Support de cours réalisé en 2005 par Florent Beucher, ENM/EGM bureau : C153 : 05-61-07-94-30 Objectifs.

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1 support de cours réalisé en 2005 par Florent Beucher, ENM/EGM bureau : C153 : 05-61-07-94-30 florent.beucher@meteo.fr florent.beucher@meteo.fr Objectifs : le but de ce cours est de donner une connaissance essentiellement descriptive de létat moyen et de la variabilité de latmosphère tropicale pour un volume horaire de 15- 20 h. sommaire général Météorologie Tropicale Retrouvez lintégralité de ces cours en ligne sur le site de ressources pédagogiques de Météo-France (accessible en interne seulement mais pas besoin de login ni de mot de passe) http://webrp.enm.meteo.fr/cms/view/12/content et téléchargeable sur ftp://anonymous@ftp.enm.meteo.fr/http://webrp.enm.meteo.fr/cms/view/12/contentftp://anonymous@ftp.enm.meteo.fr/

2 Introduction et définition de latmosphère tropicale 1. Les différentes échelles de latmosphère 2. Sources dénergie nécessaires à la formation des ondes équatoriales et des perturbations tropicales 3. Climats tropicaux déchelle régionale 3.1 Climatologie de latmosphère tropicale 3.2 Circulations océaniques 3.3 Zone de Convergence Intertropicale (ZCIT) 3.4 Circulations de mousson et jets associés 4. Ondes équatoriales piégées et oscillations déchelle planétaire 4.1 Ondes équatoriales piégées 4.2 Les oscillations déchelle planétaire (MJO, QBO) 4.3 Pertinence des ondes tropicales déchelle synoptique à intrasaisonnière en prévision 5. Modèles conceptuels de perturbations tropicales déchelle synoptique de lhémisphère dété 5.1 Ondes dest (Caraïbes, Pacifique) 5.2 Thalweg Tropicaux de Haute Troposphère (TUTT) 5.3 Dépression de mousson 5.4 Vortex de moyenne troposphère 5.5 Dépression tropicale 5.6 Cyclone tropical 6. Interactions entre tropiques et moyennes latitudes 6.1 Front froid ou pseudo-front froid 6.2 Dépression subtropicale dhiver ou cyclone de moyenne troposphère dhiver 6.3 Alizés dhiver perturbés 6.4 Lignes de cisaillement 6.5 Cold surge 6.6 Tempêtes de sable 6.7 Les téléconnexions 7 El Niño Sommaire

3 S.Hastenrath : Climate and circulations of the tropics, 1985, Kluwer Academic Publishers, 455 p. G.C Asnani : Tropical Meterology (Vol.1 et vol.2), 1982 Adrian E. Gill : Atmosphere-Ocean Dynamics (chap.11), 1982, Academic Press, Inc. Ding Yihui : Monsoons over China, 1994, Kluwer Academic Publishers, 419 pp. Herbert Riehl : Climate and Weather in the tropics, 1979, Academic Press, 611p. Robert A. Houze : Clouds dynamics, 1993, Academic Press, 573 p. Malardel S. : Fondamentaux de Météorologie : à lécole du temps, Ed. Cepaduès, 2005 En français : OMM n° 305 : guide du systeme mondial du trait. des données,chap.5, 1993 Manuel de météo tropicale en ligne http://intra.cnrm.meteo.fr/moana/ dans la rubrique cours et manuel. Le manuel est imprimé au printemps 2010 (2 tomes)http://intra.cnrm.meteo.fr/moana/ De nombreux articles du JAS, MWR etc. sommaire général Bibliographie du cours

4 Base de données climatologiques : Ré-Analyse CEP (ERA) et de la NOAA (NCEP) - http://www.cdc.noaa.gov/cgi-bin/db_search/SearchMenus.pl http://www.cdc.noaa.gov/cgi-bin/db_search/SearchMenus.pl - http://www.cdc.noaa.gov/cgi-bin/DataMenus.pl?stat=mon.ltm&dataset=NCEPhttp://www.cdc.noaa.gov/cgi-bin/DataMenus.pl?stat=mon.ltm&dataset=NCEP De nombreux documents (manuel de météo tropicale) sur la météorologie tropicale sont disponibles sur le site de lex-UFR : http://intra-ufr/pages/ufr/ressources/ressour_ens/ressour_ens_index.htm Le site américain de cours à distance http://www.meted.ucar.eduhttp://www.meted.ucar.edu (senregistrer avec son email prenom.nom@meteo.fr et comme International Administration) et aller sous Topicsprenom.nom@meteo.fr Les modules tropicaux sont : climates (El Nino), Hurricanes/tropical, Convective weather Lien direct sur le manuel de météo tropical américain en cours de rédaction http://www.meted.ucar.edu http://www.meted.ucar.edu ; puis taper dans leur moteur de recherche « tropical textbook » sommaire général Bibliographie du cours : les sites internet

5 équateur A A centre de la dorsale = 30°N centre de la dorsale = 30°S Localisation de latmosphère tropicale en moyenne annuelle et/ou aux équinoxes : sommaire général Définition : les tropiques sont situés entre les deux ceintures des anticyclones subtropicaux de surface (30°N-30°S), ce qui représente environ 50% de la superficie du globe. Météorologie tropicale : une définition

