Plan 1. Les différentes échelles de l’atmosphère 2. Sources d’énergies nécessaires à la formation des ondes équatoriales et des perturbations tropicales 3. Climats tropicaux d’échelle régionale 4. Ondes équatoriales piégées et oscillations d’échelle planétaire (MJO,QBO) 5. Modèles conceptuels de perturbations tropicales d’échelle synoptique de l’hémisphère d’été 6. Interactions entre tropiques et moyennes latitudes 7. El Niño

Quel intérêt en prévision ? Chap 4. Ondes équatoriales piégées et oscillations d’échelle planétaire Quel intérêt en prévision ? Source de prédictabilité de l’atmopshère tropicale au-delà du cycle diurne. Les ondes équatoriales modulent l’activité de la convection profonde de la ZCIT et de la ZCPS (Zone de Convergence du Pacifique Sud)

Chap 4. Ondes équatoriales piégées et oscillations d’échelle planétaire 4.1 Les ondes équatoriales piégées 4.2 Les oscillations tropicales d’échelle planétaire 4.2.1 L’Oscillation de Madden-Julian (MJO) 4.2.2 L’Oscillation Quasi-Biennale (QBO) 4.3 Pertinence des ondes tropicales d’échelle synoptique à intrasaisonnière en prévision sommaire général

4.1 Les ondes équatoriales piégées Origine : Une source de chaleur équatoriale libérée à l’échelle 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 ) Dans l’atmosphère tropicale, il existe une infinité d’ondes 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.) Guide d’onde équatorial : les ondes équatoriales prennent naissance entre 12°N-12°S et leur signal disparaît très rapidement au-delà de 20° d’où leur appellation d’« ondes piégées ». sommaire chap.4

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

4.1 Les ondes équatoriales piégées Figure montrant la variance d’OLR 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. Distribution des variances d’OLR pour des fréquences et longueur d’onde d’échelle synoptique et planétaire. L’intervalle des contours est de 150 W2/m4 Source : Wheeler et Kiladis, 99 Maximum de variance -dans l’hémisphère d’été -surtout de l’Ocean Indien au Pacifique Ouest sommaire chap.4

4.1 Les ondes équatoriales piégées : onde de Kelvin équatoriale Distribution des variances d’OLR pour des fréquences et longueur d’onde dans la bande filtrée pour l’onde de Kelvin équatoriale. L’intervalle des contours est de 150 W2/m4 Source : Wheeler et Kiladis, 99 Origine de l’onde de Kelvin : convection profonde pendant qq semaines à l’équateur Module la convection profonde entre 7°N-7°S avec un pic à l’équateur Explique 10% du total de variance d’OLR le long de l’équateur, surtout de février à août Période de l’onde : 15-20 jours Vitesse de phase = + 15 à 20 m/s sommaire chap.4

4.1 Les ondes équatoriales piégées : onde de Rossby équatoriale (ER) Distribution des variances d’OLR pour des fréquences et longueur d’onde dans la bande filtrée pour l’onde de Rossby équatoriale. L’intervalle des contours est de 150 W2/m4 Source : Wheeler et Kiladis, 99 Origine de l’onde de Rossby : convection profonde pendant qq semaines à l’équateur Module la convection profonde entre 7 et 15° de latitude avec un pic à 10° Explique 7% du total de variance d’OLR à 10° de latitude de l’Océan Indien au Pacifique Ouest (ZCIT et ZCPS sont concernés), surtout de novembre à mars Période de l’onde = 15-20 jours Vitesse de phase = - 5 m/s sommaire chap.4

4. 1 Les ondes équatoriales piégées : 4.1 Les ondes équatoriales piégées : onde Mixte de Rossby-Gravité (MRG) Distribution des variances d’OLR pour des fréquences et longueur d’onde dans la band filtrée pour la MRG. L’intervalle des contours est de 150 W2/m4 Source : Wheeler et Kiladis, 99 Origine de l’onde de Rossby : convection profonde pendant qq semaines à l’équateur Module la convection profonde entre 3 et 10° de latitude (la MRG est une onde plus piégée que l’onde ER) avec un pic vers 7.5° Explique seulement 4% du total de variance d’OLR à 7.5° de latitude autour de la ligne de changement de date (ZCIT et ZCPS concernés), surtout de septembre à novembre Période de l’onde = 4-5 jours Vitesse de phase = -23 m/s sommaire chap.4

