Sous la direction de : Yves BRUNET
Co-directrice : Christine LAC
Co-encadrant : Patrick LE MOIGNE

Soutenue le 14 mars 2023

Membres du jury :

• Mme Frédérique CHERUY Chargée de recherche CNRS Rapporteur
• M. Joan CUXART Professeur Université des Baléares Rapporteur
• M. Lionel JARLAN Directeur de recherche IRD Rapporteur
• M. Adriaan TEULING Professeur associé Wageningen University Examinateur
• Mme Nathalie DE NOBLET Directrice de recherche CEA Examinateur
• M. Yves BRUNET Directeur de recherche INRAE Directeur
• Mme Christine LAC Ingénieur CNRM Co-directrice des Ponts, des Eaux et des Forêts
• M. Patrick LE MOIGNE Ingénieur de la Météorologie CNRM Invité

Occupation des terres et climat régional : impact des surfacesforestières sur l’ennuagement dans le sud-ouest de la France

Résumé : Les changements de couverture terrestre tels que la déforestation sont connus pour avoir un
impact sur l’ennuagement et les précipitations. Cependant des résultats contradictoires ont été obtenus selon
la latitude et l’échelle considérées, mettant en évidence notre faible compréhension des processus physiques
impliqués. Ce travail se focalise sur la nébulosité estivale à méso-échelle dans une région tempérée, sous
l’influence d’un grand massif forestier (la forêt des Landes en France). Il repose sur un modèle à méso-échelle
atmosphère-surface (Meso-NH couplé à SURFEX). Sur la base de données observées, la configuration du
modèle est d’abord optimisée. Une résolution horizontale de 500 m permet de simuler avec succès la couverture
nuageuse estivale plus élevée observée au-dessus de la forêt, par rapport à ses environs. Les processus physiques
menant à la formation des nuages sont ensuite caractérisés sur un cas représentatif. Une analyse comparative
des diagnostics et des bilans sur les zones forestières et non forestières montre que le flux de chaleur sensible
et la longueur de rugosité, tous deux plus élevés sur la forêt, sont les principaux moteurs de la convection
nuageuse. La différence de chauffage entre la forêt et son environnement modifie les circulations locales en
renforçant significativement la brise de mer, ainsi qu’en générant une brise de forêt. Dans un troisième temps,
l’impact de la tempête Klaus de 2009, responsable de la perte d’environ un tiers des arbres sur la forêt des
Landes, est considéré. Sur quinze jours d’été convectifs représentatifs, le modèle reproduit la diminution
de nébulosité estivale rapportée dans une étude précédente basée sur des observations satellitaires. En tant
qu’outil d’analyse complémentaire, les simulations à méso-échelle permettent ainsi de quantifier les impacts du
passage de Klaus sur tout le cycle diurne de la couche limite. Enfin, une étude de sensibilité à une évolution
idéalisée de la couverture forestière montre une corrélation non linéaire de la couverture nuageuse avec la
fraction de surface forestière.
Mots-clés : nuage de couche limite, surfaces forestières, interface surface-atmosphère, modélisation méso-
échelle

Land use and regional climate: the impact of forested areas on could enhancement in south-west France

Abstract: Land cover changes such as deforestation are known to have an impact on cloud cover and
precipitation. However, contradictory results have been obtained depending on latitude and scale, highlighting
our poor understanding of the physical processes involved. This work focuses on summer cloudiness at
mesoscale in a temperate region, under the influence of a large forest (the Landes forest in France). It is
based on a mesoscale atmosphere-surface model (Meso-NH coupled to SURFEX). Based on observed data,
the model configuration is first optimised. A horizontal resolution of 500 m allows to successfully simulate the
higher summer cloud cover observed over the forest, compared to its surroundings. The physical processes
leading to cloud formation are then studied on a representative case. A comparative analysis of diagnostics
and budgets over forest and non-forest areas shows that sensible heat flux and roughness length, both higher
over the forest, are the main drivers of cloud convection. The difference in heating between the forest and
its environment modifies the local circulations by significantly reinforcing the sea breeze and by generating
a forest breeze. In a third step, the impact of the 2009 Klaus storm, responsible for the loss of about one
third of the trees of the Landes forest, is considered. Over fifteen representative convective summer days, the
model succeeds to simulate the decrease in summer cloudiness reported in a previous study based on satellite
observations. As a complementary tool, the mesoscale simulations thus make it possible to quantify the
impacts of Klaus on the whole diurnal cycle of the boundary layer. Finally, a sensitivity study to an idealized
evolution of the forest cover shows a non-linear correlation of the cloud cover with the forest surface fraction.
Keywords: boundary-layer clouds, forest, surface-atmosphere interactions, mesoscale modelling

Unité de recherche
UMR ISPA, INRAE, 33882 Villenave d’Ornon, France.