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Plan 1. Les différentes échelles de latmosphère 2. Sources dénergies nécessaires à la formation des ondes équatoriales et des perturbations tropicales.

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1 Plan 1. Les différentes échelles de latmosphère 2. Sources dénergies nécessaires à la formation des ondes équatoriales et des perturbations tropicales 3. Climats tropicaux déchelle régionale 4. Ondes équatoriales piégées et oscillations déchelle planétaire (MJO,QBO) 5. Modèles conceptuels de perturbations tropicales déchelle synoptique de lhémisphère dété 6. Interactions entre tropiques et moyennes latitudes 7. El Niño

2 Source de prédictabilité de latmopshère tropicale au-delà du cycle diurne. Les ondes équatoriales modulent lactivité de la convection profonde de la ZCIT et de la ZCPS (Zone de Convergence du Pacifique Sud) Quel intérêt en prévision ? Chap 4. Ondes équatoriales piégées et oscillations déchelle planétaire

3 4.1 Les ondes équatoriales piégées 4.2 Les oscillations tropicales déchelle planétaire LOscillation de Madden-Julian (MJO) LOscillation Quasi-Biennale (QBO) 4.3 Pertinence des ondes tropicales déchelle synoptique à intrasaisonnière en prévision sommaire général Chap 4. Ondes équatoriales piégées et oscillations déchelle planétaire

4 sommaire chap.4 Guide donde équatorial : les ondes équatoriales prennent naissance entre 12°N-12°S et leur signal disparaît très rapidement au-delà de 20° doù leur appellation d« ondes piégées ». Dans latmosphère tropicale, il existe une infinité dondes piégées mais ce cours traite uniquement des ondes qui modulent la convection profonde. En effet, certaines ondes équatoriales modifient la structure du vent sans moduler la convection (environnemment non favorable etc.) Origine : Une source de chaleur équatoriale libérée à léchelle du cumulus excite des ondes équatoriales. La population de cumulus doit cependant être assez importante pour modifier la circulation de grande échelle (voir effet miroir, chap.2 ) 4.1 Les ondes équatoriales piégées

5 4.1 Les ondes équatoriales piégées OLR : traceur de la convection En climatologie, le meilleur traceur pour repérer la convection profonde est lOLR ( Outgoing Longwave Radiation). LOLR se comporte comme le rayonnement infra-rouge si bien quune anomalie négative dOLR correspond à un renforcement de la convection profonde. La variance dOLR est utilisée pour indiquer la modulation de la convection profonde par un phénomène ondulatoire. sommaire chap.4

6 Figure montrant la variance dOLR pour toutes les ondes équatoriales de période supérieure à 1.25 jours (i.e hors cycle diurne). La variance de la MJO est aussi incluse. Maximum de variance -dans lhémisphère dété -surtout de lOcean Indien au Pacifique Ouest 4.1 Les ondes équatoriales piégées Distribution des variances dOLR pour des fréquences et longueur donde déchelle synoptique et planétaire. Lintervalle des contours est de 150 W 2 /m 4 Source : Wheeler et Kiladis, 99

7 sommaire chap Les ondes équatoriales piégées : onde de Kelvin équatoriale Origine de londe de Kelvin : convection profonde pendant qq semaines à léquateur Module la convection profonde entre 7°N-7°S avec un pic à léquateur Explique 10% du total de variance dOLR le long de léquateur, surtout de février à août Période de londe : jours Vitesse de phase = + 15 à 20 m/s Distribution des variances dOLR pour des fréquences et longueur donde dans la bande filtrée pour londe de Kelvin équatoriale. Lintervalle des contours est de 150 W 2 /m 4 Source : Wheeler et Kiladis, 99

8 sommaire chap.4 Origine de londe de Rossby : convection profonde pendant qq semaines à léquateur Module la convection profonde entre 7 et 15° de latitude avec un pic à 10° Explique 7% du total de variance dOLR à 10° de latitude de lOcéan Indien au Pacifique Ouest (ZCIT et ZCPS sont concernés), surtout de novembre à mars Période de londe = jours Vitesse de phase = - 5 m/s 4.1 Les ondes équatoriales piégées : onde de Rossby équatoriale (ER) Distribution des variances dOLR pour des fréquences et longueur donde dans la bande filtrée pour londe de Rossby équatoriale. Lintervalle des contours est de 150 W 2 /m 4 Source : Wheeler et Kiladis, 99

9 sommaire chap.4 Origine de londe de Rossby : convection profonde pendant qq semaines à léquateur Module la convection profonde entre 3 et 10° de latitude (la MRG est une onde plus piégée que londe ER) avec un pic vers 7.5° Explique seulement 4% du total de variance dOLR à 7.5° de latitude autour de la ligne de changement de date (ZCIT et ZCPS concernés), surtout de septembre à novembre Période de londe = 4-5 jours Vitesse de phase = -23 m/s 4.1 Les ondes équatoriales piégées : onde Mixte de Rossby-Gravité (MRG) Distribution des variances dOLR pour des fréquences et longueur donde dans la band filtrée pour la MRG. Lintervalle des contours est de 150 W 2 /m 4 Source : Wheeler et Kiladis, 99

