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5.6.1 Introduction et définition 5.6.2 Structure du cyclone tropical 5.6.3 Théorie du cyclone tropical 5.6.4 Prévision cyclonique sommaire général 5.6.

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1 5.6.1 Introduction et définition Structure du cyclone tropical Théorie du cyclone tropical Prévision cyclonique sommaire général 5.6 Cyclone tropical

2 Déplacement du cyclone Marée de tempête Situations synoptiques favorables Situations synoptiques défavorables Variabilité interannuelle Techniques de prévision sommaire cyclone Prévision cyclonique

3 Léquation du tourbillon pour une atmosphère barotrope, hors couche limite, sécrit : évolution eulérienne de f égale à 0 = 0 (1) (2) (1) + (2) (3) Lévolution eulérienne de ζ r donne le déplacement du cyclone Développons le membre de gauche : sommaire prévi cyclonique Prévision cyclonique : déplacement du cyclone

4 Contribution de : effet directeur de lenvironnement Le déplacement du cyclone est donné en 1 er ordre par le flux de grande échelle qui advecte alors le tourbillon relatif ζ r Diverses études ont montré que ce facteur permet dexpliquer 30 à 80% de la variance du déplacement à h (dépend de la latitude, qualité analyse, taille du cyclone) En moyenne, les cyclones se déplacent vers lO. aux basses latitudes car on observe des vents dE. sur lensemble de la troposphère dans lhémisphère dété tropical. Sur le Pacifique NO, les cyclones se déplacent vers le SE à cause du flux de mousson de NO Prévision cyclonique : déplacement du cyclone Trajectoires et vitesses usuelles des cyclones tropicaux; Les cartouches indiquent les déplacements en km/h. Source : Neumann, 1993

5 Contribution de : leffet βeta Évolution de ζ r avec cette seule contribution : β = f/ y >0 à lO. du cyclone, v 0 la circulation cyclonique produit du tourbillon cyclonique à lO. et anticyclonique à lE. 1. Hémisphère Nord = cyclone 2. Hémisphère Sud β = f/ y <0 à lO. du cyclone, v>0, doù – βv >0 idem hémisphère nord Eq. y x Pôle Nord y x δζ r /dt>0 δζ r /dt<0 δζ r /dt>0 sommaire prévi cyclonique Prévision cyclonique : déplacement du cyclone

6 - Leffet β, en absence de flux directeur, aura donc tendance à déplacer le cyclone vers lO. dans les deux hémisphères - Dans le cas où le flux est dE., leffet accentue la vitesse du cyclone vers lO. Contribution de : leffet β eta sommaire prévi cyclonique Prévision cyclonique : déplacement du cyclone

7 Effet secondaire de : la dérive de Rossby Apparition de 2 circulations secondaires liées aux ζ r générés par leffet β Leffet résultant de ces 2 circulations opposées provoquent la dérive du cyclone vers les pôles (dans les deux hémisphères) = cyclone Nord Eq. Bilan : Dans lhémisphère nord, en absence de flux directeur, la composition de leffet β et de la dérive de Rossby a pour conséquence de déplacer un cyclone vers le NO; dans lhémisphère sud, vers le SO. δζ r /dt>0 δζ r /dt<0 champ de δζ r /dt centré sur un cyclone, en absence de flux directeur : sommaire prévi cyclonique Prévision cyclonique : déplacement du cyclone

8 lintensitélextension du vortex La vitesse de la dérive de Rossby dépend de lintensité et de lextension du vortex. Plus précisément, la dérive vers les pôles saccélère lorsque le moment angulaire rV saccroît. Ce processus explique pourquoi un cyclone en phase de maturité (puissant et de grand diamètre) se déplace plus vite vers les pôles quen phase initiale. La dérive de Rossby a aussi une autre conséquence: La plupart des cyclones tropicaux finissent leur vie dans les régions subtropicales voire moyennes latitudes et le cœur chaud du cyclone se transforme peu à peu en tempête extra-tropicale (associé à une houle et des vents complexes et violents) pour bien prévoir la trajectoireimportant de prévoir correctement son intensité Pour résumer, pour bien prévoir la trajectoire dun cyclone, il est important de prévoir correctement son intensité Influence de la dérive de Rossby sur la trajectoire: sommaire prévi cyclonique Prévision cyclonique : déplacement du cyclone

