Study of Antarctic precipitation by radar remote sensing, in situ observations, and intercomparison of climate models. | Étude des précipitations en Antarctique par télédétection radar, mesures in-situ, et intercomparaison de modèles de climat

English. During the 21st century, precipitation is expected to increase in polar regions. InAntarctica, this would lead to an increase in snow accumulation over the continent,which would represent a positive contribution to the ice sheet mass balance, and thus anegative contribution to sea level. Almost all the climate models predict a precipitationincrease in Antarctica during the 21st century, but this change differs widely according tothe models. Moreover, the current precipitation rate simulated by these models divergegreatly. However, because no reliable observation of Antarctic precipitation was availableso far, it was not possible to benchmark climate models.In this study, data from the cloud profiling radar onboard the CloudSat satellite havebeen used to produce the first climatology of Antarctic precipitation from observations.This climatology agrees well with ERA Interim reanalysis, the production of which isconstrained by various in situ and satellite observations, but does not use any data fromCloudSat. The mean snowfall rate from CloudSat observations is 171 mm/an over theAntarctic ice sheet, north of 82°S. The maximum snowfall rate is observed during thefall, while the minimum snowfall rate occurs in spring.Because in-situ measurements are necessary to evaluate remote sensing observations,a field experiment has been developed at Dumont d’Urville station in Antarctica formeasuring precipitation. Optical sensors have been set up at different levels on a 73-meter tower in order to separate snowfall from blowing snow events. Snow flux measuredat different heights should be similar during snowfall without blowing snow, whereas agradient shoud be observed if blowing snow occurs. The system has been evaluated andcompared to the ECMWF operational analysis.Finally, simulations from the climate models used for the last IPCC report have beencompared to the new satellite climatology. All the models produce a higher snowfall ratethan the snowfall observed with CloudSat. Precipitation increase predicted in Antarcticavaries from -6.0 % to +39.4 % according to the models and the greenhouse gas emissionsscenarios.Climate models which reproduce a current snowfall rate close to the snowfallrate observed by satellite predict on average a larger increase in Antarctic precipitationduring the 21st century, and thus a stronger impact on sea level.

French. Au cours du XXIème siècle, une augmentation des précipitations est attendue dansles régions polaires. En Antarctique, cette augmentation devrait se traduire par uneaccumulation de neige sur le continent, contribuant ainsi positivement au bilan de massede la calotte polaire, et par conséquent négativement au niveau des mers. Les modèlesutilisés pour simuler le climat du XXIème siècle prédisent presque tous une augmentationdes précipitations en Antarctique, mais l’importance de ce changement diffère fortementd’un modèle à l’autre. De plus, les taux de précipitation actuels reproduits par cesmêmes modèles divergent également beaucoup. Cependant, faute d’observation fiable deprécipitation en Antarctique, il était jusqu’à présent difficile de vérifier la capacité desmodèles à simuler ces dernières.Dans cette étude, les données issues du radar météorologique embarqué à bord dusatellite CloudSat ont été utilisées afin de produire la première climatologie de précipitationen Antarctique à partir d’observations. Cette climatologie couvre la périodeaoût 2006 - avril 2011, et a montré de très bons accords avec les réanalyses ERA Interimqui n’utilisent pas d’observations issues de CloudSat. Le taux de chute de neigeobtenu avec CloudSat sur le continent Antarctique jusqu’à 82°S est en moyenne de 171mm/an. L’automne austral est la saison avec les chutes de neige les plus importantes, etle printemps austral, la saison avec les chutes de neige les plus faibles.Par ailleurs, une expérience de mesure in-situ des précipitations a été développée surla base de Dumont d’Urville en Antarctique, des observations in-situ étant nécessairesà la validation des algorithmes de télédétection. Un système de profilage utilisant descapteurs optiques a été installé sur un mât de 73 m afin d’identifier les chutes de neige etles évènements de transport de neige par le vent. Les flux de neige mesurés à différenteshauteurs devraient être similaires lors de chute de neige sans transport de neige, alorsqu’un gradient devrait apparaître si de la neige est transportée depuis la surface. Lesystème a été évalué et comparé aux analyses opérationnelles d’ECMWF.Enfin, les simulations des modèles de climat utilisés pour la production du rapport duGIEC ont été comparées aux observations satellites obtenues. Tous les modèles simulentun taux de chute de neige supérieur à celui observé avec CloudSat. Le changement deprécipitation en Antarctique durant le XXIème siècle simulé varie de -6,0 % à +39,4 % enfonction des modèles et des scénarios d’émission de gaz à effet de serre. Les modèles declimat simulant des taux de chute de neige proches de ceux observés par satellite pour lapériode actuelle prédisent en moyenne un changement plus important de précipitationau cours du XXIème siècle, et donc un impact sur le niveau des mers plus conséquent.