10 sommaire chap.4 Parmi linfinité dondes de gravité présentes dans latmosphère, voici les trois principales qui modulent significativement la convection profonde sur une échelle synoptique : rappel : + le mode méridien de londe est élévé, + le piégeage en latitude est important rappel : + le mode méridien de londe est élévé, + le piégeage en latitude est important Une onde de gravité se déplaçant vers lEst (Eastwards Inertial Gravity) ayant pour acronyme EIG. Londe EIG explique 4% du total de variance dOLR à 7.5° autour de la Ligne de Changement de Date (LCD) Une onde de gravité se déplaçant vers lOuest (Westwards Inertial Gravity de mode méridien 1) ayant pour acronyme WIG1. Londe WIG1 explique 6% du total de variance dOLR le long de léquateur de lhémisphère Est du globe Une onde de gravité se déplaçant vers lOuest (de mode méridien 2). Londe WIG2 explique seulement 2% du total de variance dOLR à 5° de latitude sur lhémisphère Est du globe 4.1 Les ondes équatoriales piégées : ondes de gravité

11 4.1 Les ondes équatoriales piégées 4.2 Les oscillations tropicales déchelle planétaire LOscillation de Madden-Julian (MJO) LOscillation Quasi-Biennale (QBO) 4.3 Pertinence des ondes tropicales déchelle synoptique à intrasaisonnière en prévision sommaire général Chap 4. Ondes équatoriales piégées et oscillations déchelle planétaire

12 sommaire chap L Oscillation de Madden-Julian (MJO) Principales caractéristiques de la MJO : En 1971, Madden et Julian signale sur lîle de Canton (Pacifique équatorial Ouest) des variations quasi-périodique de 2-3 m/s pour le vent zonal en surface et de 0.7 hPa pour la pression de surface. Au final, cette oscillation périodique de vent et de pression module la convection profonde de lOcéan Indien au Pacifique Ouest (soit 50% de la surface des tropiques) sur une échelle intrasaisonnière (période de jours). Cette oscillation se propage douest en est Cette oscillation est désignée sous le nom dOscillation de Madden-Julian (MJO)

13 sommaire chap : Le cycle de la MJO vitesse de phase des anomalies de vent : n°jour : En italique = MJO inactive Source : Madden et Julian, m/s (Afrique équatoriale) +5 m/s (Océan Indien) +5 m/s (Indonésie) +5m/s (Pacifique Ouest) +5 m/s (ligne ch. date) +10 à 15 m/s (Pacifique Est.) +10 à 15 m/s (Amérique Centrale) +10 to 15 m/s (Atlantique) Correspond aussi à la vitesse de déplacement dune cellule de Walker

14 sommaire chap Variance dOLR liée à la MJO La MJO explique 10 to 15% du total de variance dOLR à 10° de latitude (latitude du signal maxi. de la MJO) La MJO se comporte comme une onde équatoriale piégée : -pas de signal significatif au-delà de 20° de latitude -présente une structure mixte entre londe de Rossby Equatoriale (ER) et londe de Kelvin. Variabilité saisonnière de la MJO : pic maxi en janvier-février Distribution des variances dOLR pour des fréquences et longueur donde dans la bande filtrée pour la MJO. Lintervalle des contours est de 150 W 2 /m 4 Source : Wheeler et Kiladis, 99

15 sommaire chap La MJO : modèle conceptuel 3D Figure du haut montre la phase active de MJO à 90°E : Inde+centre Océan Indien Phase de convection couplée avec : - anomalies de vents dO. en surf. (+ 3 m/s) - baisse de pression de surface - anomalies de vents dE. en haute tropo (- 6 m/s) Source : Rui et Wang, 1990 figure du bas (10 jours après la figure den haut) : convection renforcée à 150°E (Pacific O.) et convection inhibée pour la mousson indienne (90°E) Source : Rui et Wang, 1990

16 4.1 Les ondes équatoriales piégées 4.2 Les oscillations tropicales déchelle planétaire LOscillation de Madden-Julian (MJO) LOscillation Quasi-Biennale (QBO) 4.3 Pertinence des ondes tropicales déchelle synoptique à intrasaisonnière en prévision sommaire général Chap 4. Ondes équatoriales piégées et oscillations déchelle planétaire