9 Influence de lenvironnement synoptique sur la trajectoire : Quand un cyclone approche un thalweg, il est très difficile de prévoir le point dinflexion de la trajectoire (= lieu de recourbement) Effet Fujiwhara : lorsque 2 cyclones évoluent à proximité (< 1500 km), ils sattirent mutuellement en tournant lun autour de lautre sommaire prévi cyclonique Prévision cyclonique : déplacement du cyclone

10 Déplacement du cyclone Marée de tempête Situations synoptiques favorables Situations synoptiques défavorables Variabilité interannuelle Techniques de prévision sommaire cyclone Prévision cyclonique

11 Lorsquun cyclone tropical touche les côtes (phénomène appelé atterrisage), il se produit une élévation du niveau de la mer avec une possible invasion des eaux à lintérieur des terres. Une marée de tempête cause parfois le long des côtes des dégâts importants et peut être meurtrier. Les facteurs suivants peuvent se cumuler Les facteurs suivants peuvent se cumuler : 1. La baisse de pression ( en anglais : pressure surge) : le niveau de la mer sélève denviron 1 mètre pour une baisse de pression de 100 hPa. 2. Les vents dafflux (en anglais : wind-driven surge) résultent des effets combinés du fetch et de la topographie sous-marine côtière sommaire prévi cyclonique Prévision cyclonique : Marée de tempête Source :daprès Chris Landsea et le site de la NOAA gov/hrd/tcfaq/C1.html

12 2. Les vents dafflux (suite) L a tension de vent générée par de forts vents continus déplace leau de mer en surface (fetch). Ces eaux se dirigent vers la côte dans le ½ cercle des vents dafflux et sen éloignent dans le ½ cercle des vents de reflux. D ans lhémisphère nord (respec. sud), les vents dafflux se situent dans le ½ cercle droit (respec. gauche) du cyclone et dirigent peu à peu les masses deau vers les hauts-fonds (~ onde de gravité dans un modèle en eau peu profonde) Hémisphère nord > à lorigine dune élévation du niveau de la mer de 6 à 10 m dans le ½ cercle droit (HN) aussi appelé 1/2 cercle dangereux sommaire prévi cyclonique Prévision cyclonique : Marée de tempête Source : Mayençon R., 1982

13 L e ½ cercle dangereux: une autre raison importante ! Prenons un exemple pour comprendre : hémisphère nord E W = vent observé = vitesse du vortex = 20kt = vitesse de vent relatif au repère du cyclone = 70 kt = = 90 Kt = = 50 Kt Dans lHN, les vents les plus violents se situent dans le ½ cercle droit du cyclone par rapport à son déplacement (dans lHS, cest le ½ cercle gauche); en fait cest toujours le ½ cercle polaire quelquesoit lhémisphère !! sommaire prévi cyclonique Prévision cyclonique : Marée de tempête

14 Déplacement du cyclone Marée de tempête Situations synoptiques favorables Situations synoptiques défavorables Variabilité interannuelle Techniques de prévision sommaire cyclone Prévision cyclonique

15 Cette situation synoptique favorable à la cyclogénèse se produit, entre décembre et février, lorsque le flux de mousson dhiver venant dIran-Arabie saccélère et génère sur le nord de lOcéan Indien une hausse de pression de 1 à 2 hPa en basses couches (phénomène de cold surge tracé ici comme un pseudo-front froid; définition du cold surge au chap 6.5). Cette poussée de flux augmente le gradient de pression et le flux sur le flanc nord de la ZCIT ce qui génère du cisaillement horizontal et donc du tourbillon relatif. Ce tourbillon peut être le germe dun cyclone tropical qui se développe plusieurs jours après dans lhémisphère dhiver si les conditions de TSM sont favorables Cas 1 : poussée de flux sur lOcéan Indien Nord : ZCIT A a sommaire prévi cyclonique Exemple de situation de surface entre décembre et février Prévision cyclonique : Situations synoptiques favorables Source : F. Beucher, Météo-France Eq.

16 Un déplacement vers le nord ou une intensification de lanticyclone des Mascareignes entraîne un renforcement des alizés sur lOcéan Indien Sud. Sensuit une augmentation du cisaillement horizontal de vent et du tourbillon relatif favorables à la genèse de cyclones tropicaux sur lOcéan Indien Sud Cas 2 : renforcement des alizés sur lOcéan Indien Sud : ZCIT A Alizés renforcés Exemple de situation en surface entre décembre à février sommaire prévi cyclonique Prévision cyclonique : Situations synoptiques favorables Source : F. Beucher, Météo-France Eq.

