Equipe ABC(t) (Atmosphère-Biosphère-Climatologie par télédétection) : La thématique centrale de l’équipe est l’étude des variables et des processus climatiques à partir de l’analyse du rayonnement émis et diffusé par l’atmosphère et la surface, par télédétection active et passive depuis le sol et l’espace. L’équipe possède en particulier une expertise internationalement reconnue à la fois dans l’analyse d’observations satellitaires multi-spectrales et dans la réalisation d’instruments innovants, basée sur des connaissances approfondies en spectroscopie, modélisation avancée du transfert radiatif direct et inverse, calibration/validation, méthodes inverses variées (Bayésiennes, neuronale, …), analyse des données sur de longues séries temporelles. La restitution et la compréhension des variables atmosphériques et de surface qui en découlent sont une ressource essentielle pour l’étude de la variabilité et de l’évolution du climat de même que pour l’étude du bilan de rayonnement de la planète. Elles représentent aussi des données clés pour la validation des modèles de circulation générale. Les thèmes scientifiques de l’équipe s’orientent autour de l’étude de la caractérisation de l’atmosphère et des surfaces continentales à l’aide du couplage des sondeurs infrarouges passifs (au nadir et au limbe) et des instruments actifs (lidars) : caractérisation des gaz à effet de serre (CO₂, CH₄, H₂O), des nuages, des aérosols de poussière et des propriétés radiatives des surfaces continentales. En lien avec son expertise scientifique et ses thèmes de recherche, l’équipe est fortement impliquée dans la proposition, la préparation et l’exploitation des missions spatiales, en particulier auprès du CNES et de l’ESA. Elle coordonne les activités autour des missions IASI, IASI-NG et Merlin, et participe aux groupes missions MicroCarb, Flex et GeoCarb.

L’équipe DPAO étudie la dynamique et la physique des enveloppes fluides de la Terre, atmosphère et océan, de l’échelle turbulente à l’échelle planétaire. Elle en analyse les mécanismes à l’aide d’un riche éventail d’outils d’observations (satellite, campagnes de mesures), et d’une hiérarchie de modèles théoriques et numériques.

Parmi les structures géophysiques fondamentales auxquelles s’intéressent les chercheurs de l’équipe figurent les structures tourbillonnaires atmosphériques et océaniques. Dans l’océan, les sujets d’étude porte sur le rôle de ces structures dans les transferts de chaleur, les cycles biogéochimiques ainsi que les interactions avec l’atmosphère. Pour l’atmosphère, les recherches actuelles portent sur le couplage entre l’organisation de la convection et la formation des cyclones tropicaux, l’évolution des cyclones extra tropicaux du bassin méditerranéen aux mers polaires ainsi que sur le lien entre anticyclones stratosphériques d’échelle synoptique à planétaire et aérosols issus de feux de forêts.
Plus généralement, la turbulence dans les fluides géophysiques est un objet d’étude central dans l’équipe, qui s’implique dans des avancées théoriques et observationnelles sur des aspects variés allant de la turbulence océanique aux nuages convectifs et leur impact sur le bilan radiatif de la Terre.
Un autre aspect de la dynamique au cœur des travaux de DPAO est celle des oscillations atmosphériques d’échelles variées. Les ondes de gravité émises par les nuages convectifs, les montagnes ou les instabilités de l’écoulement sont étudiées sous l’angle de leurs impacts sur la variabilité nuageuse et sur la circulation en stratosphère. L’équipe s’intéresse également aux ondes de grande échelle responsables de la variabilité synoptique et saisonnière aux latitudes moyennes et polaires ainsi qu’aux oscillations climatiques et à leurs effets dans le contexte du changement global.

Pour progresser sur ces aspects, les chercheurs de DPAO combinent des approches avancées de modélisation conceptuelle et numérique à une ambitieuse recherche expérimentale incluant expériences de laboratoire, nouvelles mesures satellitaires et campagnes de mesure en mer, aéroportées et sous ballons. Ils s’attachent à quantifier les rôles de ces processus dans le système climatique et conçoivent de nouvelles approches pour les représenter dans les modèles et évaluer leurs impacts sur la prévision météorologique. A ce titre, l’équipe contribue au développement de diverses composantes du modèle de climat de l’IPSL et à l’évaluation des modèles climatiques.

