Guylaine CANUT-ROCAFORT

Chargé de recherche MEDDE GMEI/4M

CR DD Météo-France

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Equipe 4M

Groupe de recherche GMEI

Chargé de recherche Développement Durable GMEI/4M

CV / functions

Chargé de recherche MEDDE

Je suis chercheuse dans l’équipe 4M au CNRM, spécialisée dans l’observations des échanges surface/atmosphère et de la dynamique de la Couche Limite Atmosphérique. Mes travaux de recherche se concentrent sur l’étude de la couche limite atmosphérique (CLA) et les processus de petites échelles associées.

2007: master, Université de Toulouse, Spécialité: Océan, Atmosphère, surface continentale
2010 : Doctorat,Université de Toulouse, Spécialité: Physique de L’Atmosphère
2010-2013 : post-Doc, université de Leeds, UK
2013- : Chargé de recherche DD, CNRM/GMEI/4M

Research

Mes travaux de recherchent se concentrent sur l’étude de la couche limite atmosphérique (CLA) et les processus de petites échelles associées. Par définition, la CLA est la partie de l’atmosphère au sein de laquelle les phénomènes dynamiques et thermodynamiques sont directement influencés par la surface terrestre avec un temps de réponse court (inférieur à une heure). En réalité, l’ensemble de l’atmosphère est influencé par la surface mais la troposphère libre et la stratosphère présentent des temps de réponse beaucoup plus longs. La hauteur de la CLA est très variable mais il est admis que l’ordre de grandeur à l’échelle du globe est de 1 km (Stull, 1988). Les échanges de chaleur, d’humidité et de quantité de mouvement sont dominés par les processus turbulents, caractérisés par des mouvements chaotiques et irréguliers de l’air qui transportent de manière efficace ces quantités à différentes échelles spatiales et temporelles. La turbulence dans la CLA, engendrée principalement par le chauffage solaire, crée des mouvements ascendants d’air qui favorisent le mélange des propriétés atmosphériques. Ce mélange turbulent est essentiel pour la dispersion des polluants, la formation des nuages et les transferts énergétiques (Garratt, 1994). L’interface surface-atmosphère ainsi que la redistribution de ses quantités sur la verticale est au centre de mes recherches. Les échanges surface-atmosphère sont cruciaux pour le bilan d’énergie de la CLA. Ils comprennent les flux de chaleur sensible et latente, le rayonnement net et les flux de quantité de mouvement. Le flux de chaleur sensible (noté H) correspond à l’énergie transférée entre la surface et l’atmosphère par conduction et convection, influençant directement la température de l’air. Le flux de chaleur latente (noté LE) correspond à l’énergie transférée lors des changements d’état de l’eau, comme l’évaporation et la condensation. Ce flux joue un rôle clé dans le cycle de l’eau. Le rayonnement net à la surface, différence entre le rayonnement solaire incident absorbé et le rayonnement infrarouge émis, contrôle le chauffage et le refroidissement de la surface (Oke, 1987). Enfin, les flux de quantité de moment, liés aux forces de friction et de pression, modifient les régimes de vent près de la surface (Stull, 1988). Mes recherches se concentrent sur l’amélioration de la compréhension de ces échanges, et contribuent à améliorer les modèles atmosphériques de prévisions météorologiques et de climat. Bien représenter ces processus de petite échelle est en effet crucial pour expliquer les phénomènes de plus grande échelle (Wyngaard, 2010).
Un verrou scientifique majeur identifié dans la littérature (Baklanov et Grisogono, 2007) est la difficulté à représenter fidèlement les processus turbulents dans les modèles numériques atmosphériques, notamment en raison de la variabilité spatio-temporelle des échanges surface-atmosphère : ils diffèrent d’une surface à l’autre et évoluent rapidement d’un moment à l’autre. La résolution spatiale et temporelle limitée des modèles ne permet pas de reproduire l’ensemble des échelles de ces échanges surface/atmosphère. L’observation à très haute fréquence (>10Hz) lors de campagnes de mesures ou sur des sites pérennes, permet de capturer les processus turbulents et d’améliorer la compréhension de ces phénomènes à fine échelle (Foken et Wichura, 1996). Les travaux de Kaimal et Finnigan (1994) et Aubinet et al. (2012) ont été fondamentaux pour la compréhension des flux turbulents, en particulier pour ce qui concerne la mesure des flux turbulents près de la surface. Ils ont mis au point des méthodes de mesure directes, telles que la technique des covariances turbulentes ( eddy-covariance), qui permettent d’estimer avec précision les flux de chaleur sensible, de chaleur latente, de CO₂ ou de quantité de mouvement à partir des fluctuations instantanées de vitesse du vent et de scalaires atmosphériques. Cette technique repose sur la décomposition des variables mesurées (vitesse verticale w, température potentielle θ, teneur en vapeur d’eau q, etc.) en une moyenne temporelle et une fluctuation instantanée :
(eq. 1)
Le flux turbulent de chaleur sensible est alors calculé comme :
(eq. 2)
où ρ est la densité de l’air et cp la capacité thermique massique. Des équations analogues sont utilisées pour la chaleur latente ou le CO₂.
Ces approches restent aujourd’hui la référence pour l’observation et la quantification des échanges surface/atmosphère.
Les modèles atmosphériques, évalués grâce aux données d’observation, offrent une continuité temporelle et spatiale pour étudier la structure de la CLA. En raison de leur résolution limitée (souvent de l’ordre du kilomètre pour les modèles méso-échelle), ces modèles ne peuvent pas représenter explicitement les processus physiques se produisant à des échelles plus fines. Les paramétrisations atmosphériques sont alors utilisées pour représenter de manière simplifiée des phénomènes sous-mailles tels que la turbulence, la convection ou les échanges de chaleur entre la surface et
l’atmosphère. Ces paramétrisations sont essentielles pour simuler le comportement de l’atmosphère de manière réaliste. Les observations jouent un rôle clé dans l’évaluation et le développement de nouvelles paramétrisations, en fournissant les données nécessaires pour tester et affiner ces représentations simplifiées. Afin de progresser sur la compréhension de ces processus de petite échelle, l’exploitation des observations doit se faire en synergie avec la simulation numérique à différentes échelles afin d’évaluer et d’améliorer les paramétrisationdes processus turbulents de la CLA. (Basu et al., 2008). Cette synergie est essentielle pour approfondir la compréhension des processus observés grâce à une meilleure résolution temporelle es modèles à haute résolution tel que les
Large Eddy Simulations (LES) qui sont des modèles sans paramétrisations des plus grands tourbillons de la CLA. Cette dynamique entre observation et modélisation est facilitée par la forte composante en modélisation numérique présente au sein du CNRM. J’ai ainsi pu développer de nombreuses collaborations avec les autres groupes de recherche (en particulier GMME, GMGEC, GMAP ).