4.1 Les ondes équatoriales piégées : ondes de gravité Parmi l’infinité d’ondes de gravité présentes dans l’atmosphère, voici les trois principales qui modulent significativement la convection profonde sur une échelle synoptique : Une onde de gravité se déplaçant vers l’Est (Eastwards Inertial Gravity) ayant pour acronyme EIG. L’onde EIG explique 4% du total de variance d’OLR à 7.5° autour de la Ligne de Changement de Date (LCD) Une onde de gravité se déplaçant vers l’Ouest (Westwards Inertial Gravity de mode méridien 1) ayant pour acronyme WIG1. L’onde WIG1 explique 6% du total de variance d’OLR le long de l’équateur de l’hémisphère Est du globe Une onde de gravité se déplaçant vers l’Ouest (de mode méridien 2). L’onde WIG2 explique seulement 2% du total de variance d’OLR à 5° de latitude sur l’hémisphère Est du globe rappel : + le mode méridien de l’onde est élévé, + le piégeage en latitude est important sommaire chap.4

Chap 4. Ondes équatoriales piégées et oscillations d’échelle planétaire 4.1 Les ondes équatoriales piégées 4.2 Les oscillations tropicales d’échelle planétaire 4.2.1 L’Oscillation de Madden-Julian (MJO) 4.2.2 L’Oscillation Quasi-Biennale (QBO) 4.3 Pertinence des ondes tropicales d’échelle synoptique à intrasaisonnière en prévision sommaire général

4.2.1 L’ Oscillation de Madden-Julian (MJO) Principales caractéristiques de la MJO : En 1971, Madden et Julian signale sur l’île 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 l’Océan Indien au Pacifique Ouest (soit 50% de la surface des tropiques) sur une échelle intrasaisonnière (période de 40-50 jours). Cette oscillation se propage d’ouest en est Cette oscillation est désignée sous le nom d’Oscillation de Madden-Julian (MJO) sommaire chap.4

4.2.1 : Le cycle de la MJO 1 5 10 15 20 25 26 30 35 36 40 n°jour : 1 5 10 15 20 25 26 30 35 36 40 vitesse de phase des anomalies de vent : Correspond aussi à la vitesse de déplacement d’une cellule de Walker +5 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) En italique = MJO inactive Source : Madden et Julian,1971. sommaire chap.4

4.2.1 Variance d’OLR liée à la MJO Distribution des variances d’OLR pour des fréquences et longueur d’onde dans la bande filtrée pour la MJO. L’intervalle des contours est de 150 W2/m4 Source : Wheeler et Kiladis, 99 La MJO explique 10 to 15% du total de variance d’OLR 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 l’onde de Rossby Equatoriale (ER) et l’onde de Kelvin. Variabilité saisonnière de la MJO : pic maxi en janvier-février sommaire chap.4

4.2.1 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 d’O. en surf.(+ 3 m/s) - baisse de pression de surface anomalies de vents d’E. en haute tropo (- 6 m/s) Source : Rui et Wang, 1990 figure du bas (10 jours après la figure d’en haut) : convection renforcée à 150°E (Pacific O.) et convection inhibée pour la mousson indienne (90°E) sommaire chap.4

Chap 4. Ondes équatoriales piégées et oscillations d’échelle planétaire 4.1 Les ondes équatoriales piégées 4.2 Les oscillations tropicales d’échelle planétaire 4.2.1 L’Oscillation de Madden-Julian (MJO) 4.2.2 L’Oscillation Quasi-Biennale (QBO) 4.3 Pertinence des ondes tropicales d’échelle synoptique à intrasaisonnière en prévision sommaire général

