Cet écart dépend de la masse m des ions (dépendance en 1/Öm), ce qui permet de séparer les ions de masse 2 (H2+) de ceux de masse 3 (HD+), et de calculer le rapport isotopique D/ H pour mesurer l'eau injectée, en proportion (ppm). Teneur en deutérium de la glace Vostok (5G) : différence entre la plage A, échantillonnée tous les mètres, et une plage fine (mesurée par Jiancheng Kang, communication personnelle) échantillonnée tous les 10 centimètres et moyennée ici tous les mètres.
Le profil isotopique de Vostok: des variations climatiques sur 4 cycles
- Le signal enregistrŽ ˆ Vostok est global
- Le signal isotopique de Vostok: un enregistrement des variations locales de tempŽrature ?
- La modŽlisation simple isotopique
- Les conclusions de la modŽlisation simple
Le modèle isotopique simple permet de calculer la composition isotopique des précipitations ainsi que sa relation avec la température locale. Composition isotopique de la vapeur d'eau de surface simulée par le modèle de circulation générale GISS pour un climat moderne et le dernier maximum glaciaire (LGM, il y a environ 21 000 ans) avec les conditions CLIMAP.
La modŽlisation isotopique prise en dŽfaut au Groenland
La modélisation du climat moderne et glaciaire a récemment montré que ce sous-dépassement du thermomètre isotopique au Groenland peut s'expliquer par la variation saisonnière des précipitations : Krinner et al. 1997) ont montré que la forte réduction des accumulations hivernales dans un climat glaciaire était susceptible de fausser les relevés de températures, puis Werner et al. 1999) ont quantifié cet effet à l'aide d'un modèle impliquant les isotopes de l'eau. Les observations sont celles de la figure I.4, la teneur en deutérium est liée à la teneur en oxygène 18 en supposant un rapport de 8 entre les deux.
Le thermom•tre isotopique s'applique-t-il en Antarctique ?
Cette comparaison s'inscrit dans le cadre du projet PMIP ('Paleoclimate Modeling Intercomparison Project', Joussaume et Taylor, 1995) qui s'appuie sur la diversité des modèles de circulation générale (avec des différences de paramétrage, de résolution, etc.) pour supporter des résultats communs. Cependant, des incertitudes demeurent car les résultats des modèles de circulation générale pour les périodes glaciaires sont sujets à critique.
VARIATIONS DE L'ORIGINE DES PRECIPITATIONS ANTARCTIQUES ET INFLUENCE SUR LE THERMOMETRE
Comment estimer l'origine des prŽcipitations ?
- Lien entre origine et recyclage
- Les observations mŽtŽorologiques et l'origine des prŽcipitations antarctiques
- Les 'rŽtro-trajectoires' pour remonter aux sources de la vapeur
- L'origine des poussi•res dŽposŽes ˆ Vostok
- L'estimation latitudinale de l'origine par les isotopes de l'eau: l e mod•le simple
- L'estimation de l'origine par les mod•les de circulation gŽnŽrale
En été, les brises côtières transportent vers le continent la vapeur créée à la surface libre. Un modèle simple permet de montrer qu'elle dépend fortement de la température de la source.
L'origine des prŽcipitations antarctiques simulŽes avec le mod•le du GISS
- La version 'traceurs' du mod•le du GISS au LSCE
- L'origine des prŽcipitations antarctiques simulŽe par le mod•le du G I S S
Cependant, cela a été adopté par l'équipe en utilisant le modèle ECHAM (Werner et al., 1999b, manuscrit soumis). En utilisant cette approche, Koster et al. 1992) ont établi les sources des précipitations antarctiques pour les conditions actuelles de juillet.
VOSTOK
CASEY / LAW DOME
The relative contributions of the six sources defined in Figure II.10 to Antarctic precipitation are shown in Table II.4. Average contributions of the different zones (Figure II.10) to Antarctica precipitation, as simulated by the AIVD model for modern and Ice Age conditions.
