les jeux d'observations satellitaires (évalués et réunis pour les variables mentionnées ci-dessus dans la base de données du projet SEASTERS) et in-situ (issus notamment des profileurs Argo et des mesures aux détroits des programmes INSTANT et MITF, 2004-18, Gordon et al. 2010,2019) permettra d'évaluer les simulations effectuées. L'intercomparaison des simulations de sensibilité permettra de quantifier l'influence des processus pris en compte, puis d'identifier les mécanismes associés à travers l'analyse des simulations.
Le profil recherché
Bagage académique en sciences de l'océan et de l'atmosphère
Bon niveau d'anglais
Bonnes capacités rédactionnelles
Capacité d'adaptation, goût du travail en équipe et appétence pour le questionnement scientifique
Bienvenue chez Doctorat.Gouv.Fr
Le système actif et la configuration complexe de la SEA en font cependant l'une des régions les plus difficiles à modéliser par les systèmes de prévision numérique et les modèles de climat, tant d'un point de vue atmosphérique qu'océanique. Pour mieux comprendre le fonctionnement de ce système climatique régional et sa réponse aux facteurs de variabilité à différentes échelles, et mieux prévoir son évolution à long terme, la communauté scientifique plaide donc pour la mise en place d'outils de modélisation régionale adaptés. Le CORDEX-CLIVAR ROCP Joint Working Group du WCRP a été récemment fondé pour encourager et coordonner cet effort nécessaire de régionalisation des projections océaniques, en miroir au travail mené dans le cadre du programme CORDEX pour l'atmosphère. S'inscrivant dans cet effort collectif, le LEGOS et l'USTH (Vietnam), au sein du laboratoire mixte international LOTUS, se sont engagés au sein du groupe CORDEX-SEA dans le développement d'un modèle régional couplé océan-atmosphère, et disposent aujourd'hui d'un outil couplé robuste qui représente de façon réaliste la dynamique de l'océan et de l'atmosphère et leurs interactions dans le système régional climatique de SEA.
Dans ce contexte scientifique et méthodologique, l'objectif de cette thèse sera de comprendre et caractériser le rôle du compartiment océanique dans la variabilité à différentes échelles du système climatique de SEA, en examinant les différences induites par la prise en compte tridimensionnelle, à haute résolution et haute fréquence, de la dynamique océanique sur la représentation de la variabilité et des projections climatiques de ce système dans un modèle régional. L'outil principal de la thèse sera le modèle régional couplé SYMPHONIE-RegCM développé et optimisé par le LEGOS et l'USTH sur la zone. Lors de la première partie de la thèse, la capacité du modèle à représenter les caractéristiques et la variabilité à différentes échelles de la dynamique océanique et atmosphérique de la région sur une période longue (hindcast) sera d'abord évaluée par comparaison aux observations. La contribution du compartiment océaniques aux principaux modes de variabilité sera examinée à partir d'un ensemble de simulations de sensibilité aux différents processus étudiés (marée, cycle diurne, etc). La seconde partie sera consacrée à l'étude de la réponse du système climatique océan-atmosphère de SEA au changement climatique, à partir d'un ensemble de simulations effectuées sur les périodes historiques et futures.
La thèse sera réalisée au LEGOS, avec un soutien fort du SNO SIROCCO responsable du développement du modèle SYMPHONIE. Elle incluera des missions longues à l'USTH qui permettront des échanges plus étroits avec la communauté utilisatrice du modèle atmosphérique RegCM en SEA (USTH et CORDEX-SEA), et bénéficiera des liens que ces laboratoires entretiennent notamment avec le CNRM, Mercator Océan International et la Scripps Institution (USA). L'Asie du Sud-Est (ou SEA pour Southeast Asia, voir Fig. 1 dans le document joint, qui inclue également la signification des acronymes), incluant le continent maritime a une configuration géographique unique à l'interface entre les Océans Pacifique et Indien, constituée d'une mosaïque de bassins, détroits et de milliers d'îles, alternants plateaux continentaux et zones abyssales, régions montagneuses et larges deltas. Un dixième de la population mondiale vit dans ces pays côtiers tropicaux, soumis à une large gamme d'aléas naturels et anthropiques à différentes échelles liés en particulier à de multiples modes de variabilité atmosphériques et océaniques (intrasaisonnière (MJO) à saisonnière (mousson), interannuelle (ENSO) à multidécennale (PDO)), aux évènements extrêmes (typhons, sécheresses) et aux changements globaux. La SEA joue de plus un rôle essentiel dans le climat global. D'un point de vue atmosphérique, la SEA, où les températures de l'océan sont élevées, est le siège d'une activité de convection profonde parmi les plus puissantes de la planète, associée à la branche ascendante de la circulation de Walker dans le Pacifique, ce qui en fait la région la plus pluvieuse au monde et libère une énergie considérable qui renforce la circulation atmosphérique globale (Jin & Hoskins 1995). Cette fréquente et intense activité convective est contrôlée en premier lieu par le cycle diurne (Chen & Houze 1997), lui-même fortement influencé par les brises de mer/terre induites par les multiples îles (Wei et al. 2020). La SEA est de plus une barrière connue à la propagation de la MJO (Zhang & Ling 2017), et une zone de très forte activité cyclonique (Tran et al. 2022). D'un point de vue océanique, elle est le lieu de passage de la circulation océanique globale entre les Océans Pacifique et Indien (SCSTF et ITF, Gordon 2005, Qu et al. 2006) au cours duquel les masses d'eau sont profondément transformées sous l'influence de multiples modes de variabilité et processus : forçage atmosphérique et interactions air-mer (Xue et al. 2020), mélange induit par la marée (Ffield & Gordon 1996, KochLarrouy et al. 2007), échanges aux détroits (Sprintall et al. 2019, Trinh et al. 2024), panaches d'eau douce fluviale (Nguyen Duy et al. 2021,2023), upwellings (Da et al. 2019, To-Duy et al. 2022, Herrmann et al. 2023, 2024), jets (Li et al. 2014), dynamique tourbillonnaire (Chu et al. 2020, Ni et al. 2021). La SEA est donc une région clé pour la compréhension du fonctionnement du système climatique, aux échelles locales comme globales.
