Étude des précipitations en Antarctique par télédétection radar, mesures in-situ, et intercomparaison de modèles de climat

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.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

Arctic shipping trends during hazardous weather and sea-ice conditions and the Polar Code’s effectiveness

The Arctic’s extreme environmental conditions and remoteness make it a complex and dynamic environment for maritime operators. We find that Arctic shipping has grown by 7% per year over the past decade, despite the hazardous weather and sea-ice conditions that pose risks to vessels operating in the region. As a result of a strong increase in winter sailing, the time ships operate in these extreme conditions has even tripled. To mitigate maritime risks, the Polar Code has been introduced. Among other things, it regulates Arctic shipping by specifying hazardous conditions with a sea-ice classification scheme and design temperature threshold. However, we argue that the Polar Code needs refinement through the integration of maritime warning systems and a broader description of hazardous conditions. This is supported by an analysis of shipping activity patterns in severe sea-spray icing conditions and a discussion of a recent sea-ice induced incident along the Northern Sea Route

Modélisation du mouvement des chevreuils dans un paysage bocager simulé : premiers résultats, projets

Les tiques, dont Ixodes ricinus, espèce la plus répandue en Europe, sont vecteurs de nombreux agents pathogènes, protozoaires, bactéries ou virus, qui peuvent être responsables de maladies touchant l’Homme (Borreliose de Lyme) ou l’animal(babésiose bovine). En vue d’identifier les zones à risque vis-à-vis de ces maladies, il est important de connaître la distribution spatiale des tiques. Cette distribution dépend d’une part des conditions locales de température et d’humidité, d’autre part des mouvements des hôtes des tiques(Estrada-Peña, 2002). Les chevreuils sont notamment reconnus pour influencer fortement la densité de tiques(Ruiz-Fons et Gilbert 2010) et se déplacer sur de longues distances. Dans le cadre de l’estimation spatiale des risques, il est nécessaire de disposer d’un modèle de déplacement des hôtes en fonction des caractéristiques du paysage, dont le développement n’a pas été réalisé à ce jour. Dans un premier temps, une approche théorique a été privilégiée. Un modèle du paysage a été développé via une tesselation de Voronoï et un processus de marquage. Au sein de ce paysage modélisé, le mouvement du chevreuil est modélisé par des équations différentielles stochastiques. Ce mouvement se décompose donc en deux termes : un de dérive, qui dépend d’une fonction de potentiel reliée aux différents habitats qui composent le paysage, et un terme de diffusion. A partir d’une première fonction potentielle, il est donc possible de simuler le déplacement d’un individu dans un paysage modélisé. Les développements actuels visent dans un premier temps à tester différentes fonctions de potentiel en fonction de nos connaissances sur le comportement du chevreuil. L’étape suivante consistera à développer des méthodes d’inférence afin d’estimer les paramètres à partir de données simulées ou observées. Par la suite le prototype obtenu pourra être utilisé pour tester l’influence des caractéristiques du paysage sur le mouvement des chevreuils. Enfin, un couplage avec un modèle de dynamique de population de tiques (Hoch et al, 2010) fournira des aires de répartition simulées des vecteurs

CloudSat and CALIPSO within the A-Train: ten years of actively observing the Earth system

One of the most successful demonstrations of an integrated approach to observe Earth from multiple perspectives is the A-Train satellite constellation (e.g. Stephens et al., 2002). The science enabled by this constellation flourished with the introduction of the two active sensors carried by the NASA CloudSat and the NASA/CNES Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations (CALIPSO) satellites that were launched together on April 28th, 2006. These two missions have provided a 10-year demonstration of coordinated formation flying that made it possible to develop integrated products and that offered new insights on key atmospheric processes. The progress achieved over this decade of observations, summarized in this paper, clearly demonstrate the fundamental importance of the vertical structure of clouds and aerosol for understanding the influences of the larger scale atmospheric circulation on aerosol, the hydrological cycle, the cloud-scale physics and on the formation of the major storm systems of Earth. The research also underscored inherent ambiguities in radiance data in describing cloud properties and how these active systems have greatly enhanced passive observation. It is now clear that monitoring the vertical structure of clouds and aerosol is essential and a climate data record is now being constructed. These pioneering efforts are to be continued with EarthCARE mission planned for launch in 2019

Increased snowfall over the Antarctic Ice Sheet mitigated twentieth-century sea-level rise

