3.4 Circulations de mousson 3.4.1 Mousson indienne 3.4.2 Mousson d’Afrique de l’Ouest sommaire chap.3

3.4.2 Mousson d’Afrique de l’Ouest (MAO) Image de vapeur d’eau, 17/06/97 Canal vapeur d’eau, Météosat, 17/06/97 La Mousson d’Afrique de l’Ouest peut être étudiée, soit : -à méso-échelle : échelle temporelle de l’ordre de la journée et échelle spatiale de l’ordre de quelques centaines de km (MCS symbolisé par ). A cette échelle spatio-temporelle, la ZCIT associée à la MAO peut être inactive pendant plusieurs jours consécutifs. -à grande échelle : échelle temporelle de l’ordre du mois et spatiale de l’ordre de quelques milliers de km (ZCIT symbolisée par ). La position climatologique de la ZCIT correspond à la trajectoire moyenne des MCS. Animation IR sur l’Atlantique-Afrique en cliquant sur sommaire mousson

Occurrence de Couches d’Air Saharienne ou Saharan Air Layer (SAL) Source : Thorncroft, 2001 Jet d’Est Africain (JEA) vers 15°N de juillet à sept. ; ff=20 à 30 kt entre 600-700 hPa Occurrence de Couches d’Air Saharienne ou Saharan Air Layer (SAL) entre 1500-6000 m au-dessus du Sahara (plus de détails ) Dépression thermique ou ‘Heat low’ vers 25°N sur le Sahara (Tmax à 1500 m.) Langue d’eaux ‘fraîches’ dans le Golfe de Guinée : chute de 1 à 2°C de TSM à cause de l’accélération des alizés qui renforcent l’upwelling équatorial ⇒ En interaction avec tous ces éléments, la ZCIT située vers 10-12°N en juillet/août sur l’Afrique de l’O. ANASYG tropical : sommaire mousson

3.4.2 Mousson d’Afrique de l’Ouest :Jet d’Est Africain (JEA) Equ. 15°N Vent zonal (m/s) à 600 hPa Source : Thorncroft, 2001 40°W 0°W 40°E <- 6 m/s Définition du JEA : Circulation caractéristique de la moyenne troposphère (entre 600 et 700 hPa) entre la Mer Rouge (50°E) et l’Atlantique E. (40°W), soit sur près de 10 000 km ! Occurrence : -le JEA s’observe pendant toute la période de mousson d’été, de fin avril à fin octobre. -en hiver, ce flux d’est s’établit le long de la côte africaine (5°N) mais devient trop faible (10kt) pour conserver son appelation de JEA. Localisation -le JEA prend naissance sur la Mer Rouge et disparaît sur l’Atlantique Ouest -en régime de pré-mousson (mai-juin) et de retrait (fin août à octobre), le JEA se situe vers 10°N; en régime de mousson (juillet-août), il se situe vers 15°N sommaire mousson

3.4.2 Mousson d’Afrique de l’Ouest :Jet d’Est Africain (JEA) Vent à 600 hPa seuillé à 15 kt. Source : Analyse Arpège 1.5 du 18/07/2005 10°N équateur Force (moyenne mensuelle en juillet) -18 kt sur l’Afrique de l’Est (50°E), -diminue sur l’Afrique Centrale (15kt entre 20/30°E) -est maxi. sur l’Afrique de l’O. (22kt entre 0°W/40°W) L’origine du renforcement des vents d’est pendant la mousson d’été est thermique. En été, le gradient horizontal de température est dirigé vers le pôle entre la surface et 700 hPa, puisqu’il fait plus chaud sur le Sahara (50°C en surf.) que sur le Golfe de Guinée (25°C en surf.). D’après la règle du vent thermique, ce gradient méridien de température génère un cisaillement vertical de vent d’est (d’où le renforcement des vents d’est en été). sommaire mousson

