Thèse Interaction d'Échelles dans la Mousson Asiatique dans un Climat qui Change H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Toulouse École doctorale : SDU2E - Sciences de l'Univers, de l'Environnement et de l'Espace Laboratoire de recherche : CNRM - Centre National de Recherches Météorologiques Direction de la thèse : Gilles BELLON ORCID 0000000339811225 Début de la thèse : 2027-09-01 Date limite de candidature : 2026-11-23T23:59:59 La mousson d'Asie du Sud constitue l'un des systèmes atmosphériques majeurs de la planète, régissant les ressources hydriques indispensables à l'agriculture et assurant la subsistance de centaines de millions de personnes. Cette forte dépendance engendre une grande vulnérabilité face aux aléas hydroclimatiques : un déficit pluviométrique menace directement la sécurité alimentaire régionale, tandis qu'une abondance de précipitations sous forme d'événements extrêmes provoque des inondations dévastatrices aux conséquences socio-économiques majeures. Dans le contexte du réchauffement climatique global, l'anticipation fine des évolutions de la mousson représente un enjeu scientifique et sociétal de premier ordre.
Le cumul pluviométrique saisonnier ainsi que le calendrier de la mousson résultent de l'imbrication étroite de plusieurs échelles de variabilité atmosphérique sub-saisonnière. D'une part, l'échelle synoptique, s'étendant sur des durées de deux à dix jours, englobe les perturbations de basse pression associées à une circulation cyclonique, notamment les dépressions de mousson. D'autre part, l'échelle intrasaisonnière, comprise entre dix et quatre-vingt-dix jours, est structurée par deux modes dominants : une oscillation se propageant vers le nord-ouest sur dix à vingt jours, et une se déplaçant vers le nord sur trente à soixante jours. Ces dynamiques interagissent fortement : les modes intrasaisonniers modulent l'activité des systèmes synoptiques, lesquels apportent en retour une contribution aux modes plus lents. Ce couplage multi-échelle, enrichi par des ondes atmosphériques et des téléconnexions régionales, gouverne la date de déclenchement de la mousson, l'alternance entre phases pluvieuses actives et pauses de mousson, ainsi que la survenue d'événements extrêmes.
Les processus physiques régissant ces interactions demeurent imparfaitement compris. Cette lacune se répercute dans les modèles de climat actuels, qui peinent à reproduire fidèlement la mousson. Bien que les projections climatiques indiquent une hausse des pluies moyennes d'environ 5 % par degré de réchauffement, la fiabilité de ces prévisions reste incertaine tant que les interactions d'échelles ne sont pas simulées de façon réaliste pour le climat présent.
Ce projet de doctorat vise donc à élucider les interactions entre les variabilités synoptique, intrasaisonnière et saisonnière, leur impact sur les caractéristiques de la mousson (déclenchement, alternance de phases actives et de pauses de mousson, occurrence d'évènements extrêmes, cumul saisonnier, etc.) puis à évaluer la capacité des modèles climatiques afin d'estimer les impacts du réchauffement global sur la mousson. Pour cela on adoptera une méthodologie qui permet d'identifier individuellement les perturbations atmosphériques correspondant aux différentes variabilités de façon à pouvoir prendre en compte leur diversité. Pour détecter les mécanismes des interactions d'échelles, une analyse détaillée des bilans d'humidité, d'énergie et de quantité de mouvement au cours du cycle de vie de ces perturbations sera menée, et des algorithmes de classification seront appliqués pour qualifier objectivement la diversité de ces perturbations. On analysera ensuite la contribution de ces perturbations aux caractéristiques saisonnières de la mousson.
Ce cadre analytique sera ensuite appliqué aux simulations climatiques afin de diagnostiquer les biais des modèles, de tester leur représentation des couplages multi-échelles. Puis les mêmes analyses permettront de qualifier les potentiels changements futurs de la variabilité sub-saisonnière de la mousson et de ses caractéristiques saisonnières à fort impact. The South Asian monsoon sustains the livelihoods of hundreds of millions, particularly through the hydrologic resources it provides to agriculture (Gadgil and Gadgil, 2006; Singh et al., 2011). Insufficient monsoon rains threaten food security. On the other end, plentiful rains in the form of extreme rainfall events can be destructive (Singh et al., 2019). Seasonal rainfall is linked to atmospheric variability at sub-seasonal scales (Goswami and Mohan, 2001; Krishnan et al., 2009; Jha et al., 2026), and so is monsoon onset (Li et al., 2013). The occurrence and characteristics of extreme rainfall events are also modulated by sub-seasonal variability (Nikumbh et al., 2021).