Changes in accumulated snowfall over the Antarctic Ice Sheet have an immediate and time-delayed impact on global mean sea level. The immediate impact is due to the instantaneous change in freshwater storage over the ice sheet, whereas the time-delayed impact acts in opposition through enhanced ice-dynamic flux into the ocean1. Here, we reconstruct 200 years of Antarctic-wide snow accumulation by synthesizing a newly compiled database of ice core records2 using reanalysis-derived spatial coherence patterns. The results reveal that increased snow accumulation mitigated twentieth-century sea-level rise by ~10 mm since 1901, with rates increasing from 1.1 mm decade−1 between 1901 and 2000 to 2.5 mm decade−1 after 1979. Reconstructed accumulation trends are highly variable in both sign and magnitude at the regional scale, and linked to the trend towards a positive Southern Annular Mode since 19573. Because the observed Southern Annular Mode trend is accompanied by a decrease in Antarctic Ice Sheet accumulation, changes in the strength and location of the circumpolar westerlies cannot explain the reconstructed increase, which may instead be related to stratospheric ozone depletion4. However, our results indicate that a warming atmosphere cannot be excluded as a dominant force in the underlying increase

Формування та розвиток загальної теорії стійкості (середина XVIII ст. — 30-і рр. ХХ ст.)

У статті розглянуто історію вивчення стійкості (середина XVIII — початок XX ст., світовий контекст). Досліджено внесок А. Пуанкаре та О.М. Ляпунова в розвиток загальної теорії стійкості. Показано розвиток їх ідей у працях російських та українських учених.В статье рассмотрена история изучения устойчивости (середина XVIII — начало XX в., мировой контекст). Исследован вклад французского ученого А. Пуанкаре и русского ученого А.М. Ляпунова в развитие общей теории устойчивости. Показано дальнейшее развитие их идей в трудах русских и украинских ученых.The history of basic research in stability is given. Contributions from H.Poincaré, a French mathematician, mechanic and physicist, and O. Lapunov, a soviet mathematician and mechanic (working in the Kharkiv university) to development of the general theory of stability are shown. In 1892—1902, O. Lyapunov constructed an original robust mathematical apparatus to study stability of motion. Development of ideas and methods of H.Poincar of H.Poincar³e and O. Lapunov in works of later Ukrainian and Russian scientists is shown

WIVERN: A new satellite concept to provide global in-cloud winds, precipitation and cloud properties.

A new satellite concept with a conically scanning W-band Doppler radar to provide in-cloud winds, together with estimates of global rainfall, snowfall and cloud properties. This paper presents a conically scanning space-borne Dopplerized 94GHz radar Earth Science mission concept, WIVERN, ‘Wind VElocity Radar Nephoscope’. WIVERN aims to provide global measurements of in-cloud winds using the Doppler shifted radar returns from hydrometeors. The conically scanning radar could provide wind data with daily revisits poleward of 50°, 50-km horizontal resolution and approximately 1km vertical resolution. The measured winds, when assimilated into weather forecasts and provided they are representative of the larger scale mean flow, should lead to further improvements in the accuracy and effectiveness of forecasts of severe weather and better focusing of activities to limit damage and loss of life. It should also be possible to characterize the more variable winds associated with local convection. Polarization diversity would be used to enable high wind speeds to be unambiguously observed; analysis indicates that artifacts associated with polarization diversity are rare and can be identified. Winds should be measurable down to 1 km above the ocean surface and 2 km over land. The potential impact of the WIVERN winds on reducing forecast errors is estimated by comparison with the known positive impact of cloud motion and aircraft winds. The main thrust of WIVERN is observing in-cloud winds, but WIVERN should also provide global estimates of ice water content, cloud cover and vertical distribution continuing the data series started by CloudSat with the conical scan giving increased coverage. As with CloudSat, estimates of rainfall and snowfall rates should be possible. These non-wind products may also have a positive impact when assimilated into weather forecasts

The Greenland and Antarctic ice sheets under 1.5◦C global warming

Even if anthropogenic warming were constrained to less than 2°C above pre-industrial, the Greenland and Antarctic ice sheets will continue to lose mass this century, with rates similar to those observed over the last decade. However, nonlinear responses cannot be excluded, which may lead to larger rates of mass loss. Furthermore, large uncertainties in future projections still remain, pertaining to knowledge gaps in atmospheric (Greenland) and oceanic (Antarctica) forcing. On millennial timescales, both ice sheets have tipping points at or slightly above the 1.5-2.0°C threshold; for Greenland, this may lead to irreversible mass loss due to the surface mass balance elevation feedback, while for Antarctica, this could result in a collapse of major drainage basins due to ice-shelf weakening

Study of Antarctic precipitation by radar remote sensing, in-situ measurements, and intercomparison of climate models