en savoir plus : article sur la formation d’onde d’est africaine 3.4.2 Mousson d’Afrique de l’Ouest lien entre JEA et onde d’est africaine - Sur le flanc sud (12°N) du JEA : le cisaillement horizontal de vent est favorable au développement des ondes d’est car il est orienté de sens opposé (vers l’ouest) à l’inclinaison horizontale de l’axe des thalwegs-dorsales des ondes d’est (orienté vers l’est). - Sur le flanc nord (17 à 25°N) du JEA : formation d’ondes d’est vers 900 hPa par instabilité barocline et barotrope combinée (en cours de recherche); λ ~ 6000 km et τ=6/9 j. Nord z Sh JEA 14°N orientation SO/NE de l’axe des thalwegs 12°N Sh 600-700 hPa Est : onde d’est Questions en suspens ? - interaction entre MCS - onde d’est; un MCS peut-il être à l’origine d’une onde d’est ? - le relief (Corne de l’Afrique, l’Aïr) peut-il initier des ondes d’est ? en savoir plus : article sur la formation d’onde d’est africaine

3.4.2 Mousson d’Afrique de l’Ouest : carte d’identité des ondes d’est africaines au sud du JEA (1/2) équateur 40°E 20°E équateur 0°W • Une onde d’est africaine prend naissance tous les 3-5 jours entre juin et octobre sur la Corne de l’Afrique (13°N/30°E), s’intensifie à l’ouest de cette longitude (Tchad/ Centrafique) et devient maximale vers 15°W avant de s’affaiblir au milieu de l’Atlantique (40°W) ; certaines atteignent les Caraïbes où elles se réintensifient (à l’origine de 50 % des dépressions tropicales) ; sommaire mousson

3.4.2 Mousson d’Afrique de l’Ouest : carte d’identité des ondes d’est africaines au sud du JEA (2/2) y À gauche : ligne de flux et inclinaison du thalweg à 700 hPa; À droite: Profil méridien de u et latitude du maximum de l’onde (12°N). Source : Carlson et Lee, 1978 JEA 12°N équateur • Période ~ 3-5 jours • Vitesse de phase ~ - 8 m/s • Longueur d’onde horizontale ~ 2500 km • orientation SW-NE de l’axe horizontal des thalweg-dorsale • Dégradation du temps en général sur la face Ouest du thalweg sommaire mousson

3.4.2 Mousson d’Afrique de l’Ouest : onde d’est africaine Analyse d’une onde d’est : lignes de flux et vent à 850 hPa (circulation de flux fermée) ou à 700 hPa (circulation en forme de sinusoïde). TA en coupe verticale TP à 315 K (700 hPa) En haute tropo, le signal de l’onde (sous forme de vent) disparaît 11°N ANASYG tropical : Thalweg d’ondes d’est 11°N Ligne de flux et vent. T pour Thalweg et R pour Dorsale. Source : Reed, 1977

3.4.2 Mousson d’Afrique de l’Ouest : onde d’est africaine Structure composite : - pluie, nuages sur la face ouest du thalweg - divergence à 200 hPa et convergence à 850 hPa sur la face ouest du thalweg 11°N Analyse composite des ondes d’est (en coupe x-y). T pour Thalweg et R pour Dorsale. Source : Reed, 1977 T= Thalweg R= Dorsale sommaire mousson

3.4.2 Mousson d’Afrique de l’Ouest : onde d’est africaine Lignes de flux et vent à 700 hPa : Lignes de flux et vent à 700 hPa, le 16/09/74 à 12TU : Thalwegs d’ondes d’Est visibles au niveau des brusques rotations de vent 2 ondes d’est sur le flanc sud du JEA Chronologie du déplacement des ondes d’Est sur l’Atlantique facilitée par l’exploitation de diagrammes hovmöller d’images satellites http://www.nhc.noaa.gov/analysis_tools.shtml (rubrique : 5-day Satellite hovmöller Diagrams) L’université d’Albany aux USA a mis au point, à partir des analyses de modèle, un tracé automatique des ondes d’est, du JEA, du PV à 315 K (~700 hPa), des champs de CAPE-CIN, du cisaillement vertical de vent en basses couches etc.. http://www.atmos.albany.edu/student/gareth/plots.html sommaire mousson