Dans ce contexte, mes recherches concernent l’observation des échanges surface-atmosphère et leur impact sur la dynamique de la couche limite atmosphérique.

Responsibilities

Mon activité de chercheuse s’appuie sur l’encadrement de nombreux étudiants, stagiaires, doctorants et post-doctorants.

Publications

2025

Martı, B., Groh J., Canut, G., and Boone A.: Implementation of a dry surface layer soil resistance in two contrasting semi-arid sites with SURFEX-ISBA V9.0, EGUsphere [preprint], https://doi.org/10.5194/egusphere-2025-1783, 2025.

F. Lohou, M. Lothon, S. Bastin, A. Brut, G. Canut, J.-M. Cohard, F. Cheruy, F. Couvreux, S. Dupont, S. Lafont, R. Roehrig, C. Román-Cascón, C. Yagüe, E. Bernard, A. Boone, J.-C. Dupont, A. Feofilov, R. Fernandes, M. Grulois, M. Jomé, A. Maison, M. Zouzoua, Model and Observation for surface–atmosphere interactions over heterogeneous landscape: MOSAI project, Journal of the European Meteorological Society, Volume 3, 2025, 100019, ISSN 2950-6301, https://doi.org/10.1016/j.jemets.2025.100019.

Aaron Boone, Joaquim Bellvert, Martin Best, Jennifer K. Brooke, Guylaine Canut-Rocafort, Joan Cuxart, Oscar Hartogensis, Patrick Le Moigne, Josep Ramon Miró, Jan Polcher, Jeremy Price, Pere Quintana Seguı́, Joan Bech, Yannick Bezombes, Oliver Branch, Jordi Cristóbal, Karin Dassas, Pascal Fanise, Fabien Gibert, Yves Goulas, Jannis Groh, Jan Hanus, Gabriel Hmimina, Lionel Jarlan, Ed Kim, Valérie Le Dantec, Michel Le Page, Fabienne Lohou, Marie Lothon, Mary Rose Mangan, Belén Martı́, Daniel Martı́nez-Villagrasa, James McGregor, Amanda Kerr-Munslow, Nadia Ouaadi, Alban Philibert, Juan Quiros-Vargas, Uwe Rascher, Bastian Siegmann, Mireia Udina, Antoine Vial, Burkhard Wrenger, Volker Wulfmeyer, Mehrez Zribi: The Land Surface Interactions with the Atmosphere over the Iberian Semi-Arid Environment (LIAISE) field campaign, Journal of the European Meteorological Society, 2, 100007, 2025, https://doi.org/10.1016/j.jemets.2025.100007