17 La divergence en haute troposphère permet déliminer de la masse à la colonne verticale ce qui permet de faire chuter la pression au centre du cyclone tropical. Sans divergence en haute troposphère, les puissants courants ascendants le long du mur finiraient par freiner. Les jets de haute troposphère, situés à proximité (mais pas trop) dun cyclone permettent dorganiser la divergence du cyclone en 1 ou 2 puissantes branches. Exemple : dans lhémisphère sud, les 2 branches divergentes sont situées de façon préférentielle au NW et au SE des cyclones en liaison avec le JOST et le TEJ Cas 3 : Divergence en Haute Troposphère H TEJ JOST Indonésie Eq. sommaire prévi cyclonique Exemple de situation en haute troposphère entre décembre et février. Source : F. Beucher, Météo-France Prévision cyclonique : Situations synoptiques favorables

18 Déplacement du cyclone Marée de tempête Situations synoptiques favorables Situations synoptiques défavorables Variabilité interannuelle Techniques de prévision sommaire cyclone Prévision cyclonique

19 Quelle sont les conséquences dun atterissage dun cyclone ? 1.A courte échéance : laugmentation de la rugosité de surface (i.e des forces de frottement) peut temporairement renforcer la convergence de basses couches et donc lintensité du cyclone. 2.A plus longue échéance: - le mur est détruit car la partie divergente en haute troposphère va beaucoup plus vite que la partie convergente de basses couches ralentie par la hausse de rugosité. - le cyclone tropical saffaiblit aussi parce quil ne dispose plus des sources dénergie nécessaires au fonctionnement de la machine thermique (on rappelle que cest locéan qui fournit lentropie au moteur thermique). sommaire prévi cyclonique Prévision cyclonique Situations synoptiques défavorables

20 Sur océans: 1.Hormis un déplacement sur le courant Kuroshio ou le Gulf Stream, au nord de 25° de latitude, la TSM est trop fraîche pour fournir lentropie nécessaire (chaleur sensible et latente) au bon fonctionnement de la machine thermique = affaiblissement du cyclone. 2.Un fort cisaillement vertical de vent ( >12 m/s entre la surface et la haute tropo.) : - incline trop le mur du cyclone et favorise ainsi le découplage entre la basse et la haute troposphère. - ventile trop rapidement la chaleur produite par la convection profonde ce qui limite fortement la chute de pression en surface (facteur défavorable au stade de dépression tropicale et non pas de cyclone tropical) - favorise les intrusions dair sec en haute et moyenne troposphère ce qui détruit ou empêche le développement des cyclones. sommaire prévi cyclonique Prévision cyclonique Situations synoptiques défavorables

21 Quest ce quune couche dair saharienne (SAL) ? Comment un SAL influence un cyclone ?. Les couches dair sahariennes proviennent de puissantes tempêtes de poussière qui ont pris naissance sur les déserts du NO de lAfrique en fin de printemps, été ou début dautomne.. Une couche dair saharienne peut traverser lAtlantique jusquaux Caraïbes. Une couche dair saharienne : -sétend entre m dépaisseur, -est associée à de lair sec (50 % dHU en moins que dans un RS tropical typique) -saccompagne de forts vents (20-50 kt).. ANASYG tropical : advection de sable. Un SAL a un impact négatif sur la fréquence et lintensité des cyclones : le cisaillement vertical de vent et lair sec ont une influence néfaste alors que limpact des poussières nest pas encore clairement établie (a priori stoppe l intensification ?). La hausse de fréquence de SAL est à corréler avec des problèmes de pollution et un déclin des récifs corallien aux Caraïbes sommaire prévi cyclonique Prévision cyclonique Situations synoptiques défavorables

22 retour : mousson africaine sommaire prévi cyclonique Détection dun SAL (Source : NOAA; GOES 12) satellite IR satellite visible Prévision cyclonique : Situations synoptiques défavorables

23 Influence dun SAL (couleurs jaune et rouge) sur Erin real-time/wavetrak/sal.html Source : Dunion, 2004 : intensité réduite sommaire prévi cyclonique Prévision cyclonique : Situations synoptiques défavorables

24 Déplacement du cyclone Marée de tempête Situations synoptiques favorables Situations synoptiques défavorables Variabilité interannuelle Techniques de prévision sommaire cyclone Prévision cyclonique