6 équateur A A centre de la dorsale = 25°N centre de la dorsale = 35°S sommaire général déplacement vers le sud de latmosphère tropicale entre aôut et février Localisation de latmosphère tropicale en février : Tout comme les ceintures des anticyclones subtropicaux, latmosphère dite tropicale se déplace avec les saisons Météorologie tropicale : une définition

7 Latmosphère purement tropicale présente généralement des vents dest sur lensemble de la troposphère avec de faibles cisaillements verticaux de vents (atmosphère quasi-barotrope) équateur A A centre de la dorsale = 35°N centre de la dorsale = 25°S sommaire général Vérifions-le sur un radiosondage effectué dans lhémisphère dété (HN, en août) : Localisation de latmosphère tropicale en août Météorologie tropicale : une définition

8 A Latmosphère tropicale présente un faible cisaillement vertical de vent (atmosphère quasi-barotrope) : - alizés en basses couches (5 à 10kt) - vent dest en moyenne tropo (10kt) - vent dest en haute tropo (20 kt) Ce radiosondage est représentatif de latmosphère tropicale : - en août entre 30°N-10°S, - en février entre 10°N-15°S sommaire général Radiosondage Analyse ARP1.5 Source : Météo-France Météorologie tropicale une définition

9 équateur A A centre de la dorsale = 25°N centre de la dorsale = 35°S sommaire général Vérifions-le sur un radiosondage effectué dans lhémisphère dhiver (HN en février), aux confins des tropiques : Localisation de latmosphère tropicale en février En hiver, aux confins des tropiques, latmosphère nest plus purement tropicale et présente des cisaillements verticaux de vents parfois conséquents (atmosphère barocline) Météorologie tropicale : une définition

10 Aux confins de latmosphère tropicale, la baroclinie et le cisaillement vertical de vent augmentent : - alizés en basses couches (5 à 10kt) - faible vent dO. en moyenne tropo (10kt) - fort vent dO. en haute tropo (60 kt) lié au jet douest subtropical. Ainsi, en hiver, sous les DOM-TOM, létat moyen de latmosphère tropicale présente des similitudes avec latmosphère des moyennes latitudes. Les concepts dAnasyg-presyg seraient en partie adaptables (en cours détude) ? Ce radiosondage est représentatif de latmosphère tropicale : -en fév. au nord 15°N et au sud de 25°S, -en août au nord de 35°N et au sud de 15°S sommaire général Météorologie tropicale une définition

11 Les 5 principales caractéristiques de latmosphère tropicale : Les trois premières sont liées au forçage radiatif : sommaire général 1. - Entre 30°N/30°S, bilan radiatif excédentaire au sommet de latmosphère - En dehors des tropiques, bilan radiatif déficitaire au sommet de latmosphère : fort déséquilibre radiatif méridien entre léquateur et les pôles génère une circulation atmosphérique entre 30°N/30°S appelée cellule de Hadley génère des circulations océaniques déchelle planétaire dirigées vers les pôles (Gulf Stream, Kuroshio etc..) Météorologie tropicale : principales caractéristiques

12 Entre 30°S/30°N, le bilan radiatif est positif au sommet de latmosphère (# 60 W/m 2 à léquateur) et négatif ailleurs génère une circula- tion atmosphérique méridienne déchelle planétaire appelée cellule de Hadley et deux JOST de même intensité vers 30° de lat. + 60 W/m 2 Circulation liée à la cellule de Hadley de lhémisphère sud km Circulation liée à la cellule de Hadley de lhémisphère nord -100 W/m 2 °N°N°S divergence convergence JOS T = Jet dOuest SubTropical Modèle 2D méridien ; Source : Météo-France Déséquilibre radiatif méridien : cellule de Hadley en moyenne annuelle (simulation numérique)

13 ZCIT située à léquateur Modèle 2D méridien ; Source : Météo-France Variabilité saisonnière de Hadley : cellule de Hadley en mars (équinoxe de printemps)

14 ZCIT située à 1°N Variabilité saisonnière de Hadley: cellule de Hadley de mars à juillet Modèle 2D méridien ; Source : Météo-France

15 ZCIT située à 2°N Variabilité saisonnière de Hadley: cellule de Hadley de mars à juillet Modèle 2D méridien ; Source : Météo-France

16 ZCIT située à 3°N Variabilité saisonnière de Hadley: cellule de Hadley de mars à juillet Modèle 2D méridien ; Source : Météo-France

17 ZCIT située à 4°N Variabilité saisonnière de Hadley: cellule de Hadley de mars à juillet Modèle 2D méridien ; Source : Météo-France

18 ZCIT située à 5°N Variabilité saisonnière de Hadley: cellule de Hadley de mars à juillet Modèle 2D méridien ; Source : Météo-France

19 ZCIT située à 6°N Variabilité saisonnière de Hadley: cellule de Hadley de mars à juillet Modèle 2D méridien ; Source : Météo-France