SUMMER (DJF)
Slightly higher values of T-ave are near the pole, reflecting a relatively stronger contribution from remote sources there.
WINTER (JJA)
L'estimation de Werner et al. avec le mod•le ECHAM
Néanmoins, la comparaison entre les deux modèles est biaisée par les différentes définitions des ressources. Le refroidissement intertropical joue dans le même sens dans les deux modèles, favorisant les sources provenant de latitudes plus élevées.
Le recyclage des prŽcipitations: une validation des mod•les ?
Ainsi, ces deux modèles s’accordent au moins sur les points suivants : la contribution significative des latitudes moyennes et élevées ; l'influence de la température intertropicale sur la contribution de cette zone ; et limiter l'influence de chaque bassin océanique à la zone longitudinale « la plus proche ».
Les prŽcipitations polaires comme mŽlange de plusieurs origines : impact sur leur composition isotopique
- Validity of the isotopic thermometer in central Antarctica : limited impact of glacial precipitation seasonality and moisture origin
Changes in precipitation seasonality appear to have little effect on the Antarctic time slope (Krinner et al., 1997a). Given this situation, it still seems justified to use the present-day spatial gradient as a proxy for the temporal gradient to interpret Antarctic ice core isotopic profiles (Petit et al., 1999).
BoyleÕs sketch
GISS simulation
Conclusion: prendre en compte la diversitŽ de sources est nŽcessaire pour comprendre les variations climatiques
Au Groenland, si le mécanisme semble fonctionner de la même manière, la définition géographique des sources ne permet pas de tirer une conclusion définitive. Les différences de saisonnalité des précipitations estimées ici pour l’Antarctique ne semblent pas non plus affecter le thermomètre isotopique.
MODELISATION DE LA COMPOSITION ISOTOPIQUE OCEANIQUE DE L'OXYGENE : LE ROLE DU BILAN
La composition isotopique de l'ocŽan et sa relation avec la salinitŽ
La seule étude complète de la composition de l'océan mondial est celle de Craig et Gordon, 1965. La figure III.1 illustre la variabilité de la composition des eaux en fonction de leur profondeur, à partir des mesures GEOSECS.
MESURES GEOSECS : OCEAN ATLANTIQUE
L'homogénéité des eaux profondes apparaît bien, tant en salinité qu'en isotope, avec des valeurs moyennes proches de 34,7 pour la salinité et de 0ä pour le d18O. En revanche, les eaux profondes sont réparties entre deux pôles de composition différente, l'un venant de l'hémisphère nord (l'Atlantique nord, plus enrichi, situé dans le schéma à droite des eaux de surface), l'autre de l'hémisphère sud. (Eaux de fond de l'Antarctique, déplacées des eaux de surface).
Les niveaux de ces traceurs sont beaucoup plus variables dans les eaux intertidales et de surface, mais restent corrélés dans un rapport d'environ 1:2.
MESURES GEOSECS : OCEAN PACIFIQUE
MESURES GEOSECS : OCEAN INDIEN
D'autres études ont montré que le ratio tend à augmenter aux latitudes élevées (par exemple Fairbanks et al., 1992). Les nouvelles mesures montrent quelques variations par rapport à ces lignes principales, par exemple entre bassins est et ouest.
Les changements dans la composition isotopique des foraminifères ont permis d'estimer les changements de température des océans au cours des cycles climatiques récents (Emiliani, 1955). Parmi les causes de modification de la composition isotopique de l’océan, le volume des calottes polaires est au cœur d’un problème à plusieurs composantes.
GEOSECS
Simuler la composition isotopique de l'ocŽan
- La modŽlisation ˆ une boite
Si le transport vertical (diffusion) est effectivement le plus important, alors le modèle présenté est suffisant pour estimer la composition de la surface des océans. En fait, le modèle GISS prédit l’égalité des compositions isotopiques dp et dE à ces mêmes latitudes.