3.4.2 Phénomènes pilotant la MAO en juillet/août Source : Thorncroft, 2001 Jet d’Est Africain (JEA) vers 15°N de juillet à sept. ; ff=20 à 30 kt entre 600-700 hPa Occurrence de Couches d’Air Saharienne ou Saharan Air Layer (SAL) entre 1500-6000 m au-dessus du Sahara Dépression thermique ou ‘Heat low’ vers 25°N sur le Sahara Langue d’eaux ‘fraîches’ dans le Golfe de Guinée : chute de 1 à 2°C de TSM à cause de l’accélération des alizés qui renforcent l’upwelling équatorial ZCIT située vers 10-12°N en juillet/août sur l’Afrique de l’O. sommaire mousson

3.4.2 Mousson d’Afrique de l’Ouest variation saisonnière de la ZCIT : pré-onset, onset, retrait Pluies journalières (en mm) : « Onset » Pluies moyennées entre 10°E-10°W Source : Sultan et al., 2003 « retrait » « Pré-onset » -Début mai, la ZCIT migre brusquement de 2°N à 5°N : c’est la phase de pré- mousson appelée ‘pré-onset’ -Fin juin, la ZCIT migre brusquement de 5°N à 10°N : c’est la phase de début de mousson appelée ‘onset’ -Le retrait de la ZCIT vers l’équateur est linéaire entre fin août et octobre : c’est la phase de fin de mousson d’été sommaire mousson

3.4.2 Mousson Afrique O. : l’onset simulé par méso-NH, 2D JOST TEJ JEA harmattan mousson FIT ZCIT Pré-onset : mai et début juin ZCIT : 5°N JEA : 10°N TEJ : équateur JOST : 30°N flux de mousson : 5/10kt Source : Peyrillé, 2004 10°S Eq 10°N 20°N 30°N 40°N 10°S 40°N vent zonal (06/2000). Onset : fin juin 1. Chute de TSM (de 26 à 24°C) et hausse de la pression mer dans le Golfe de Guinée. 2. Parallèlement, Tsurf augmente sur Sahara et la dépression thermique se creuse ⇨ gradients horizontaux de pression et tempé augmentent entre Sahara et Golfe de Guinée. 3. Accélération du flux de mousson (10/20 kt) et hausse du gradient méridien de θ’w 4. ZCIT migre de 5°N à 10°N en qq jours (~ 24 juin). JEA migre vers 15°N, TEJ vers 10°N, JOST vers 40°N. 10°S Eq 10°N 20°N 30°N 40°N TEJ JOST JEA ZCIT FIT mousson d a vent zonal (07/2000) sommaire mousson

3.4.2 Mousson d’Afrique de l’Ouest : modèle conceptuel 2D (vertical/ méridien) Synthèse climatique méridienne le long du méridien de Greenwich pour les mois de juillet-août Source : d’après Fontaine,1989 et Germain, 1968 d a FIT (Front InterTropical) = ligne de discontinuité dans le champ de flux (vent de NE au nord du FIT, vent de SO au sud du FIT) et d’humidité (zone de fort gradient horizontal de θ’w ou de point de rosée au niveau du FIT) . Au niveau de la trace au sol du FIT, on observe souvent de la convection sèche au sein de la couche limite. Le FIT est penché en août et redevient vertical en février. sommaire mousson

3.4.2 Mousson d’Afrique de l’Ouest : ligne de grain (LG) Modèle conceptuel de la ligne de grain. Source : Lafore, 2004. déplacement des lignes de grain en Afrique E W Centaines km large jusqu’à 1000km de long Définition (1) : -Système Convectif de méso-échelle organisé en ligne qui peut atteindre 1000 km de long et des centaines de km de large (l’enclume). -Durée de vie : 12 à 36 h >> vie d’un CB (maxi 1 heure). -Peut générer un tourbillon cyclonique, vers 3 km, après quelques dizaines d’heures de vie et donner naissance plusieurs jours plus tard à une tempête tropicale au milieu de l’Atlantique.

3.4.2 Mousson d’Afrique de l’Ouest : ligne de grain (LG) Modèle conceptuel de la ligne de grain. Source : Lafore, 2004. déplacement des lignes de grain en Afrique E W Centaines km large jusqu’à 1000km de long Définition (2): -Phénomènes violents associés : vent, éclairs, tornade au front de rafale, fortes pluies pendant 10 à 30 minutes -Les quantités de pluies recueillies dans une LG sont faibles dans les régions du Sahel (au maxi. quelques dizaines de mm parce qu’une grande partie est évaporée par la présence d’air très sec en moyenne troposphère) mais les quantités augmentent dans les régions situées au sud du Sahel (jusqu’à 100 mm). Les LG s’observent surtout entre 8°N-18°N.