Equipe EMC3 (Etude et Modélisation du climat et du changement climatique) : L’équipe développe le Modèle de Circulation Générale (GCM) LMDz depuis son origine (années 90) et devenu code communautaire. Ce modèle est la composante atmosphérique du modèle Système Terre de l’IPSL (l’un des deux modèles de climat français). Dans le cadre du Centre de Modélisation du Climat de l’IPSL, ce modèle compte plusieurs centaines d’utilisateurs en France et à l’étranger, et participe depuis 2003 au projet international CMIP d’intercomparaison de modèles climatiques au sein du Programme Mondiale de Recherche sur le Climat (WCRP) de l’Organisation Mondiale de la Météorologie (WMO). En parallèle, à l’aide de LMDz, d’autres modèles et d’observations, l’équipe étudie les processus physiques qui gouvernent le climat et le changement climatique. Elle joue un rôle moteur dans de nombreuses activités internationales du WCRP, dans l’élaboration des rapports du GIEC et dans d’autres travaux d’expertise sur le changement climatique. L’équipe entretient des liens forts avec la modélisation à méso-échelle, la modélisation des atmosphères planétaires, les surfaces continentales et les observations (analyse de données issues du spatial ou de sites instrumentés tels le SIRTA, implication dans des campagnes de terrain). Ces collaborations sont un atout pour l’étude des processus critiques pour le climat (par ex. nuages, convection, aérosols, hydrologie de surface) et le développement de paramétrisations originales pour les modèles de grande échelle.

Étude et prévision de l’impact de la variabilité et du changement climatique sur le secteur de l’énergie.

Le secteur de l’énergie est sensible aux conditions climatiques via la sensibilité thermique de la demande d’énergie (chauffage / climatisation), via la dépendance météorologique de la production d’énergie renouvelable (solaire / éolien) et via les dégâts aux installations occasionnés par les événements extrêmes. Inversement, les principales sources d’énergie en France et dans le monde étant les combustibles fossiles, la consommation d’énergie est la principale contribution au changement climatique. De nombreuses questions scientifiques émergent ainsi à l’interaction entre science du climat, ingénierie énergétique et économie. Résoudre ces questions est d’autant plus critique qu’il est impératif de réduire les émissions de gaz à effet de serre par le secteur de l’énergie. L’équipe InTRo étudie ces questions dans le cadre du centre Energy 4 Climate (E4C) center.

Chimie et transport des polluants atmosphériques : de l’échelle urbaine à l’échelle hémisphérique

L’étude de la composition de l’atmosphère est un sujet de recherche important pour l’équipe InTRo. En particulier, l’équipe coordonne le développement du modèle de chimie-transport CHIMERE, qui est utilisé largement en France et à l’international pour des applications aussi bien scientifiques qu’opérationnelle, incluant les plate-forme de prévision nationale Prev’Air et européenne CAMS. Les questions scientifiques étudiées dans l’équipe incluent les émissions liées aux feux de forêt (avec le modèle APIFLAME), les poussières minérales issues des zones arides, le transport des panaches volcaniques et le développement de techniques de downscaling pour étudier la qualité de l’air à l’échelle urbaine et l’exposition des populations avec le modèle EXPLUME.