25 Rappel : El Niño (EN) correspond à une anomalie climatique sur le Pacifique résultant de couplages complexes entre locéan (modification des TSM) et latmosphère (modifications de la pression, alizés, localisation convection). Globalement, pendant El Niño, on observe une diminution du nombre des cyclones surtout aux basses latitudes. Sur lAtlantique, El Niño est défavorable au développement des cyclones tropicaux car on observe en haute troposphère de forts cisaillements verticaux douest (JOST plus zonal que les années normales) Impact dEl Niño sur la fréquence des tempêtes tropicales. Sources : daprès Gray 84a, Chan 85, Dong 88, Lander 94 sommaire prévi cyclonique Prévision cyclonique variabilité interannuelle : El Niño

26 Sur lAtlantique, pendant EN, loccurrence de thalwegs augmente dans les subtropiques doù un accroissement du nombre de cyclones aux hautes latitudes et une diminution aux basses latitudes. : Impact dEl Niño sur la localisation des tempêtes tropicales : sommaire prévi cyclonique Prévision cyclonique variabilité interannuelle : El Niño Sources : daprès Gray 84a, Chan 85, Dong 88, Lander 94

27 Rappel : lOscillation Quasi-Biennale (QBO) correspond à une alternance quasi-périodique de 13 mois de vents dest suivis de 13 mois de vents douest dans la basse et moyenne stratosphère tropicale (entre 23 et 30 km). Impact de la phase ouest de la QBO sur la fréquence des tempêtes tropicales : sommaire prévi cyclonique Prévision cyclonique variabilité interannuelle : QBO (phase ouest) Sources : daprès Hastenrath et Wendland 79, Shapiro 82, Gray 84a

28 Pendant la phase ouest de la QBO, lintensité des cyclones saccroît partout sur le globe. Pendant la phase de vent dest de la QBO (figure non montrée) les cyclones sont moins intenses car on pense, que le cisaillement vertical de vent, alors plus intense quau cours de la phase ouest, est propagé de la basse stratosphère vers la haute troposphère ce qui affaiblit les cyclones. retour 4.2.2: QBO Impact de la phase ouest de la QBO sur lintensité des tempêtes tropicales : sommaire prévi cyclonique Prévision cyclonique variabilité interannuelle : QBO (phase ouest) Sources : daprès Hastenrath et Wendland 79, Shapiro 82, Gray 84a

29 Déplacement du cyclone Marée de tempête Situations synoptiques favorables Situations synoptiques défavorables Variabilité interannuelle Techniques de prévision sommaire cyclone Prévision cyclonique

30 Jusquà lavènement des satellites, pour estimer lintensité dun vortex situé sur océan, lanalyse se reposait uniquement sur les observations des bateaux, lexpérience des previsionnistes et une climatologie régionale des tempêtes tropicales. Encore aujourdhui, la reconnaissance par avion reste la technique la plus fiable pour connaître lintensité dun vortex mais ce système coûte très cher et peu de services météorologiques peuvent se loffrir. Les radars implantés sur la côte sont aussi utiles, mais comme leur portée horizontale est en général inférieure à 300 km, cet outil ne laisse pas assez de temps aux autorités locales pour lancer les procédures dalerte sommaire prévi cyclonique Prévision cyclonique Techniques de prévision

31 La technique de Dvorak Actuellement, les 11 centres de prévisions cycloniques (6 CMRS et 5 TCWC) utilisent la technique de DVORAK (1975) pour estimer et prévoir lintensité des vortex tropicaux à une échéance de 24 heures. La technique de Dvorak se base sur lanalyse dimages satellites : plus la différence de température est importante entre lœil (chaud) et lenvironnement du cyclone (sommet froid des nuages), plus le cyclone est estimé intense. Cette technique fournit une prévision fiable de lintensité du vortex jusquà une échéance de 24 h (rubrique : Morehttp://www.nhc.noaa.gov/satellite.shtml Satellite Imagery) Mais attention ! ! Lestimation de vent violent par la seule technique de Dvorak est à prendre avec précaution puisque le vent ne dépend pas uniquement du gradient de pression (dans léquilibre du vent de gradient, le rayon contribue aussi à la vitesse du vent. Voir aussi le paragraphe sur la conservation du moment angulaire) Lestimation de vent violent par la seule technique de Dvorak est à prendre avec précaution puisque le vent ne dépend pas uniquement du gradient de pression (dans léquilibre du vent de gradient, le rayon contribue aussi à la vitesse du vent. Voir aussi le paragraphe sur la conservation du moment angulaire) Prévision cyclonique Techniques de prévision : images satellites