Le mod•le de surface ˆ une boite
La modŽlisation avec un mod•le de circulation gŽnŽrale : prendre en compte le transport ocŽanique
Les flux atmosphériques prescrits pour le modèle océanique sont donc dérivés du modèle GISS. Flux isotopiques prescrits à la surface du modèle océanique (version dm2, 47x39), au début de la simulation.
Les rŽsultats de notre simulation globale
- Introduction
- The atmospheric fluxes and the oceanic tracers
- Isotopic field and relation to salinity
Figures III.10c and d show the surface (model level one) fields of salinity and oxygen 18 simulated by the GCM after 2200 years. These features are summarized in Figure III.11, which compares the latitudinal distribution of surface oxygen data from GEOSECS 18 (1987) with modeled data.
ATLANTIC
There is quite good agreement between observed and modeled values, especially in the Atlantic, although the latter is too enriched there in the subtropics. This difference corresponds to a net freshwater export from the Atlantic to the Pacific basin through Central America, in the real world as well as in our currents, as this imbalance is reasonably simulated by the GISS AGCM (1987).
PACIFIC
Atmospheric vs oceanic control of the surface
Although the box model (Figure III.10a) captures some basic features of the salinity field, viz. zonal distribution and Atlantic enrichment, the GCM-simulated field is much closer to observations. In each grid box, it allows an estimation of the sensitivity of oxygen 18 to salinity based on the ratio (P.dp-E.dE)/(P-E) shown in Figure III.15b.
Conclusion
Les figures III.10 et III.16 illustrent ainsi et permettent de quantifier l'écart de la distribution surfacique par rapport à un modèle boîte, dû à l'advection. La modélisation permet de mieux comprendre le poids des différents paramètres, notamment l'importance de la dilution par les fleuves (Gange-Brahmapoutre) dans le Golfe du Bengale par rapport aux précipitations.
La relation salinitŽ-isotope dans l'ocŽan indien
- Introduction
- Atmospheric forcings of the Northern Indian Ocean hydrology
- d 18 O measurements and relation to salinity
- Modelling the d 18 O - salinity relationship
They showed a large increase of the evaporation minus precipitation balance over the Arabian Sea at the onset of the monsoon, with no counterpart in the Bay of Bengal. Dilution of the surface water by this runoff is readily observable in the Bay of Bengal where the typical salinity is approximately 2ä less than in southern India (Figure III.18).
WITHOUT RUNOFF
- Discussion
- Conclusion
- Tentative de modŽlisation pour le dernier maximum glaciaire
- Conclusion
In the Bay of Bengal, the gradient is comparable to the modern no-drain. We have shown that the box model somehow reproduces the d18O - salinity relationships in the Arabian Sea and the Bay of Bengal, i.e.
INFLUENCE DES CONDITIONS OCEANIQUES SUR L'EXCES EN DEUTERIUM EN ANTARCTIQUE
L'exc•s en deutŽrium et l'information climatique de la source
- L'exc•s en deutŽrium ˆ l'Žvaporation
La composition de la vapeur en équilibre avec le niveau de la mer, donc à saturation (Figure IV.2). La composition de la vapeur « s'échappant de la couche limite », c'est-à-dire le rapport entre les flux nets d'isotopes et d'eau.
Equilibre
Par rapport aux sensibilités estimées sans considérer la dépendance entre Te et h, c'est celle associée à h qui est la plus différente (presque d'un facteur 2 entre .43 et .22/.23). L'utilisation du deutérium en excès repose sur le fait qu'il est légèrement modifié lors du fractionnement isotopique qui accompagne la formation des précipitations.
DŽsŽquilibre (effet cinŽtique)
La différence de constantes, 22,7ä et 26,9ä, provient en partie de la variation océanique de la teneur en isotopes imposée dans la simulation du glacier (+1,2ä pour d18O, +9,6ä pour dD, dans un rapport de 8), comme le montre la section IV.2 suit.