3.4.2 Mousson d’Afrique de l’Ouest : ligne de grain (LG) Modèle conceptuel de la ligne de grain. Source : Lafore, 2004. déplacement des lignes de grain en Afrique E W Centaines km large a jusqu’à 1000km de long RIJ d Lorsque la LG atteint un stade mature (au bout de qq heures), un jet peut se développer en moyenne tropo. Ce jet se dirige toujours de l'arrière vers l'avant du système : en anglais, il s’appelle 'Rear Inflow Jet' (RIJ). L’origine du RIJ est liée à l’apparition d’un gradient horizontal de pression. La dépression, située à l’avant de la LG vers 3000 m d’altitude, est liée à une bulle d’air chaud crée par condensation. La surpression, située à l’arrière de la LG sous l’enclume, est liée à l’évaporation des pluies qui génère un refroidissement. Le RIJ est un phénomène dangereux pour l’aéronautique (rafale jusqu’à 60 kts). Parfois, le RIJ peut atteindre le sol au niveau de la ligne convective.

3.4.2 Mousson d’Afrique de l’Ouest : ligne de grain (LG) 5 critères favorables pour le développement : L’air chaud et humide en basses couches (SFC-700 hPa) joue le rôle de carburant : fortes θ’w ou θe ou fortes CAPE En cas de forte CAPE, l’intrusion d’air sec en moyenne tropo (~ 600 hPa) organise la convection : l’évaporation donne naissance à de puissants courants subsidents (downdrafts) et à un courant de densité très dynamique en basse troposphère. La provenance géographique de l’air sec est très variable d’une année sur l’autre (Roca, 2005 ) : en 84, il venait du sud (10°N - 200 hPa), en 92 il venait du nord (20-40°N et 300-400hPa). En général, l’air sec provient des moyennes latitudes (40 à 50°N) et subside le long du JOST en suivant l’isentrope 325-330K. En cas de faible CAPE (plaine, océan, forte convection la veille etc.), une intrusion d’air sec en moyenne troposphère peut stopper la convection pendant plusieurs jours (CIN trop forte). 3. Un fort cisaillement vertical de vent en basses couches (>10 m/s entre SFC-3km) augmente la durée de vie et l’intensité de la LG car il retarde le développement de la partie stratiforme ; il existe donc des LG sans cisaillement mais elles vivent moins longtemps. NB : seule la composante du cisaillement perpendiculaire à l’orientation de la ligne de grain est efficace sommaire mousson

3.4.2 Mousson d’Afrique de l’Ouest : ligne de grain (LG) 5 critères favorables pour le développement (suite..) : 4. Conditions de surface favorables : -plus souvent observées sur terre que sur mer -naissent plus souvent en montagne qu’en plaine 5. Conditions synoptiques favorables : sur la face ouest d’un thalweg d’onde d’Est - activité de la LG renforcée (zone de convergence de basses couches) - la LG se déplace plus rapidement que l’onde d’est sommaire mousson

3.4.2 Mousson d’Afrique de l’Ouest : simulation numérique d’une LG Impact du cisaillement vertical sur l’intensité Simulation d’une ligne de grain : boucle de simulation entre 2h00 et 3h40 déplacement de la ligne de grain Weak shear Faible cisaillement vertical Coupe verticale-horizontale. Réflectivité (faible en bleu ; forte en rouge), vecteurs vents et limite du nuage (trait vert). Source : COMET® Strong shear Fort cisaillement vertical déplacement de la ligne de grain sommaire mousson

3.4.2 Mousson d’Afrique de l’Ouest : simulation numérique d’une LG Impact du cisaillement vertical sur l’intensité Simulation numérique entre 1h00 et 6h00 sans Coriolis avec un faible cisaillement vertical avec un fort cisaillement vertical déplacement de la ligne de grain Vue horizontale en 2D Réflectivité (faible en bleu ; forte en rouge), Vecteurs vents en trait blanc. Source : COMET® déplacement de la ligne de grain déplacement de la ligne de grain sommaire mousson