32 Divers modèles de prévision de trajectoires de cyclones tournent en opérationnel pour lAtlantique et le Pacifique NE Exemple de cartes produites par lun de ces modèles : track_Katrinatrack_Katrina Exemple de bulletin rédigé par le National Hurricane Center : bulletin_Katrinabulletin_Katrina 1. Modèle basé sur la climatologie et la persistance: Le modèle de référence, appelé CLIPER (CLImatologie et PERsistance), est un modèle statistique à régression multiples qui intègre la climatologie des trajectoires à la persistance du flux de lenvironnement (Alberson, 1998). Bien que surprenant, CLIPER était plus performant que les modèles numériques jusquaux années Modèle statistico-dynamique : Un modèle statistico-dynamique, codé par le centre national des cyclones de Miami, le NHC90 (McAdie 1991) utilise le géopotentiel issu du modèle Aviation comme prédicteur pour fournir une prévision de trajectoire 4 fois par jour. Les prévisions de 00 et 12TU utilisent un guess de 12 heures du modèle Aviation. Une mise à jour de ce modèle tourne en opérationnel depuis 98 (NHC98). sommaire prévi cyclonique Prévision cyclonique Techniques de prévision : modèles de prévision

33 3. Les modèles numériques : Advection et β etaBAM i. Le modèle Advection et β eta (BAM) prévoit les trajectoires des cyclones en intégrant des vents horizontaux moyennés verticalement et ajoute une correction qui tient compte de leffet β eta (marks, 92). Trois versions (shallow layer, middle, deep) tournent 4 fois par jour depuis couplé barotropeVICBAR ii. Un modèle couplé barotrope de prévision de trajectoires de cyclones (VICBAR) tourne 4 fois par jour Il utilise les analyses du NCEP (Alberson and Demaria, 94). NCEP AviationMRF modèles globaux iii. Les modèles NCEP Aviation et MRF (Lord, 93) sont utilisés pour la prévision de trajectoire depuis Ce sont des modèles globaux. triplementcouplé à maille variable modèle GFDL iv. Un modèle triplement couplé à maille variable et équations primitives développé au Laboratoire Géophysique de Fluides Dynamiques (Bender et al, 93), connu sous le nom de modèle GFDL fournit des prévisions de trajectoires depuis 92. v. Le modèle global anglais du UKMET est utilisé à travers le monde pour la prévision des cyclones tropicaux (Radford, 94). Chap 6 : Interactions sommaire prévi cyclonique Prévision cyclonique Techniques de prévision : modèles de prévision

34 Bibliographie chap Chan, J. C. L., 1985 : Tropical cyclone activity in the Northwest Pacific in relation to El Nino/Southern Oscillation phenomenon. Mon. Wea. Rev., Vol.113, p Christopher Landsea, NOAA AOML/ Hurricane Research Division, 4301, Rickenbacker causeway, Miami, Florida Dong K., 1988 : El Nino and tropical cyclone frequency in the Australain region and the Northwest Pacific. Aust. Met. Mag., Vol.36, p Dunion, J.P., and C.S. Velden, 2004 : The impact of the Saharan Air Layer on Atlantic tropical cyclone activity. Bull. Amer. Meteor. Soc., Vol.85, n°3, p Gray, W. M., 1984a :Atlantic seasonal hurricane frequency : Part I. El Nino and 30 mb quasi- biennial oscillation influences. Mon. Wea. Rev., Vol.112, p Hastenrath, S. and W. Wendland, 1979 :On the secular variation of storms in the tropical North Atlantic and Eastern Pacific. Tellus, Vol.31, p Lander, M., 1994 :An exploratory analysis of the relationship between tropical storm formation in the western North Pacific and ENSO. Mon Wea. Rev., Vol.122, p Mayençon R., 1982 : Météorologie Marine, Éditions maritimes et dOutre-mer, Rennes, 335p. - Neumann, C. J., 1993 :Global Overview. Chapter 1, Global Guide to Tropical Cyclone Forecasting, WMO:TC-N°560, Report N0 TCP-31, World Meteorological Organization, Geneva. -Shapiro, L. J., 1982 :Hurricane climatic fluctuations, part 1 : patterns and cycles. Mon Wea. Rev., Vol. 110, p


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