OCEAN h=100%
ATMOSPHERE LIBRE
ATMOSPHERE SATUREE
L'exc•s en deutŽrium dans les prŽcipitations. Le cas de l'Antarctique
Augmentation de l’excès de deutérium des précipitations antarctiques due à la diminution de la pente dD/d18O. Graphiquement, l'excédent correspond à l'ordonnée à l'origine de la droite passant par le point considéré, de pente 8.
L'exc•s des prŽcipitations antarctiques : sensibilitŽ aux conditions ˆ la source
Variation de l'abondance de deutérium des précipitations sur le Plateau Antarctique (moyenne sur plusieurs points, avec une température de condensation de -33¡C) en fonction de la température de la source, simulée par le modèle simple (traits fins) et le modèle de circulation générale du GISS (lignes épaisses) . Le modèle simple d'évaporation est celui de Merlivat et Jouzel (1979), le modèle de fractionnement de Ciais et Jouzel (1994).
L'exc•s des prŽcipitations antarctiques: variations spatiales et climatiques
Rapport excès de deutérium sur précipitations antarctiques simulé par le modèle GISS pour 3 sources (cercle : côte Pacifique, carré : côte Atlantique, losange : Pacifique tropical) pour les mois de mars (en haut) et septembre (en bas). Dans ces conditions, comment interpréter l’excès de changement climatique simulé par le modèle GISS ?
L'exc•s en deutŽrium et l'information isotopique de la source
La figure IV.13 illustre les modifications de l'excès de deutérium dans les précipitations résultant de la « propagation » de ces anomalies. La première correction appliquée à ces écarts excessifs vient de la variation locale de température.
UniversitŽ de UniversitŽ Paris VI. et Jouzel J., 1979: Global climatic interpretation of the Deuterium - Oxygen 18 relationship for precipitation. L., 1990: Oceanic freshwater transport during the Last Glacial Maximum. et Caliri G., 1994: Continental-scale river flow in climate models.
ANNEXES
Les tempŽratures de prŽcipitation et de condensation implantŽes dans
ANNEXE B: EQUATIONS DE BASE DU MODELE ISOTOPIQUE SIMPLE
Extraction compl•te du condensat (distillation de Raileygh)
La relation entre les deux isotopes, le deutérium et l'oxygène 18, peut donc être estimée en combinant les variations de chacun des isotopes. En utilisant la notation d = R/Rsmow - 1, où SMOW est la norme utilisée pour l'eau, la pente de la relation dD-d18O est donnée par le rapport.
Fraction du condensat restant dans le nuage
Les précipitations étant toujours en équilibre avec la vapeur (Rp=a.Rv), la variation de leur composition isotopique s'écrit.
ANNEXE C. LES TEMPERATURES DE PRECIPITATION ET DE CONDENSATION IMPLANTEES DANS LE MODELE DU GISS
Les deux figures de la page suivante présentent ces températures en moyenne annuelle, en référence à la température de surface. Différence entre la température des précipitations et la température de surface (air au niveau du sol), en moyenne annuelle, simulée pour un climat actuel.
ANNEXE D. LES DIFFERENTES SIMULATIONS ATMOSPHE- RIQUES REALISEES AVEC LE MODELE DU GISS
Identique à T013m9 mais avec le fichier de conditions aux limites océaniques OM1978M12.NOICE.B créé à partir de OM1978M12.AVICE.B en remplaçant les points de glace de mer de l'Antarctique par des points océaniques à une température de -1,56¡C (SST) (V. Masson, avril 1999 ). Exécutez la vérification 21k-BP avec les conditions CLIMAP (ZM70CL.21, om18kya) et l'enregistrement des précipitations (masque Sources_ij_T013.txt).
Climatic stability of the geographic origin of Antarctic precipitation simulated by an atmospheric general
A semi-annual trend of the accumulation is due to a summer precipitation compensation by the simulated peak. Seasonal variation of the simulated Antarctic accumulation, in mm month-1 (averaged over 10 years for modern conditions, 5 years for LGM).