Au cours du XXIème siècle, une augmentation des précipitations est attendue dans les régions polaires. En Antarctique, cette augmentation devrait se traduire par une accumulation de neige sur le continent, contribuant ainsi positivement au bilan de masse de la calotte polaire, et par conséquent négativement au niveau des mers. Les modèles utilisés pour simuler le climat du XXIème siècle prédisent presque tous une augmentation des précipitations en Antarctique, mais l'importance de ce changement diffère fortement d'un modèle à l'autre. De plus, les taux de précipitation actuels reproduits par ces mêmes modèles divergent également beaucoup. Cependant, faute d'observation fiable de précipitation en Antarctique, il était jusqu'à présent difficile de vérifier la capacité des modèles à simuler ces dernières. Dans cette étude, les données issues du radar météorologique embarqué à bord du satellite CloudSat ont été utilisées afin de produire la première climatologie de précipitation en Antarctique à partir d'observations. Cette climatologie couvre la période août 2006 - avril 2011, et a montré de très bons accords avec les réanalyses ERA Interim qui n'utilisent pas d'observations issues de CloudSat. Le taux de chute de neige obtenu avec CloudSat sur le continent Antarctique jusqu'à 82°S est en moyenne de 171 mm/an. L'automne austral est la saison avec les chutes de neige les plus importantes, et le 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 sur la base de Dumont d'Urville en Antarctique, des observations in-situ étant nécessaires à la validation des algorithmes de télédétection. Un système de profilage utilisant des capteurs optiques a été installé sur un mât de 73 m afin d'identifier les chutes de neige et les évènements de transport de neige par le vent. Les flux de neige mesurés à différentes hauteurs devraient être similaires lors de chute de neige sans transport de neige, alors qu'un gradient devrait apparaître si de la neige est transportée depuis la surface. Le système a été évalué et comparé aux analyses opérationnelles d'ECMWF. Enfin, les simulations des modèles de climat utilisés pour la production du rapport du GIEC ont été comparées aux observations satellites obtenues. Tous les modèles simulent un taux de chute de neige supérieur à celui observé avec CloudSat. Le changement de précipitation en Antarctique durant le XXIème siècle simulé varie de -6.0 % à +39.4 % en fonction des modèles et des scénarios d'émission de gaz à effet de serre. Les modèles de climat simulant des taux de chute de neige proches de ceux observés par satellite pour la période actuelle prédisent en moyenne un changement plus important de précipitation au cours du XXIème siècle, et donc un impact sur le niveau des mers plus conséquent.During the 21st century, precipitation is expected to increase in polar regions. In Antarctica, 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 a negative contribution to sea level. Almost all the climate models predict a precipitation increase in Antarctica during the 21st century, but this change differs widely according to the models. Moreover, the current precipitation rate simulated by these models diverge greatly. However, because no reliable observation of Antarctic precipitation was available so far, it was not possible to benchmark climate models. In this study, data from the cloud profiling radar onboard CloudSat satellite have been used to produce the first climatology of Antarctic precipitation from observations. This climatology agrees well with ERA Interim reanalysis, the production of which is constrained by various in situ and satellite observations, but does not use any data from CloudSat. The mean snowfall rate from CloudSat observations is 171 mm/an over the Antarctic ice sheet, north of 82°S. The maximum snowfall rate is observed during the fall, 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 for measuring 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 measured at different heights should be similar during snowfall without blowing snow, whereas a gradient shoud be observed if blowing snow occurs. The system has been evaluated and compared to the ECMWF operational analysis. Finally, simulations from the climate models used for the last IPCC report have been compared to the new satellite climatology. All the models produce a higher snowfall rate than the snowfall observed with CloudSat. Precipitation increase predicted in Antarctica varies from -6.0 % to +39.4 % according to the models and the greenhouse gas emissions scenarios.Climate models which reproduce a current snowfall rate close to the snowfall rate observed by satellite predict on average a larger increase in Antarctic precipitation during the 21st century, and thus a stronger impact on sea level

Factors influencing the murine B and T cell response to human 2-glycoprotein I

Antiphospholipid syndrome (APS) is defined by the presence of antiphospholipid antibodies (aPL) and clinical manifestations. It is unclear why some patients have high levels of aPL, but no clinical symptoms, while others develop APS. Recent studies have demonstrated T cell reactivity to beta2-glycoprotein I (beta2GPI) in patients with APS. To understand why a T cell response develops selectively in some individuals the requirements for antigen presentation and T cell reactivity were evaluated in a murine model of aPL induction. aPL were readily induced in immunized mice, and required MHC class II, but not CD1, antigen presentation. In contrast, induction of a measurable T cell response to beta2GPI necessitated hyperimmunization in the presence of a polyclonal activator. T cells reacted more to reduced, than native, beta2GPI, suggesting that disulfide bond reduction facilitates antigen processing. These results suggest that a T cell response to beta2GPI occurs only in individuals repeatedly exposed to antigen in a proinflammatory environment