Monsoon sub-seasonal variability can be decomposed into the synoptic range (time scales from 2 to about 10 days) and intraseasonal (10 to 90 days). Synoptic events are low-pressure systems associated to a cyclonic circulation (Hurley and Boos, 2015), such as monsoon depressions. In the intraseasonal range, there are two main modes of variability: the north-westward-propagating 10-to-20-day mode and the northward-propagating 30-to-60-day mode (e.g., Karmakar et al., 2017). There is significant interaction between these variabilities, both in terms of modulation of synoptic variability by intraseasonal modes and by upscale influence of synoptic variability on intraseasonal variability. And these variabilities largely control the occurrence of extreme rainfall events (Nikumbh et al., 2021). The mechanisms of these scale interactions are still poorly understood and multiple mechanisms are expected to exist. There are also influences from other regions through waves and teleconnections (Krishnan et al., 2009; Prasanna and Annamalai, 2012).
Despite improvement since the previous generation, current climate models struggle to simulate the monsoon. For example, over the Gangetic plains, models underestimate rainfall by about half (Choudhury et al., 2022; Rajendran et al., 2022; Gusain et al., 2020), which is mostly attributed to insufficient resolution, oversimplified convection parametrisations, and circulation feedbacks (Willett et al., 2017). This raises questions on their suitability to assess the changes in the monsoon associated with anthropogenic global warming. The multi-model estimate predicts an increase in mean rainfall of about 5%/K of warming (Katzenberger et al., 2021). There could also be changes in the sub-seasonal variability (Sandeep et al., 2018). But these predictions are unreliable if the scale interaction building up from the synoptic variability to the seasonal cycle are not properly simulated in the present climate. Other high-impact characteristics of the monsoon have even more uncertain forecasts. 1. Understand the interaction between synoptic, intraseasonal, and seasonal variability in the South Asian monsoon. / Comprendre l'interaction entre variabilités synoptique, intrasaisonnière et saisonnière de la mousson en Asie du Sud.
2. Assess the impacts of global warming, through monsoon changes, on South Asia. / Evaluer les impacts du changement climatique global, via les changements de la mousson, sur le Sud de l'Asie. This PhD project will use satellite observations (MTG, EarthCare) and reanalyses (ERA5,ERA6) to identify synoptic and intraseasonal events individually (using the TRACK and LMA methods; Hodges, 1999; Goulet and Duvel, 2000) during the monsoon seasons, classify them objectively (using advanced clustering methods), link their characteristics to those of the seasonal monsoon: onset, alternation of active phases and breaks, occurrence of extreme events, etc, and analyse the budgets of moisture, energy and momentum to discover the mechanisms at play in these interaction. The same analyses will be applied to the most recent climate projections to evaluate climate models' ability to simulate the South Asian monsoon and assess the future changes of the monsoon variability at synoptic, intraseasonal, and seasonal scales. /
Ce projet de doctorat fera appel à l'analyse d'observations satellitaires et de réanalyses pour identifier individuellement (par les méthodes TRACK et LMA; Hodges, 1999; Goulet and Duvel, 2000) les évènements synoptiques et intrasaisonniers pendant les saisons de mousson, les classifier (en utilisant des méthodes de classifications objectives), relier leurs caractéristiques à celles de la mousson : déclenchement, alternance de phases sèches et humides, survenue d'évènements extrêmes, etc, et analyser les bilans d'humidité, d'énergie et de quantité de mouvement pour découvrir les mécanismes en jeu dans ces interactions. Les mêmes analyses seront appliquées aux projections climatiques les plus récentes pour évaluer la capacité des modèles de climat à simuler la mousson asiatique et estimer les changements futurs de la mousson aux échelles synoptique, intrasaisonnière et saisonnière.

M2 en sciences du climat ou domaine proche, avec une expérience de recherche et une compétence en analyse de données. Maîtrise de Python et de Linux.

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