4. 2. 2 L’oscillation Quasi-Biennale (QBO) 4.2.2 L’oscillation Quasi-Biennale (QBO) : principales caractéristiques 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 d’E. Source : d’après Coy, 1979, 1980 Décrite comme une alternance quasi-périodique de 13 mois de vents d’est suivi de 13 mois de vents d’ouest au sein de la stratosphère (entre 23 et 30 km) tropicale (entre 30°N et 30°S). L’oscillation 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. sommaire chap.4

4. 2. 2 L’oscillation Quasi-Biennale (QBO) 4.2.2 L’oscillation Quasi-Biennale (QBO) : principales caractéristiques Influence de la phase de la QBO sur l’intensité et/ou la fréquence des tempêtes tropicales Hypothèses sur l’origine de la QBO : La zone équatoriale est favorable à la propagation verticale de l’énergie des ondes de gravité équatoriales depuis la moyenne-troposphère vers la basse stratosphère; puis l’action 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) jusqu’en moyenne-stratosphère où l’on observe le signal maximum de la QBO. Rappel : pour savoir où se dirige l’énergie d’une onde, il faut examiner le signe de la vitesse de groupe sommaire chap.4

Chap 4. Ondes équatoriales piégées et oscillations d’échelle planétaire 4.1 Les ondes équatoriales piégées 4.2 Les oscillations tropicales d’échelle planétaire 4.2.1 L’Oscillation de Madden-Julian (MJO) 4.2.2 L’Oscillation Quasi-Biennale (QBO) 4.3 Pertinence des ondes tropicales d’échelle synoptique à intrasaisonnière en prévision sommaire général

4.3 Pertinence des ondes tropicales d’échelle synoptique à intrasaisonnière en prévision En Australie, un filtrage en temps réel des anomalies d’OLR liées à la MJO est réalisé dans un cadre semi-operationnel, et a sensiblement amélioré l’analyse 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 l’analyse 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 d’OLR filtrées pour la MJO, ER, Kelvin, MRG: sur le site, zonage en bleu = convection renforcée sommaire chap.4

Chap.5 Perturbation tropicale d’été Chap 4. Ondes équatoriales piégées et oscillations d’échelle planétaire Et si vous désirez en savoir un peu plus sur la théorie des ondes équatoriales, vous pouvez visiter le site Web de l’UFR: http://intra-ufr.enm.meteo.fr/pages/ufr/ressources/ressour_rech/biblio/biblio_index.htm Chap.5 Perturbation tropicale d’été

Variance d’OLR liée à l’onde EIG Distribution des variances d’OLR pour des fréquences et longueur d’onde dans la band filtrée pour l’onde EIG. L’intervalle des contours est de 150 W2/m4 Source : Wheeler et Kiladis, 99 L’onde EIG explique 4% du total de variance d’OLR à 7.5° autour de la Ligne de Changement de Date (LCD)

Variance d’OLR liée à l’onde WIG1 Distribution des variances d’OLR pour des fréquences et longueur d’onde dans la band filtrée pour l’onde WIG1. L’intervalle des contours est de 150 W2/m4 Source : Wheeler et Kiladis, 99 L’onde WIG1 explique 6% du total de variance d’OLR le long de l’équateur de l’hémisphère Est du globe

Variance d’OLR liée à l’onde WIG2 Distribution des variances d’OLR pour des fréquences et longueur d’onde dans la band filtrée pour l’onde WIG2. L’intervalle des contours est de 150 W2/m4 Source : Wheeler et Kiladis, 99 L’onde WIG2 explique seulement 2% du total de variance d’OLR à 5° de latitude sur l’hémisphère Est du globe

Bibliographie chap. 4 Coy, L., 1979 : ‘An unusually large westerly amplitude of the quasi-biennial oscillation’. J. Atmos. Sci., Vol.36, p.174-176. Coy, L., 1980 : ‘Corrigendum’. J. Atmos. Sci., Vol.37, p.912-913 Madden, R. A. et P. R. Julian, 1971 : Detection of a 40-50 day oscillation in the zonal wind in the tropical Pacific. Journal of the Atmospheric Sciences, Vol.28, p. 702-708 Rui, H., Wang, B., 1990 : ‘Development characteristics and dynamic strcuture of tropical intraseasonal convcetion anomalies’. J. Atmos. Sci., Vol.47, p.357-379 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.374-399