20 ZCIT située à 7°N Variabilité saisonnière de Hadley: cellule de Hadley de mars à juillet Modèle 2D méridien ; Source : Météo-France

21 ZCIT située à 8°N Variabilité saisonnière de Hadley: cellule de Hadley de mars à juillet Modèle 2D méridien ; Source : Météo-France

22 ZCIT située à 9°N Variabilité saisonnière de Hadley: cellule de Hadley de mars à juillet Modèle 2D méridien ; Source : Météo-France

23 ZCIT située à 10°N Variabilité saisonnière de Hadley: cellule de Hadley de mars à juillet Modèle 2D méridien ; Source : Météo-France

24 ZCIT située à 11°N Variabilité saisonnière de Hadley: cellule de Hadley de mars à juillet Modèle 2D méridien ; Source : Météo-France

25 ZCIT située à 12°N Variabilité saisonnière de Hadley: cellule de Hadley de mars à juillet Modèle 2D méridien ; Source : Météo-France

26 Circulation liée à la cellule de Hadley de lhémisphère dété Circulation liée à la cellule de Hadley de lhémisphère dhiver, 10 fois plus développée quen été + 100 W/m 2 - 180 W/m 2 - 80 W/m 2 °N°N °S ZCIT 12°N retour au début animation Le JOST dans lhémisphère dhiver est beaucoup plus développé que dans lhémisphère dété JOST Variabilité saisonnière de Hadley: cellule de Hadley en juillet Modèle 2D méridien ; Source : Météo-France

27 sommaire général 2. Dans les régions proches de léquateur, la surface reçoit beaucoup plus dénergie (+140 W/m 2 ) que le sommet de latmosphère (+60 W/m 2 ) génère un fort déséquilibre énergétique vertical. Mais la redistribution de cet excédent dénergie en surface seffectue différemment si lon est en présence docéan ou de continent : sur océan, lexcédent dénergie en surface est en grande partie redistribué vers les pôles par les grandes gyres océaniques de type Gulf Stream au-dessus des continents, lexcédent dénergie en surface ne peut être ni emmagasiné (faible capacité calorifique par rapport aux océans), ni transporté. Alors, cet excédent dénergie est redistribué vers les hautes couches de latmosphère via les mouvements verticaux et la convection profonde associée = correspond à la fois aux branches ascendantes des cellules de Walker et de Hadley 1. Entre léquateur et les pôles : fort déséquilibre énérgétique méridien au sommet de latmosphère Hadley et courants océaniques Les 5 principales caractéristiques de latmosphère tropicale (suite..): Les trois premières sont liées au forçage radiatif : Météorologie tropicale : principales caractéristiques

28 La convection au niveau des continents correspond à la fois aux branches ascendantes des cellules de Walker et de Hadley circulation zonale circulation méridienne La cellule de Walker correspond, en moyenne annuelle, à une circulation zonale située le long de léquateur : cette circulation est située dans un plan perpendiculaire à la circulation méridienne de Hadley Source : Météo-France, Florent Beucher Déséquilibre radiatif vertical : Mouvements verticaux océan Continent

29 Le long de léquateur, il existe 4 principales cellules de Walker : - chaque branche ascendante forme un pôle de convection profonde. Les 3 pôles majeurs de convection sont situés sur continents : lAfrique, lIndonésie (appelé continent maritime) et lAmérique Centrale. - chaque branche descendante génère de la subsidence de grande échelle, en particulier sur le Pacifique Est, lAtlantique Est et dans une moindre mesure lOcéan Indien Ouest Circulation de Walker dans un plan équatorial- vertical. Source : Newell, 1979 z équateur Cellule de Walker : modèle conceptuel

30 2. Dans les régions proches de léquateur : fort déséquilibre énergétique vertical > ascendances Les 5 principales caractéristiques de latmosphère tropicale (suite…) : Les trois premières sont liées au forçage radiatif : 3. Cycle diurne 10 fois supérieure au cycle annuel > le cycle diurne est très important sous les tropiques, doù limportance de la convection tropicale sommaire général 1. Entre léquateur et les pôles : fort déséquilibre énérgétique méridien au sommet de latmosphère Hadley et courants océaniques Météorologie tropicale : principales caractéristiques

31 Les 5 principales caractéristiques de latmosphère tropicale (suite et fin): 1.Le flux est essentiellement divergent sous les tropiques, i.e. que la partie rotationnelle du flux est non significative, sauf dans deux cas : - à échelle planétaire : par exemple les ondes équatoriales déchelle planétaire sont équilibrées géostrophiquement - cas des cyclones (balance cyclostrophique) 1.Le gradient horizontal de géopotentiel et de température est en ordre de grandeur 10 fois plus faible sous les tropiques quaux moyennes latitudes > latmosphère tropicale est quasi-barotrope sommaire général Les deux dernières caractéristiques sont liées à la faible valeur du paramètre de Coriolis f sous les tropiques (10 -5 s -1 à 10° de latitude) : Météorologie tropicale : principales caractéristiques chap1. différentes échelles

32 Bibliographie - Newell, R. E., 1979 : Climate and the Ocean. Amer. Sci., 67, pp. 405-416