Study of the climate variability and the role of volcanism in the North Atlantic-Mediterranean sector during the last millennium

The PhD work aims at studying the role of volcanism in influencing winter climate variability (especially, NAO) over the North Atlantic-Mediterranean sector at inter-annual scale. The first part is devoted to characterizing the simulated NAO signal in winters following stratospheric volcanic eruptions using three long transient simulations of the past millennium (500-1849 CE) by IPSL-CM6A-LR in the frame of PMIP4. The robustness and sensitivity of the response related to the latitude, season and strength of the eruptions are also explored. The second part extends further to decrypt the physical mechanism regarding different components of volcanic radiative forcing (the surface cooling and stratospheric warming). The work focuses on three 25-members ensemble simulations by IPSL-CM6A-LR following the VolMIP protocol for the well observed Mt. Pinatubo tropical eruption (Philippines, June 1991). Sensitivity experiments indicate that the surface positive NAO signature in our model experiments is primarily attributable to heating in the lower tropical stratosphere which generates stronger subtropical zonal winds through the thermal wind balance and accelerates the polar vortex. Stationary planetary wave propagations are also playing indispensable modulations effects.
La thèse vise à étudier le rôle du volcanisme ainsi ses impacts sur la variabilité climatique hivernale (spécialement l'ONA) dans le secteur Atlantique Nord-Méditerranée à l'échelle interannuelle. La première partie est consacrée à la caractérisation du signal d'ONA en hiver à la suite d'éruptions volcaniques stratosphériques grâce à trois simulations transitoires du dernier millénaire (500-1849 CE) par IPSL-CM6A-LR dans le cadre de PMIP4. La robustesse et la sensibilité de réponse liée à la latitude, la saison et la magnitude des éruptions sont ainsi explorées. La deuxième partie étend plus loin pour décrypter le mécanisme concernant différentes composantes radiatives du forçage volcanique (le refroidissement de la surface et le réchauffement du stratosphère). Le travail est axé sur trois 25-membres ensembles de simulation par IPSL-CM6A-LR suivant le protocole VolMIP sur l'éruption tropicale Mt. Pinatubo (Philippines, juin 1991), la meilleure observée. Les expériences de sensibilité indiquent que la signature d’ONA positive de surface dans nos expériences de modèle est principalement attribuée au réchauffement dans la basse stratosphère tropicale qui génère des vents zonaux subtropicaux plus forts à travers le bilan de vent thermique et accélère le vortex polaire. Les propagations d'ondes planétaires stationnaires jouent également des effets de modulations indispensables.