Climat régional et cycle de l’eau

L’étude du cycle de l’eau dans InTRo s’est concentrée historiquement sur le bassin méditerranéen dans le cadre des initiatives HyMEx et MedCORDEX. L’Amérique du Sud est devenue plus récemment une priorité, en collaboration avec l’université de Buenos Aires. Dans le bassin méditerranéen, les études sur le cycle hydrologique et sur les événements extrêmes (précipitations extrêmes, sécheresses) se font en partie avec le modèle régional couplé RegIPSL, en développement dans l’équipe InTRo en collaboration avec d’autres équipes de l’IPSL. Les sujets étudiés par l’équipe incluent les interactions entre aérosols et précipitation et le cycle hydrologique des grands bassins versants. Une attention particulière est portée aux usages anthropiques de l’eau et aux zones où l’interaction surface/atmosphère est particulièrement intense, comme le Pantanal en Amérique du Sud. L’étude du cycle hydrologique à l’échelle régionale est l’une des principales motivations de la forte implication de l’équipe InTRo dans le développement du modèle régional couplé RegIPSL.

Le cœur dynamique DYNAMICO

En collaboration avec d’autres équipes du LMD et de l’IPSL, l’équipe InTRo est un contributeur majeur au développement d’un nouveau cœur dynamique pour LMDZ, le modèle de circulation atmosphérique générale (GCM) inclus dans le modèle couplé de l’IPSL. Le principal objectif de DYNAMICO est de reformuler l’advection et la dynamique de LMDZ sur une grille icosaédrique, tout en maintenant ou en améliorant leurs propriétés d’exactitude, de conservation et de dispersion d’ondes. Une implémentation efficace sur les architectures présentes et futures de supercalculateurs est également un objectif important. La mise en place d’une capacité à utiliser un maillage non structuré afin de faire varier la résolution de façon souple est en cours. Un but majeur, plus large, est de réexaminer tous les choix touchant le cœur dynamique, notamment l’approximation traditionnelle / de l’atmosphère mince, la coordonnée verticale et la stratégie de couplage avec la physique.

Source image : earthobservatory.nasa.gov

Crédit image : NASA image courtesy Jeff Schmaltz, MODIS Rapid Response Team at NASA GSFC.

Equipe Planéto (Planétologie) : L’équipe Planéto regroupe les activités de recherche concernant les atmosphères autres que celle de la Terre. Les sujets d’étude de l’équipe sont d’une part la physique et la dynamique des diverses atmosphères du système solaire et des exoplanètes, d’autre part l’enquête sur l’évolution de ces systèmes et sur les origines de la vie. Ces activités sont soutenues par le développement de modèles, de la même manière que pour l’étude de la Terre : Modèle de Climat Global (LMDz), mais aussi modèles à plus petite échelle (simulations grands-tourbillons, modèles méso-échelle). L’équipe est également impliquée dans la recherche spatiale, via le soutien au développement instrumental, à la préparation des missions et à l’analyse des données. Bien que les principaux objets d’études soient les atmosphères des planètes et satellites telluriques du système solaire (Mars, Vénus, Titan), l’équipe étudie également des atmosphères des planètes géantes (Saturne, Jupiter), aux climats passés pour explorer les évolutions de ces diverses atmosphères, aux atmosphères plus fines et froides des confins du système solaire (Pluton, Triton), enfin à la diversité des atmosphères des planètes extrasolaires dont la découverte et l’étude sont en pleine phase d’expansion.

Equipe SIRTA du LMD : Le SIRTA est un Site multi-instrumenté national dédié à l’observation de l’atmosphère, localisé à l’Ecole polytechnique. Le SIRTA a été fondé en 1999 à l’initiative de l’IPSL pour fédérer les recherches (fondamentales ou appliquées) et les activités d’enseignement des laboratoires de la région parisienne dans les domaines de l’instrumentation et des mesures atmosphériques. Le SIRTA est un outil de référence aux niveaux européen et international. Au regard de la contribution du LMD au fonctionnement du SIRTA en termes de soutien technique et de recherches scientifiques, une équipe dédiée au LMD étudie plus particulièrement les impacts sur le climat régional des nuages, les processus pilotant les nuages bas et brouillard d’hiver et les nuages convectifs d’été pouvant créer des orages violents, la nature des différentes sources d’aérosols rencontrés en région parisienne et l’impact des aérosols et nuages sur la variabilité et la prévisibilité de la production d’électricité photovoltaïque en conditions réelles.