17 sommaire chap Loscillation Quasi-Biennale (QBO) : principales caractéristiques Décrite comme une alternance quasi-périodique de 13 mois de vents dest suivi de 13 mois de vents douest au sein de la stratosphère (entre 23 et 30 km) tropicale (entre 30°N et 30°S). Loscillation de vent apparaît vers 30 km (10 hPa) puis se propage vers le bas à une vitesse de 1km / mois. Dans la bande tropicale, la force des vents atteint un maximum de 20 m/s entre 10 et 40 hPa puis décroît dans les couches adjacentes et en direction des pôles. Évolution temporelle du vent zonal vers 9°N après filtrage des cycles annuels et semi- annuels. Isotaches chaque 10m/s. En grisé, vent dO., en blanc, vent dE. Source : daprès Coy, 1979, 1980

18 sommaire chap.4 Influence de la phase de la QBO sur lintensité et/ou la fréquence des tempêtes tropicales Hypothèses sur lorigine de la QBO : La zone équatoriale est favorable à la propagation verticale de lénergie des ondes de gravité équatoriales depuis la moyenne-troposphère vers la basse stratosphère; puis laction combinée des ondes de Kelvin et MRG (signal maxi en basse strato.) permet de propager cette énergie (vitesse de groupe de sens opposé à la phase) jusquen moyenne-stratosphère où lon observe le signal maximum de la QBO. Rappel : pour savoir où se dirige lénergie dune onde, il faut examiner le signe de la vitesse de groupe de groupe Loscillation Quasi-Biennale (QBO) : principales caractéristiques

19 4.1 Les ondes équatoriales piégées 4.2 Les oscillations tropicales déchelle planétaire LOscillation de Madden-Julian (MJO) LOscillation Quasi-Biennale (QBO) 4.3 Pertinence des ondes tropicales déchelle synoptique à intrasaisonnière en prévision sommaire général Chap 4. Ondes équatoriales piégées et oscillations déchelle planétaire

20 sommaire chap Pertinence des ondes tropicales déchelle synoptique à intrasaisonnière en prévision En Australie, un filtrage en temps réel des anomalies dOLR liées à la MJO est réalisé dans un cadre semi-operationnel, et a sensiblement amélioré lanalyse et la réalisation de prévisions à moyenne échéance (i.e. au-delà de quelques jours) Le filtrage en temps réel des autres ondes est aussi utilisé, surtout pour lanalyse car pour la prévision elles ne sont pas assez signifiactives pour permettre une amélioration sensible (ER, Kelvin, MRG) Le site météo australien fournit une animation des anomalies dOLR filtrées pour la MJO, ER, Kelvin, MRG: sur le site, zonage en bleu = convection renforcée

21 Et si vous désirez en savoir un peu plus sur la théorie des ondes équatoriales, vous pouvez visiter le site Web de lUFR: Chap.5 Perturbation tropicale dété Chap 4. Ondes équatoriales piégées et oscillations déchelle planétaire ufr.enm.meteo.fr/pages/ufr/ressources/ressour_rech/biblio/biblio_index.htm

22 Variance dOLR liée à londe EIG Londe EIG explique 4% du total de variance dOLR à 7.5° autour de la Ligne de Changement de Date (LCD) Distribution des variances dOLR pour des fréquences et longueur donde dans la band filtrée pour londe EIG. Lintervalle des contours est de 150 W 2 /m 4 Source : Wheeler et Kiladis, 99

23 Londe WIG1 explique 6% du total de variance dOLR le long de léquateur de lhémisphère Est du globe Variance dOLR liée à londe WIG1 Distribution des variances dOLR pour des fréquences et longueur donde dans la band filtrée pour londe WIG1. Lintervalle des contours est de 150 W 2 /m 4 Source : Wheeler et Kiladis, 99

24 Londe WIG2 explique seulement 2% du total de variance dOLR à 5° de latitude sur lhémisphère Est du globe Variance dOLR liée à londe WIG2 Distribution des variances dOLR pour des fréquences et longueur donde dans la band filtrée pour londe WIG2. Lintervalle des contours est de 150 W 2 /m 4 Source : Wheeler et Kiladis, 99

25 Bibliographie chap. 4 - Coy, L., 1979 : An unusually large westerly amplitude of the quasi-biennial oscillation. J. Atmos. Sci., Vol.36, p Coy, L., 1980 : Corrigendum. J. Atmos. Sci., Vol.37, p Madden, R. A. et P. R. Julian, 1971 : Detection of a day oscillation in the zonal wind in the tropical Pacific. Journal of the Atmospheric Sciences, Vol.28, p Rui, H., Wang, B., 1990 : Development characteristics and dynamic strcuture of tropical intraseasonal convcetion anomalies. J. Atmos. Sci., Vol.47, p Wheeler, M., Kiladis, G., N., 1999: Convectively coupled equatorial waves : analysis of clouds and temperature int the wavenumber-frequency domain. J. Atmos. Sci., Vol.56, p


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