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UQAM › Département des Sciences de la Terre et Atmosphère › Groupe des Sciences de l'Atmosphère › Recherche

La recherche

La recherche de pointe touchant des sujets variés représente une activité importante au sein du programme en Sciences de l'Atmosphère de l'UQAM. Les membres associés au programme jouissent d'une réputation internationale pour leurs travaux de recherche et de développement. Un bref aperçu de ces travaux est présenté. Pour des informations plus détaillées sur certains projets, des hyperliens se retrouvent au bas de la page.

Centre de recherche

Centre ESCER

Les groupes de recherche

DIONYSOS

MDCR

Les sujets de recherche

Plusieurs activités de recherche sont menées à l'UQAM. Les objectifs poursuivis sont nombreux. Certains travaux sont plutôt de nature théorique alors que d'autres visent plutôt la réalisation d'outils pratiques permettant de mieux prévoir les conditions météorologiques ou encore pour effectuer avec plus d'aisance des études sur l'atmosphère. Tous ces travaux ont comme objectif commun l'acquisition d'une meilleure compréhension des phénomènes atmosphériques et leurs interactions.

Les principaux sujets de recherche sont :

Modélisation numérique de l'atmosphère

Climatologie : étude du système climatique, interactions entre l`atmosphère et la biosphère, étude des effets anthropiques sur les changements climatiques, effets radiatifs

Météorologie de la méso-échelle : dynamique des systèmes convectifs

Couche limite et micrométéorologie : échanges énergétiques entre l'atmosphère et la surface terrestre, turbulence

Physique des nuages et de la précipitation, microphysique

Télédétection : radars météorologiques, imagerie satellitaire

Qualité de l`air : ozone troposphérique

Assimilation de données

Réalisations récentes et travaux en cours

Plusieurs travaux importants ont été réalisés à l'UQAM au cours des quelques dernières années, ou sont présentement en cours de réalisation.

À titre de réalisations récentes, mentionnons les travaux du regretté Dr. André Robert sur le développement d'un modèle de l'atmosphère basé sur le schéma numérique semi-lagrangien semi-implicite, pleinement compressible, pouvant être utilisé pour simuler une vaste gamme de phénomènes atmosphériques, de la plus petite échelle à la plus grande. Ce modèle dynamique de l'atmosphère est d'ailleurs au coeur du Modèle Régional Canadien du Climat (MRCC), récemment développé à l'UQAM, et fut également à l'origine du Modèle Communautaire Compressible (MC2) développé par Environnement Canada. Le MRCC est présentement utilisé pour l'étude de divers scénarios possibles sur le climat à une fine échelle spatiale (l'échelle régionale). Cette approche vise à raffiner les résultats obtenus à l'aide des modèles de circulation générale (MCG). Le MRCC sert également de modèle dynamique pour le projet canadien Northern Aerosol Regional Climate Modeling (NARCM). Le MC2 est, quant à lui, le principal modèle de recherche utilisé par les membres du Centre Coopératif de Recherche en Mésométéorologie (CCRM) pour des études sur les processus atmosphériques à la méso-échelle.

Le Modèle Local du Climat (MLC), une version uni-dimensionnelle du modèle canadien de circulation générale (MCCG), fut également développé à l'UQAM. Ce dernier est utilisé pour le développement et l'évaluation de nouveaux schémas de paramétrisations des processus physiques (transferts radiatifs, représentation des nuages, microphysique, convection, etc.) pour les modèles numériques du climat. Le développement d'une technique innovatrice d'assimilation des données de sondages aérologiques par le MLC permet de mieux cerner les influences de ces schémas de paramétrisation sur l'évolution de l'atmosphère simulée à l'échelle locale.

Les modèles MRCC et MLC sont également utilisés pour mener des études sur des processus physiques particuliers. Le modèle MRCC a servi comme laboratoire numérique pour une étude visant à caractériser les impacts de la couverture de glace marine sur le développement des tempêtes polaires sur la baie d'Hudson. Il est également utilisé pour générer divers champs météorologiques pour une étude synergétique entre divers instruments de télédétection par satellite. Le MLC quant à lui fut notamment utilisé lors d'une étude sur l'impact de l'augmentation des aérosols naturels et anthropiques sur le climat arctique, ainsi que lors d'une étude des émissions de gaz à effet de serre à la surface des réservoirs hydroélectriques.

Un autre axe de recherche est le développement d'un schéma de la microphysique des nuages pour l'étude des interactions microphysique-radiation-dynamique dans les nuages bas (stratus) en arctique pendant la saison printanière. Ces études numériques se font par simulation de type "LES" (Large Eddy Simulation) à l'aide du code dynamique semi-implicite semi-lagrangien à l'origine des modèles MRCC et MC2.

Une composante importante des activités de recherche et développement ayant lieu à l'UQAM consiste au développement d'un système de prévision des conditions atmosphériques à courte échéance pour l'aéronautique. Ce projet, financé par la Federal Aviation Administration américaine, repose sur l'utilisation du modèle numérique uni-dimensionnel COBEL capable du prévoir l'évolution de la couche limite atmosphérique (couche de l'atmophère à proximité de la surface de la Terre). L'objectif de ce projet vise la production de prévisions fines à courte échéance (1 - 6 heures) des conditions de plafonds et de visibilité (nuages bas) pour les aéroports les plus achalandés aux États-Unis. Le modèle COBEL fut également testé comme outil capable de fournir des prévisions détaillées des conditions météorologiques à un système de prévision de l'évolution des tourbillons de sillage (wake vortex) dans la zone d'approche des aéroports. Tout ceci est fait dans le but d'augmenter la capacité des aéroports puisqu'une augmentation importante du traffic aérien est prévue au cours des prochaines années.

