Le phénomène El Niño–Oscillation Australe (ENSO), alternant des phases El Niño et La Niña, est le principal mode de variabilité climatique interannuelle.
Issu d’interactions couplées océan–atmosphère dans le Pacifique tropical résultant en un réchauffement (El Niño) et un refroidissement (La Niña) anormal de la température de surface (SST) dans le centre et à l’est du Pacifique équatorial, ENSO influence le climat à l’échelle mondiale. Les événements ENSO présentent une grande diversité en termes de localisation du réchauffement à l’équateur, formant un continuum allant des évènements de type « Central Pacific » (CP) aux « Eastern Pacific » (EP), chacun produisant des impacts distincts.
Cette thèse évalue comment la diversité d’ENSO façonne la variabilité climatique et les extrêmes dans le centre du Pacifique Sud et en Polynésie française (PF). En premier lieu, une classification multivariée locale de la température de surface de la mer relative (RSST), des précipitations et du vent à 850 hPa, combinant données satellitaires, in situ et réanalyses atmosphériques, montre que l’intensité et la localisation du réchauffement à l’équateur associés aux épisodes ENSO gouvernent la variabilité interannuelle de la PF en été austral.
La Polynésie française se situe sur un dipôle d’anomalies de SST lors des épisodes ENSO : durant El Niño, le nord-est se réchauffe tandis que le sud-ouest se refroidit ; durant La Niña, le schéma s’inverse. Les anomalies de précipitations résultent de déplacements de la Zone de Convergence du Pacifique Sud (ZCPS) liés à ENSO et dépendent fortement du type d’évènement. Les El Niño EP extrêmes engendrent une ZCPS zonale et de fortes pluies au nord-est de la PF, tandis que les événements CP décalent la ZCPS plus modérément vers le nord-est et produisent des effets plus faibles. Durant La Niña, une ZCPS déplacée vers le sud-ouest conduit généralement à des conditions plus sèches en été austral. Ces changements modifient l’environnement dans lequel les phénomènes extrêmes se développent. L’analyse des cyclones tropicaux (TCs) passés et des variations des conditions à grande échelle associées à ENSO montre que la cyclogenèse est fortement favorisée lors des El Niño EP extrêmes. Lors des El Niño CP, les TCs se forment plus à l’ouest mais peuvent encore affecter la PF sous l’influence de vents directeurs d’est anormaux. Durant La Niña, des conditions défavorables à la cyclogenèse et des alizés renforcés réduisent l’activité cyclonique.
Ces conclusions sont corroborées par l’analyse de TCs synthétiques issus d’un générateur de TCs et de TCs simulés par des modèles atmosphériques haute résolution forcés par la SST observée (HighResMIP). Concernant les canicules marines (MHWs), une analyse des évènements passés et une analyse en bilan de chaleur effectuées dans une réanalyse océanique haute résolution mettent en évidence des mécanismes saisonniers et régionaux variés. Il est montré qu’El Niño accroît l’occurrence des MHWs au nord-est de la PF, alors que La Niña déplace leur occurrence vers le sud-ouest, avec des empreintes spatiales différentes associées aux différents types d’évènements ENSO.
Cette thèse propose une vision unifiée reliant diversité d’ENSO, position de la ZCPS et mécanismes clés des aléas climatiques en PF, et soutient ainsi la planification de l’adaptation.
Mots-clés : El Niño–Oscillation Australe ; Variabilité climatique ; Cyclones tropicaux ; Vagues de chaleur marines ; Observations atmosphériques in situ ; Observations satellitaires ; Événements extrêmes.
The El Niño–Southern Oscillation (ENSO), alternating El Niño and La Niña phases, is the leading mode of year-to-year climate variability.
Arising from coupled ocean–atmosphere interactions in the tropical Pacific, it produces anomalous warming (El Niño) or cooling (La Niña) in the central to eastern equatorial Pacific and influences climate worldwide. The position of equatorial sea surface temperature (SST) anomalies varies considerably across ENSO events, forming a continuum from Central Pacific (CP) to Eastern Pacific (EP) types (or flavors), each associated with distinct impacts.
This thesis assesses how ENSO diversity shapes climate variability and extremes in the vast but under-studied south-central Pacific and French Polynesia (FP). As a first step, by combining satellite, in-situ and atmospheric reanalysis data, a local multivariate clustering of relative sea surface temperature (RSST), precipitation, and 850-hPa wind shows that both ENSO intensity and spatial pattern govern FP’s interannual variability in austral summer.
FP lies on a dipole of SST anomalies during ENSO events: during El Niño the northeast warms and the southwest cools; during La Niña this pattern reverses. Precipitation anomalies arise from ENSO-driven shifts in large-scale moisture convergence linked to the South Pacific Convergence Zone (SPCZ) position and are highly dependent on ENSO flavor. Extreme EP El Niño produces a zonal SPCZ and heavy rain in northeastern FP, whereas CP events shift the SPCZ more modestly northeastward and yield weaker impacts. During La Niña, a southwest-shifted SPCZ generally leads to drier austral-summer conditions. These background changes also restructure the environment for extremes. Building on the characterization of ENSO flavors in FP established in the first part, the following parts of the thesis analyze their modulation of extreme atmospheric and oceanic phenomena. By analyzing TC observations and large-scale conditions variations across the ENSO flavors it is shown that cyclogenesis over FP is strongly favored in extreme EP El Niño years, when enhanced low- level vorticity, humidity, and convective conditions coincide with zonal SPCZ displacement. For CP events, TCs tend to form farther west but can still affect FP under anomalous eastward steering wind. During La Niña, unfavorable genesis conditions over FP and stronger easterlies reduce TC activity.
These conclusions are reinforced by analyzing large synthetic TC datasets generated with a physics-based downscaling model and TCs from high-resolution atmospheric simulations with prescribed SST (HighResMIP). Regarding Marine Heatwaves (MHWs), heat budget analysis performed in an eddy-resolving oceanic reanalysis highlights the seasonally and regionally diverse mechanisms shaping MHWs. In central FP during the warm season, most of MHWs are driven by air–sea heat fluxes, while in the northern part, those driven by oceanic horizontal advection dominate. During the cold season, more MHWs driven by horizontal advection are observed in the whole region. It is shown that El Niño preferentially enhances MHWs in northeastern FP, whereas La Niña shifts occurrence toward the southwest with different spatial extent across ENSO flavors.
Overall, the thesis proposes a unified view linking ENSO diversity, SPCZ position, and key mechanisms to hazards in FP, supporting adaptation planning.
Key Words: El Niño Southern Oscillation, Climate variability, Tropical Cyclones, Marine Heatwaves, In situ atmospheric observations; Satellite observations, Extreme events.