Zouzoua, M., Bastin, S., Lohou, F., Lothon, M., Chiriaco, M., Jome, M., Mallet, C., Barthes, L., and Canut, G.: Using a data-driven statistical model to better evaluate surface turbulent heat fluxes in weather and climate numerical models: a demonstration study, Geosci. Model Dev., 18, 3211–3239, https://doi.org/10.5194/gmd-18-3211-2025, 2025.

2024

Philibert A., Lothon M., Amestoy J., Meslin P.-Y., Derrien S., Bezombes Y., Campistron B., Lohou F., Vial A., \textbf{Canut-Rocafort, G.}, Reuder J. and Brooke J.: CALOTRITON: A convective boundary layer height estimation algorithm from UHF wind profiler data, Atmospheric Measurement Techniques, https://doi.org/10.5194/amt-17-1679-2024, 2024

Mangan M. R., Vilà-Guerau de Arellano J., van Stratum B. J. H., Lothon M., Canut-Rocafort, G. and Hartogensis O. K.: The spatiotemporal evolution of atmospheric boundary layers over a thermally heterogeneous landscape, EGUsphere [preprint], https://doi.org/10.5194/egusphere-2024-3000, 2024

Brooke J. K., Osborne S. R., Best M. J., Price J., G. Canut-Rocafort, Lock A. P., Cuxart J., Hartogensis O., Boone A. and Roy A.: Irrigation contrasts through the morning transition, Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 150(758), 170–194, 2024, https://doi.org/10.1002/qj.4590

Lothon M., Gheusi F., Lohou F., Pont V., Soula S., Jambert C., Derrien S., Bezombes Y., Leclerc E., Athier G., Vial A., Philibert A., Campistron B., Saïd F., Sonke J., Amestoy J., Bargain E., Bosser P., Boulanger D., Bret G., Bodichon R., Cabanas L., Canut, G., Estrampes J.-B., Gardrat E., Gomez Kuri Z., Gueffier J., Guesdon F., Lopez M., Masson O., Meslin P.-Y., Meyerfeld Y., Pascal N., Pique E., Ramonet M., Starck F. and Vidal R.: The Pyrenean Platform for Observation of the Atmosphere: site, long-term dataset, and science, Atmos. Meas. Tech., 17, 6265–6300, https://doi.org/10.5194/amt-17-6265-2024, 2024

2023

Mangan Mary Rose, Hartogensis Oscar, Boone Aaron, Branch Oliver, Canut, Guylaine, Cuxart Joan, de Boer Hugo J., Le Page Michel, Martínez-Villagrasa Daniel, Miró Josep Ramon, Price Jeremy, Vilà-Guerau de Arellano Jordi: Agricultural and Forest Meteorology, 335, 109452, 2023, https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2023.109452

Dione C., Haeffelin M., Burnet F., Lac C., Canut, G., Delanoë J., Dupont J.-C., Jorquera S., Martinet P., Ribaud J.-F. and Toledo F.: Role of thermodynamic and turbulence processes on the fog life cycle during SOFOF3D experiment, EGUsphere, 2023, https://doi.org/10.5194/egusphere-2023-1224

2020

Couvreux, F., Bazile, E., Rodier, Q. et al. Intercomparison of Large-Eddy Simulations of the Antarctic Boundary Layer for Very Stable Stratification. Boundary-Layer Meteorol 176, 369–400 (2020). https://doi.org/10.1007/s10546-020-00539-4

Tiphaine Sabatier, Alexandre Paci, Guylaine Canut, Yann Largeron, Valery Masson: Semi-idealized simulations of wintertime flows and pollutant transport in an Alpine valley: Origins of local circulations (Part I), Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 146, 807–826, 2020, doi:10.1002/qj.3727

Tiphaine Sabatier, Alexandre Paci, Christine Lac, Quentin Rodier, Guylaine Canut, Yann Largeron, Valery Masson: Semi-idealized simulations of wintertime flows and pollutant transport in an Alpine valley (Part II: Passive tracer tracking), Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 146, 827–845, 2020, doi:10.1002/qj.3710