Parmi les réalisations du groupe des Sciences de l'Atmosphère, mentionnons également le développement du logiciel DIONYSOS pour le diagnostic des modèles numériques de l'atmosphère et l'étude des systèmes météorologiques. Ce logiciel permet, à partir des sorties standards des modèles de prévisions, une évaluation quantitative des contributions individuelles de divers facteurs responsables du développement (cyclonisation) et du mouvement vertical (lui-même responsable de la présence des nuages et de la précipitation à la grande échelle). DIONYSOS fut d'ailleurs utilisé lors de la réalisation de l'étude mentionnée ci-haut sur le développement des tempêtes polaires. Son utilisation a permis l'identification des principaux processus reliés au développement rapide et intense de ces tempêtes. DIONYSOS est présentement utilisé au Centre Météorologique Canadien (CMC), à Météo-France (SCEM), ainsi qu'au Denver Weather Office du National Weather Service américain.

Des travaux sont également en cours à l'UQAM sur le développement des radars météorologiques à polarisation. Ces derniers permettent de déduire un certain nombre de caractéristiques de la précipitation que les radars conventionnels ne peuvent fournir. Ces radars permettent notamment d'obtenir de l'information sur la forme des hydrométéores et donc d'inférer le type de précipitation (flocons, grêlons, gouttes de pluie). D'autres projets de recherche sur la télédétection ont été menés sur l'utilisation de données radar pour l'étude d'événements de précipitation abondante sur le sud du Québec.

Un autre aspect des recherches menées en Sciences de l'Atmosphère touche à l'étude de la qualité de l'air sur le territoire de la province de Québec. Des études visant à mieux caractériser les épisodes de concentrations élevées d'ozone de surface sur le sud-ouest de la province sont menées. Une étude numérique effectuée à l'aide du MRCC a permis de mettre en lumière la contribution du transport à longue distance des polluants sur l'occurrence d'épisodes d'ozone élevé sur le sud du Québec. Aussi, une participation à la campagne ESOM - NARSTO a permis l'acquisition de données météorologiques et de concentration des polluants visant à mieux comprendre la relation entre les conditions météorologiques et les concentrations élevées de l'ozone de surface.

Des travaux de développement d'outils pédagogiques pour la formation académique et professionnelle en météorologie sont également à l'agenda des Sciences de l'Atmosphère à l'UQAM. Par exemple, la contribution nord-américaine au projet EuroMET s'est effectuée à travers l'UQAM. Ce projet a comme objectif de rendre disponible par internet une formation professionnelle dans le domaine de l'imagerie satellitaire et des prévisions numériques du temps. Des modules de formation sur la dynamique de l'atmosphère furent conçus en collaboration avec des membres du groupe des Sciences de l'Atmosphère de l'UQAM. Aussi, une participation au programme américain Cooperative Program for Operational Meteorology, Education and Training (COMET) a été mené dont l'objectif est l'utilisation du logiciel DIONYSOS comme outil d'aide à l'interprétation des sorties des modèles numériques de prévision. De plus, la réalisation du projet InterMET s'est effectuée parmi nous. Ce didacticiel de formation en météorologie, axé vers le curriculum des études de niveau secondaire au Québec, fut réalisé en partie à travers une collaboration de nos membres.

Tout récemment, des projets ayant comme thème l'assimilation de données furent entrepris en collaboration avec un chercheur de la division Recherche en Prévision Numérique du Service de l'Environnement Atmosphérique, Environnement Canada. Ces travaux ont comme but l'amélioration des prévisions numériques par l'introduction d'informations sur la précipitation dans les champs d'analyse avec lesquels une prévision numérique est initiée. Jusqu'à maintenant, les prévisions des modèles numériques sont "démarrées" sans aucune information sur la précipitation (état initial du modèle sans précipitation). Le modèle génère lui-même son propre champ de précipitation à partir de zéro, et ce, pendant les premières heures de la simulation (période de "spin-up"). Pendant cette période d'ajustement du modèle, la précision des prévisions est de moindre qualité. Pour remédier à cette situation, des travaux sont en cours pour appliquer des techniques variationnelles (4Dvar) afin d'inclure les informations sur la précipitation (localisation et taux de précipitation) dans l'état initial des modèles de prévision.

Références

Répertoire des mémoires de maîtrise en Sciences de la Terre et de l'Atmosphère (L'enseignement) - UQAM

Les collaborations et participations à des programmes de recherche

Au Canada, des travaux sont menés en collaboration avec divers groupes et/ou programmes de recherche, tels que:

Centre Canadien de Recherche en Mésométéorologie (CCRM)

Observatoire J.S. Marshall de l'Université McGill (radar de McGill)

Recherche en Prévision Numérique (RPN), Environnement Canada

Centre Canadien pour la modélisation et l'analyse Climatique (CCmaC)

Canadian Institute for Climate Studies

Northern Aerosol Regional Climate Modeling (NARCM)

Modèle de l'Atmosphère Moyen (MAM)

Canadian Center for Global Change Research (C2GCR)

Université York

GEWEX MAGS

Des collaborations et participations à des programmes au niveau international sont activement poursuivis par nos chercheurs. Parmi les collaborations, on peut compter :

Massachusetts Institute of Technology Lincoln Laboratory, États-Unis

Météo-France

Laboratoire d`Aérologie, Université Paul Sabatier, France

Laboratoire de Météorologie Dynamique, CNRS, France

Institut de Géographie, Université de Fribourg, Suisse

Agence Spatiale Européenne

Université de Wageningen, Pays-Bas

Cooperative Center for Research in Environmental Sciences (CIRES), Colorado, États-Unis

Une participation active aux programmes internationaux suivants est également menée par nos chercheurs :

COMET

EuroMET

Project for Intercomparison of Regional Climate Simulations (PIRCS)