Cycles diurnes de rayonnement solaire entrant sur l’observatoire AMMA-Catch Bénin et liens avec la nébulosité.

Encadrants : N Philippon (nathalie.philippon univ-grenoble-alpes.fr) - JM Cohard (jean-martial.cohard ujf-grenoble.fr)

Laboratoire de rattachement : LTHE - équipe PHyREV

L’agriculture en Afrique de l’Ouest est encore essentiellement pluviale et dépend donc fortement du régime pluviométrique mais aussi de l’insolation, tous deux associés au couvert nuageux. En particulier, pendant la saison des pluies, l’évapotranspiration, marqueur de l’activité de la végétation (culture et végétation naturelle) est bornée par l’évapotranspiration potentielle (Ramier 2009, Mamadou 2014, 2016) directement reliée au rayonnement incident. En Afrique de l’Ouest, dans un contexte où la demande de production agricole est en forte augmentation, du fait de la démographie (+3% par an), et où des changements de régime pluviométrique sont avérés (Panthou 2014), il convient d’étudier précisément les éléments susceptibles d’affecter la capacité de production, notamment vis à vis des changements de régime pluviométrique et des changements d’insolation associés à l’opacité de l’atmosphère (humidité, aérosols, types de nuages).
L’observatoire AMMA-CATCH Bénin se localise en Afrique de l’Ouest à la transition entre région guinéenne au climat sub-humide (cumul annuel >1200mm et régime des pluies bimodal) au sud et région sahélienne au climat semi-aride (c.a.<600mm et régime des pluies unimodal) au nord. Les cycles diurnes de rayonnement mais aussi des autres variables climatiques associées ont déjà été documentés dans des études antérieures (Couvreux et al. 2014 ; Guichard et al. 2009)⁠ notamment sur un transect nord-sud (Gounou et al. 2012)⁠. Ils montrent le long de ce transect des différences majeures tant en termes de phases que d’amplitudes. Cependant leur évolution au cours du cycle annuel et leur lien avec la nébulosité ont été insuffisamment étudiés. La nébulosité en particulier est encore peu connue sur la région alors qu’elle affecte directement les bilans d’énergie à la surface, via son interaction avec le rayonnement. Au Sahel, elle est essentiellement composée de nuages convectifs alors qu’en région guinéenne elle est plus variée ; elle est notamment caractérisée par des nuages stratiformes bas pendant la petite saison sèche de Juin-Août (Knippertz et al. 2011)⁠ dont l’emprise spatiale vers le nord est maximale en fin de nuit (Linden et al. 2015)⁠. Philippon et al. (2016)⁠ s’appuyant sur une classification des cycles diurnes de rayonnement solaire entrant en Afrique Centrale obtiennent une bonne image de leur saisonnalité, et de leur lien avec le type de nébulosité.

L’objectif principal du stage est de documenter les cycles diurnes de rayonnement solaire entrant sur l’observatoire, leur variabilité intra et interannuelle, et leur lien avec la couverture nuageuse et les autres variables climatiques en s’appuyant sur l’approche proposée par Philippon et al (2016), afin de mieux comprendre le fonctionnement des surfaces continentales, leur rétroaction avec l’atmosphère et in fine le fonctionnement climatique actuel et futur sur cette région de transition.

Données (non exhaustif) : in-situ AMMA-CATCH Bénin - télédétection : MSG CLA (couverture nuageuse) et Hélio-Clim (rayonnement solaire entrant - TRANSVALOR)
Méthodes : classification des cycles diurnes de rayonnment solaire par K-means - composites sur les autres variables climatiques (nébulosité, précipitations, humidité, T°, ETP, ETR) -
Résultat attendus : détection des principaux types de cycles - probabilités sur la succession journalière des différents types - évolution de leur fréquence d’occurence au cours du cycle saisonnier - variabilité interannuelle - contrôle par la nébulosité - contrôle des autres variables climatiques
Profil recherché : étudiant en master sciences de l’Environnement ou Géographie avec connaissances en climatologie notamment tropicale, bilan d’énergie, Programmation Matlab (ou autonome en R ou Python). Environnement Linux - Anglais
Gratification : recherche de financement en cours

Références :
Couvreux, F., F. Guichard, A. Gounou, D. Bouniol, P. Peyrillé, and M. Köhler, 2014 : Modelling of the Thermodynamical Diurnal Cycle in the Lower Atmosphere : A Joint Evaluation of Four Contrasted Regimes in the Tropics Over Land. Boundary-Layer Meteorol., 150, 185–214, doi:10.1007/s10546-013-9862-6.
Gounou, A., F. Guichard, and F. Couvreux, 2012 : Observations of Diurnal Cycles Over a West African Meridional Transect : Pre-Monsoon and Full-Monsoon Seasons. Boundary-Layer Meteorol., 144, 329–357, doi:10.1007/s10546-012-9723-8.
Guichard, F., L. Kergoat, E. Mougin, F. Timouk, F. Baup, P. Hiernaux, and F. Lavenu, 2009 : Surface thermodynamics and radiative budget in the Sahelian Gourma : Seasonal and diurnal cycles. J. Hydrol., 375, 161–177, doi:10.1016/j.jhydrol.2008.09.007.
Knippertz, P., A. H. Fink, R. Schuster, J. Trentmann, J. M. Schrage, and C. Yorke, 2011 : Ultra-low clouds over the southern West African monsoon region. Geophys. Res. Lett., 38, n/a – n/a, doi:10.1029/2011GL049278. http://doi.wiley.com/10.1029/2011GL049278 (Accessed January 29, 2014).
Linden, R., A. H. Fink, and R. Redl, 2015 : satellite-based climatology of low-level continental clouds in southern West Africa during the summer monsoon season. J. Geophys. Res. Atmos., 1186–1201, doi:10.1002/2014JD022614..
Mamadou, O., Cohard, J. M., Galle, S., Awanou, C. N., Diedhiou, A., Kounouhewa, B., and Peugeot, C. 2014 : Energy fluxes and surface characteristics over a cultivated area in Benin : daily and seasonal dynamics, Hydrol. Earth Syst. Sci., 18, 893-914, doi:10.5194/hess-18-893-2014.
Panthou, G., Vischel, T. and Lebel, T. 2014 : Recent trends in the regime of extreme rainfall in the Central Sahel. Int. J. Climatol., 34 : 3998–4006. doi:10.1002/joc.3984
Philippon, N., and Coauthors, 2016 : Climatic drivers of the mean seasonal cycle of rainforest greenness in Central Africa. Agric. For. Meteorol., 223, 81–94.
Ramier D, Boulain N, Cappelaere B, Timouk F, Rabanit M, Lloyd CR, Boubkraoui S, Metayer F, Descroix L, Wawrzyniak V. 2009. Towards an understanding of coupled physical and biological processes in the cultivated Sahel—1 : energy and water. Journal of Hydrology 375 : 204–216.