2019

Brilouet, P. E., Canut, G. and Durand, P.:Organized turbulence in acold air outbreak:testing a large-eddy simulation against airbone measurements,Boundary-Layer Meteorol. 2019, https://doi.org/10.1007/s10546-019-00499-4

2018

Ika Djukic, Sebastian Kepfer-Rojas, Inger Kappel Schmidt, Klaus Steenberg Larsen, Claus Beier, Björn Berg, Kris Verheyen, et al. including Guylaine Canut: Early stage litter decomposition across biomes, Science of The Total Environment, 628–629, 1369–1394, 2018

Tiphaine Sabatier, Alexandre Paci, Guylaine Canut, Yann Largeron, Alain Dabas, Jean-Marie Donier and Thierry Douffet, Wintertime Local Wind Dynamics from Scanning Doppler Lidar and Air Quality in the Arve River Valley, Atmosphere 2018, 9(4), 118; doi:10.3390/atmos9040118

2017

Rottner L., Baehr C., Couvreux F., Canut, G., Rieutord T.: A new downscaling method for sub-grid turbulence modeling, Atmospheric Chemistry and Physics, 17, 6531–6546, https://doi.org/10.5194/acp-17-6531-2017, 2017

Martinet P., Cimini D., De Angelis F., Canut, G., Unger V., Guillot R., Tzanos D., Paci A.: Combining ground-based microwave radiometer and the AROME convective scale model through 1DVAR retrievals in complex terrain: an Alpine valley case study, Atmospheric Measurement Techniques, 10, 3385–3402, https://doi.org/10.5194/amt-10-3385-2017, 2017

Brilouet, P. E., Canut, G. and Durand P.: The marine atmospheric boundary layer under strong wind conditions: Organized turbulence structure and flux estimates by airborne measurements, Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 122, 2115–2130, doi:10.1002/2016JD025960, 2017

Brooks I. M., Tjernstrom M., Persson P. O. G., Shupe M. D., Atkinson R. A., Canut, G., Birch C. E., Mauritsen T., Sedlar J., Brooks B. J.: The turbulent structure of the Arctic summer boundary layer during The Arctic Summer Cloud-Ocean Study, Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 122, 2017

2016

Couvreux F., E. Bazile, G. Canut, Y. Seity, M. Lothon, F. Lohou, F. Guichard, E. Nilsson, Boundary-layer turbulent processes and mesoscale variability represented by Numerical Weather Prediction models during the BLLAST campaign, Atmospheric Chemistry and Physics, 16, 8983–9002, doi:10.5194/acp-16-8983-2016

Lampert A., Pätzold F., Jiménez M. A., Lobitz L., Martin S., Lohmann G., Canut, G., Legain D., Bange J., Martínez-Villagrasa D., Cuxart J., A study of local turbulence and anisotropy during the afternoon and evening transition with an unmanned aerial system and mesoscale simulation, Atmospheric Chemistry and Physics, 16, 8009–8021, doi:10.5194/acp-16-8009-2016, 2016

Canut, G., Couvreux F., Lothon M., Legain D., Piguet B., Lampert A., Maurel W., Moulin E., Turbulence fluxes and variances measured with a sonic anemometer mounted on a tethered balloon, Atmospheric Measurement Techniques, 9, 4375–4386, https://doi.org/10.5194/amt-9-4375-2016, 2016

Estournel C., P. Testor, I. Taupier-Letage, M.-N. Bouin, L. Coppola, P. Durand, P. Conan, A. Bosse, P.-E. Brilouet, L. Beguery, S. Belamari, K. Béranger, J. Beuvier, D. Bourras, G. Canut, A. Doerenbecher, X. Durrieu de Madron, F. D’Ortenzio, P. Drobinski, V. Ducrocq, N. Fourrié, H. Giordani, L. Houpert, L. Labatut, C. Lebeaupin-Brossier, M. Nuret, L. Prieur, O. Roussot, L. Seyfried and S. Somot: HyMeX-SOP2: The field campaign dedicated to dense water formation in the northwestern Mediterranean, \textit{Oceanography}, 29(4), 196–206, 2016

2015

Said F., B. Campistron, H. Delbarre, G. Canut. A. Doerenbecher, P. Durand, N. Fourrié, D. Lambert and D. Legain, Offshore winds obtained from a network of wind profiler radars during HyMeX, Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, doi:10.1002/qj.2749, 2015