Figure 1: Topographie et bathymétrie en Asie du Sud Est : principaux pays (blanc), bassins (noir) et détroits (bleu). Domaine utilisé par le groupe CORDEX-SEA
Le système actif et la configuration complexe de la SEA en font cependant l'une des régions les plus difficiles à modéliser par les systèmes de prévision numérique et les modèles de climat, tant d'un point de vue atmosphérique qu'océanique. Des biais systématiques sur les précipitations, les vents et les caractéristiques des masses d'eau ainsi que sur leurs différents modes de variabilité sont ainsi observés dans la majorité des modèles climatiques (Yamanaka et al. 2018, Wang et al. 2019, Herrmann et al. 2020, 2021, Trinh et al. 2024, Garinet et al. 2024). Ces biais découlent notamment de la configuration des modèles utilisés (résolution, prise en compte inexistante de la marée et des rétroactions entre les compartiments océanique et atmosphérique, choix de paramétrisations ...) qui ne permet pas de représenter la complexité de la topographie et des processus dynamiques, atmosphériques et océaniques, de la région.
Pour mieux comprendre le fonctionnement de ce système climatique régional et sa réponse aux facteurs de variabilité à différentes échelles, et mieux prévoir son évolution à long terme, la communauté scientifique plaide pour la mise en place d'outils de modélisation régionale adaptés (voir les articles de review de Xue et al. 2020 et Yoneyama et Zhang 2020). Le groupe CORDEX-SEA travaille ainsi depuis plus de 15 ans à implémenter et exploiter des modèles atmosphériques régionaux à haute-résolution en SEA (Tangang et al. 2021). Les rétroactions avec le compartiment océanique n'y sont cependant pas prises en compte jusqu'à présent. Quelques études s'appuyant sur des modèles régionaux couplés océan-atmosphère ont été effectuées (ex. Li et al. 2020, Wu et al. 2018, Nguyen-Thanh et al. 2025). Leurs périodes d'étude relativement courtes (évènements extrêmes à quelques années) et/ou les choix de configuration effectués (résolution, représentation de la marée, etc), ne permettent cependant pas de représenter correctement et sur des périodes climatiques significativement longues les caractéristiques et la circulation des masses d'eau. Le CORDEX-CLIVAR ROCP Joint Working Group a été récemment fondé pour encourager et coordonner cet effort nécessaire de régionalisation des projections océaniques, en miroir au travail mené dans le cadre du programme CORDEX pour l'atmosphère. S'inscrivant dans cet effort collectif et dans le cadre des groupes internationaux CORDEX-SEA et ROCP, le LEGOS et l'USTH, au sein du LMI LOTUS qu'ils portent ensemble depuis 2018, se sont ainsi engagés dans le développement d'un modèle couplé océan-atmosphère pour la région SEA. Soutenu également par le projet SEASTERS (financement CNES), un effort de développement numérique et d'optimisation portant notamment sur le mélange induit par la marée et le couplage océan-atmosphère a été mené dans le cadre des thèse récentes de Q. Desmet et A. Garinet (soutenues en 2024). Nous disposons ainsi désormais d'un outil couplé robuste qui représente de façon réaliste la dynamique de l'océan et de l'atmosphère et leurs interactions dans le système régional climatique de SEA.
Ce sujet de thèse se place dans le contexte scientifique et méthodologique présenté ci-dessus : à partir des outils numériques que nous avons développés ces dernières années, associés aux produits satellitaires que nous avons rassemblés et évalués dans la zone dans le cadre des thèses précédentes et des projets associés, l'objectif scientifique général de la thèse sera d'explorer les questions liées au rôle et à l'influence des interactions entre compartiments atmosphérique et océanique dans le climat d'Asie du Sud-Est.
Plus précisément, il s'agira d'étudier le rôle du compartiment océanique dans la variabilité à différentes échelles du système climatique d'Asie du Sud-Est, en examinant les différences induites par la prise en compte tridimensionnelle, à haute résolution et haute fréquence, de la dynamique océanique sur la représentation de la variabilité et des projections climatiques de ce système.
La capacité du modèle à représenter les caractéristiques et la variabilité à différentes échelles de la dynamique océanique et atmosphérique de la région sur une période longue pour laquelle nous disposons de jeux de données observationnelles sera d'abord évaluée, et le rôle en particulier du mélange induit par la marée et du cycle diurne seront examinés. Ceci permettra d'identifier les atouts et les limitations du modèle, et éventuellement de travailler sur ses défauts. La seconde partie de la thèse sera consacrée à l'étude de la réponse du système climatique océan-atmosphère au changement climatique, à partir d'un ensemble de simulations effectuées sur les périodes historiques et futures dans le cadre CMIP7. - Outil : le modèle régional couplé SYMPHONIE-RegCM
Publiée le 21/04/2026 - Réf : 6d8a97f2311ad042788027e1ad5b3bc0