3.4.2 Mousson d’Afrique de l’Ouest : simulation numérique d’une LG Impact de Coriolis sur la forme de la LG simulation entre 1h00 et 6h00 avec fort cisaillement vertical de vent Avec la force de Coriolis Sans la force de Coriolis Vue horizontale en 2D . Réflectivité (faible en bleu, forte en rouge), vecteurs vent en trait blanc. Source : COMET® déplacement de la ligne de grain déplacement de la ligne de grain - La force de Coriolis renforce le vortex cyclonique (situé au sud de la LG si elle déplace vers l’E. et au nord si elle se déplace vers l’O.) au bout de quelques heures. Ce vortex peut donner naissance plusieurs jours plus tard à une tempête tropicale au milieu de l’Atlantique sommaire mousson

3.4.2 Mousson d’Afrique de l’Ouest : Ligne de grain Plus d’informations sur les lignes de grain (des grandes plaines nord-américaines) sur notre site de webrp (cours de physique des nuages) http://webrp.enm.meteo.fr/cms/view/12/content/phynu/dyn_nuages sommaire mousson

3.4.2 MAO : Classification des MCSs africains 9h 3.4.2 MAO : Classification des MCSs africains Contribution C1 Plateau de Jos Monts Cameroun Reliefs Guinéens C3 C1: diurnal slow-moving C2: diurnal fast-moving C3: long-lived slow-moving C4: long-lived fast-moving Source : Piriou et Lafore, 2005 -10m/s Ctot C4 C2

3.4.2 MAO : Classification des MCSs africains C1: diurnal slow-moving C2: diurnal fast-moving C3: long-lived slow-moving C4: long-lived fast-moving 3.4.2 MAO : Classification des MCSs africains Les MCSs lents C1+C3 (<10m/s) sont plutôt observés sur océans, le long des côtes et sur les régions montagneuses Source : Piriou et Lafore, 2005 C1 + C3 C2 + C4 Les MCSs rapides C2+C4 (>10 m/s) sont plutôt observés sur le Sahel (10-15°N) sommaire mousson

3.4.2 Mousson d’Afrique de l’Ouest WASA- WASF (West African Synthetic Analysis /Forecast) WASA du 06/08/06 06TU

3.4.2 Mousson d’Afrique de l’Ouest Symboles utilisés pour les WASA- WASF Lien vers la méthode détaillée de prévision pendant la SOP 2006

3.4.2 Mousson d’Afrique de l’Ouest image infrarouge + vent le 06/08/2006 à 06 TU Bleu : vent entre 400-600 hPa Jaune : vent entre 600-800 hPa Vert : vent entre 800-950 hPa

3.4.2 Mousson d’Afrique de l’Ouest : Un projet international : AMMA Canal vapeur d’eau, Météosat, 17/06/97 Pourquoi un projet international Multidisciplinaires sur l’Afrique de l’Ouest (AMMA) ? Pour améliorer nos connaissances et notre compréhension de la mousson de l’Afrique de l’Ouest et de sa variabilité aussi bien à méso-échelle (MCS symbolisé par ) qu’aux échelles interannuelles (ZCIT symbolisée par ) http://amma.mediasfrance.org/france/ sommaire mousson

3.4.2 Mousson d’Afrique de l’O :Un projet international : AMMA Pour améliorer nos connaissances sur les connections entre mousson asiatique et mousson africaine SH pour flux de chaleur sensible, LH pour flux de chaleur latente, Rad pour rayonnement, EVAP pour évaporation. Les + et – représentent le signe des processus et leur intensité Source : Webster et al., 98 Chap.4 : ondes sommaire mousson

Source : Pytharoulis et Thorncroft, 99 3.4.2 Mousson d’Afrique de l’Ouest : Modèle conceptuel de l’instabilité barotrope Source : Pytharoulis et Thorncroft, 99 instabilité barotrope TA ~0 Max TA Min TA >0 + Equateur 1. Critère d’instabilité barotrope pour initier une onde : Une zone potentielle d’instabilité barotrope correspond à un changement de signe du gradient méridien du tourbillon absolu (ou de tourbillon potentiel) sur la surface 315K qui se situe sur l’Afrique de L’Ouest vers 700 hPa. En surface, le gradient méridien de température est dirigé vers le pôle.