2012

Ricaud P., C. Genthon, J.-L. Attié, P. Durand, G. Canut, F. Carminati, J.-F. Vanacker, L. Moggio, Y. Courcoux, A. Pellegrini and T. Rose, Summer to Winter Diurnal Variabilities of Temperature and Water Vapour in the Lowermost Troposphere as observed by HAMSTRAD over Dome C, Antarctica, 2012, Boundary-Layer Meteorology, 143, 227–259

Canut.G, F. Couvreux, M. Lothon, D. Pino and F. Said, Observations and Large Eddy Simulation of Entrainment in the sheared Sahelian Boundary Layer, Boundary-Layer Meteorology, 2012, 142, 79–101

M. D. Shupe, I. M. Brooks, G. Canut, Evaluation of Turbulent Retrievals from Doppler Cloud Radar, Atmospheric Measurement Techniques, 2012, 5, 1375–1385

2011

Lenschow D. H., M. Lothon, S. D. Mayor, P. P. Sullivan, G. Canut, A Comparison of Higher-Order Vertical Velocity Moments in the Convective Boundary Layer from Lidar with In Situ Measurements and LES, Boundary-Layer Meteorology, 2011, doi:10.1007/s10546-011-9615-3

Couvreux F., C. Rio, F. Guichard, M. Lothon, G. Canut, D. Bouniol, A. Gounou, Initiation of daytime local convection in a semi-arid region analyzed with high-resolution simulations and AMMA observations, 2011, Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society

2010

Said.F, G.Canut, P.Durand, F.Lohou and M.Lothon, Seasonal evolution of the boundary-layer turbulence measured by aircraft during AMMA 2006, 2010, Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 136, 47–65

Canut.G, M.Lothon, F.Said, F.Lohou, Observation of entrainment at the interface between monsoon flow and Saharan Air Layer, 2010, Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 136, 34–36

Projects

– A petite échelle (quelques mètres à quelques km), comment se fait le transport d’énergie et d’humidité entre la sur –
face (eau/surface continentale) et la troposphère libre au sein de la CLA? → projets HyMex, LIAISE

– Quel rôle joue les hétérogénéités de surface sur les échanges avec l’atmosphère et sur la structure de la CLA?
→ projets LIAISE, MOSAI, SOFOG

– Comment observer les processus turbulents au sein de la CLA? Quels sont les moyens expérimentaux appropriés
pour étudier les échanges de chaleur et d’humidité?
→ site de mesure MétéopoleFlux, projets FAMOUS et LIAISE

– Comment évaluer les modèles de prévision numérique du temps avec une observation ponctuelle peu représentative
des échelles spatiales du modèle?
→ projet MétéopoleX, FAMOUS, MOSAI

Teaching

Pendant 5 ans (2014-2019), j’ai été chargée d’enseigner le cours « Couche limite atmosphérique » aux élèves ingénieurs de l’école de météorologie. Le volume horaire était de 26 heures de cours. Depuis 2020, je suis en charge du cours « Couche limite atmosphérique » du master 2 SOAC de l’Université de Toulouse (12 heures par an). Dans le cadre de la formation des ingénieurs en météorologie de l’école de la météorologie (ENM), je me suis investie depuis 2017 dans la mise en place d’un module permettant de découvrir les processus de la couche limite à travers une mini-campagne de mesures et de simulations numériques. Le déroulement de ce module sur 4 semaines permet de réaliser une journée d’observations (radiosondages, mesures par drone, télédétection), d’exploiter les données, et, dans un second temps, d’utiliser le modèle de recherche Meso-NH en 1D afin de réaliser des tests de sensibilité aux conditions initiales, aux conditions de surface, aux différentes paramétrisations et d’évaluer les sorties en fonction des observations. Ce module, en collaboration avec le GMME, est très apprécié des étudiants. Mon implication dans ce module représente une semaine par an. Pour la prochaine rentrée (septembre 2025), je vais réaliser l’exploitation de cette campagne de mesure avec les élèves de master 2 SOAC à la suite de mon cours. Cette exploitation durera sur 24h de TP. Aussi, depuis 2013, j’interviens régulièrement (2 à 3 fois par an avec un cours de 3 heures) pour une initiation à la couche limite atmosphérique dans le cadre de la formation permanente au sein de Météo-France ou de l’offre de formation proposée à un public extérieur par l’ENM.

Guylaine CANUT-ROCAFORT

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