Source : Pytharoulis et Thorncroft, 99 3.4.2 Mousson d’Afrique de l’Ouest : Modèle conceptuel de l’instabilité barotrope Source : Pytharoulis et Thorncroft, 99 instabilité barotrope TA ~0 JEA Max TA Min TA >0 + Equateur 1. Critère d’instabilité barotrope pour initier une onde : 2. Condition nécessaire à la croissance de l’onde : - jet situé à proximité de la zone d’instabilité barotrope - l’atmosphère est capable d’extraire l’énergie de ce jet (Ec moyenne) au profit de la croissance de l’onde (Ec tourbillonaire) à condition que l’inclinaison horizontale du thalweg de l’onde soit opposé au vecteur cisaillement horizontal de vent. En Afrique de l’O., au sud du JEA (12°N), toutes ces conditions sont réunies pour initier des ondes d’Est retour

Bibliographie mousson africaine (1/2) Carlson, T. N., Lee, J. D., 1978 : Tropical Meteorology. Pennsylvania State University, Independent Study by Correspondence, University Park, Pennsylvania, 387 p. COMET : ‘The source of this material is the Cooperative Program for Operational Meteorology, Education, and Training (COMET®) website at http://meted.ucar.edu/ of the University Corporation for Atmospheric Research (UCAR) pursuant to a Cooperative Agreement with National Oceanic and Atmospheric Administration. ©1997-2005 University Corporation for Atmospheric Research. All Rights Reserved’. - Fontaine, B., 1989 : Les moussons pluvieuses dans l’espace africano-asiatique : Afrique Occidentale et Inde. Thèse d’Etat, Univ. Dijon, France, 2 vol., 687 p. Germain, H., 1968 : ‘Météorologie dynamique et climatologie; application au régime des pluies au Sénégal’ ASECNA, Direction de l’Exploitation Météorologique, Dakar, Senegal, 15 p. - Lafore, J. Ph., 2004 : Orages en Fanfare. Atmosphérique n°21, disponible sur http://intramet.meteo.fr, rubrique institutionnel /publication. Illustration de F. Poulain. Peyrille, P. et al., 2004 : ‘An idealized approach of the West African Monsoon’. AMS Conference on Hurricanes and Tropical Meteorology. Vol.26,[np], Piriou C., J P. Lafore, Tomasini M. : Climatologie des MCS sur l’Afrique de l’Ouest. Note technique CNRM en cours. Pytharoulis, L., Thorncroft, C., 1999 : “The low-level structure of African easterly waves in 1995”. Month. Wea. Rev., Boston, MA. Vol.127, n°10, p.2266-2280.

Bibliographie mousson africaine (2/2) Roca, R., Lafore, J.-P., Piriou, C. et Redelsperger, J.-L., 2005 : ‘Extratropical dry air intrusion into the west African monsoon mid-troposphere : an important factor for the convective activity over Sahel’. J. Atmos. Sci., vol.62, n°2, p.390-407 - Reed, R.J., D. C. Norquist et E. E. Recker, 1977 : The structure and properties of African wave disturbances as observed during phase III og GATE. Monthly Weather Review, 105, p.317-333. - Sultan, B., S. Janicot, Diedhiou, A. , 2003: The West African Monsoon Dynamics. Part I: ‘Documentation of Intraseasonal variability’. Journal of Climate, Vol.16, n°21, p.3389-3406 - Sultan, B. and S. Janicot, 2003: The West African Monsoon Dynamics. Part II: ‘ The ‘Preonset’ and ‘Onset’ of the Summer Monsoon’. Journal of Climate, Vol.16, n°21, p.3407-3427 - Thorncroft et al., 2001 : ‘The JET2000 experiment : large-scale overview of the 2001 season’. Proceedings on the 25th AMS Conference on Hurricanes and Tropical Meteorology. [np]. AMS Conference on Hurricanes and Tropical Meteorology , Vol.25 - Webster et al., 1998 : ‘Monsoons : processes, predictability, and the prospects for prediction’, Journal of Geophysical Research, Washington, DC. Vol. 103, n°C7 (TOGA, special issue), June 29, p. 14451-14510