5.6 Cyclone tropical Introduction et définition

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1 5.6 Cyclone tropical 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

2 5.6.2 Structure du cyclone tropical
Source : Cyclone Edwina, le 28/01/93 à 0146 UTC; Satellite NOAA 10 Images satellites archivées (2004 et 2005) Enroulement nuageux, de type convection profonde, quasi-circulaire, pouvant atteindre 1000 km de diamètre, accompagné en général d’un œil au centre, sans système frontal, se formant essentiellement dans l’hémisphère d’été Dépression à cœur chaud ⇨ décroissance des vents avec l’altitude (vent thermique anticyclonique) ⇨ les vents les + violents se situent vers 1km et non en haute tropo. Fluide équilibré (faible rayon de Rossby, ~ 20 km) -équilibre cyclostrophique < 40 km -équilibre du vent du gradient > 40 km sommaire cyclone

3 5.6.2 Structure du cyclone tropical Circulation en basse troposphère
Vr < 0 Source : D’après Stormfury, 1970 Hémisphère nord Circulation en basse troposphère : Le flux tourne en spirale tout en se rapprochant du centre : - un flux tangentiel cyclonique : > 0 - un flux radial convergent = ‘inflow’ : < 0) sommaire cyclone

4 5.6.2 Structure du cyclone tropical Bandes spiralées
Vr < 0 Source : D’après Stormfury, 1970 Hémisphère nord La convection profonde s’organise en longues bandes étroites de 5 à 50 km de large, appelées ‘bandes spiralées’ (bien visibles au radar) sommaire cyclone

5 5.6.2 Structure du cyclone tropical : Bandes spiralées
en haut ) du cyclone Alicia (18/08/83) en bas) du cyclone Frederic (13/09/79) Bandes spiralées Source : d’après Burpee et Marks, 1984 Source : d’après Burpee et Marks, 1984 sommaire cyclone

6 5.6.2 Structure du cyclone tropical Bandes spiralées
Source : Cyclone Edwina, le 28/01/93 à 0146 UTC; Satellite NOAA 10 ‘bandes spiralées’ sommaire cyclone sommaire cyclone

7 5.6.2 Structure du cyclone tropical Mur de l’oeil
Vr < 0 Source : D’après Stormfury, 1970 Hémisphère nord A une certaine distance du centre (10 à 40 km), l’air est subitement rejeté vers le haut en un anneau de convection intense = formation du mur de l’œil sommaire cyclone

8 5.6.2 Structure du cyclone tropical : mur de l’oeil
C’est dans le mur de l’oeil que la violence du cyclone est maximale : -mur de Cb avec des sommets vers km et des pluies torrentielles -vents horizontaux et verticaux les plus violents : centre du cyclone : coupe radiale et verticale Source : Cyclone Edwina, le 28/01/93 à 0146 UTC; Satellite NOAA 10 sommaire cyclone

9 5.6.2 Structure du cyclone tropical : mur de l’oeil
Source : d’après Jorgensen, 1984 Phénomènes diabatiques au sein du mur : relâchement de chaleur latente (Lf) très important ~ +62°/heure Mais le réchauffement réellement observé dans le mur est peu important car Lf est compensé par les fortes ascendances Le flux convergent de basses couches permet de concentrer dans une petite zone le réchauffement crée par Lf ⇨ favorise la baisse de pression dans le mur de l’oeil sommaire cyclone

10 5.6.2 Structure du cyclone tropical : mur de l’oeil
Source : d’après Jorgensen, 1984 Taille horizontale du mur de l’oeil ~ 10 à 40 km Le mur de l’œil est incliné vers l’extérieur avec l’altitude : -la zone de vent les + forts est située en basse tropo et s’incline vers l’extérieur avec l’altitude -la zone d’ascendances maximale (-7 à –9 m/s) s’incline vers l’extérieur avec l’altitude -les précipitations tombent à l’extérieur du cône penché sommaire cyclone

11 5.6.2 Structure du cyclone tropical
Mur de l’oeil Vr < 0 D Source : D’après Stormfury, 1970 Hémisphère nord Force du vent, pluie, humidité augmentent quand on se rapproche du mur de l’oeil sommaire cyclone

12 5.6.2 Structure du cyclone tropical
Vent horizontal (m/s) dans le cyclone Alicia Source : les vents ont été enregistrés au bord d’un avion de la NOAA volant à 1500 m le 18 août 1983 à 0100GMT (données non publiées). Pour plus d’informations sur le cyclone Alicia, voir l’article de Burpee et Marks, 1984. sommaire cyclone

13 5.6.2 Structure du cyclone tropical Circulation en haute troposphère
Vr < 0 D Source : D’après Stormfury, 1970 Hémisphère nord Circulation en haute troposphère ⒈une partie du flux est évacuée vers l’extérieur du mur tout en spiralant avec : - un flux tangentiel anticyclonique : < 0 - un flux radial divergent = ‘outflow’ : > 0 sommaire cyclone

14 5.6.2 Structure du cyclone tropical : un fluide balancé
5.6.2 Structure du cyclone tropical : flux divergent en haute tropo. (outflow) Source : image issue du satellite à défilement NOAA 10 sommaire cyclone sommaire cyclone

15 5.6.2 Structure du cyclone tropical Circulation en haute troposphère
Vr < 0 D Source : D’après Stormfury, 1970 Hémisphère nord Circulation en haute troposphère ⒈une partie du flux est évacuée vers l’extérieur du mur tout en spiralant avec : - un flux tangentiel anticyclonique : < 0 - un flux radial divergent = ‘outflow’ : > 0 ⒉l’autre partie du flux subside à l’intérieur du mur et forme ainsi l’œil du cyclone sommaire cyclone

16 5.6.2 Structure du cyclone tropical : œil du cyclone
Source : image issue du satellite à défilement NOAA10 du 28/01/93 à 0146TU. Cyclone Edwina sur l’Océan Indien Œil du cyclone sommaire cyclone sommaire cyclone

17 5.6.2 Structure du cyclone tropical : œil du cyclone
Source : d’après Jorgensen, 1984 Diamètre de l’oeil ~ 30 à 60 km (mini. 8 km , max. 200 km) Forte subsidence (~ + 3 m/s) dans l’œil, surtout en se rapprochant de la face interne du mur de l’œil et entre le sommet de la couche limite et la haute troposphère - Hausse adiabatique de la température par compression : + chaud que l’environnement (10°C à 12km, 0 à 2°C en surface) sommaire cyclone

18 5.6.2 Structure du cyclone tropical : œil du cyclone
Source : d’après Jorgensen, 1984 D Temps associé : -en surface, pression minimale du cyclone -pas de pluie et vents faibles -nébulosité variable : ciel clair avec cirrus, mais parfois ciel couvert par nuages bas (Sc/St) lorsque les basses couches sont + humides avec une inversion thermique au-dessus Forme de l’œil : circulaire ou elliptique : pas de relation ou très faible corrélation établie entre la taille de l’œil et l’intensité du cyclone Vitesse de déplacement ~ 20 à 30 km/h vers l’O-NO dans l’hémisphère nord, l’O-SO dans l’hémisphère sud (sauf Pacifique) sommaire cyclone

19 5.6.2 Structure du cyclone tropical : œil du cyclone vue au radar
Œil circulaire Source : d’après Burpee et Marks, 1984 Œil elliptique Source : d’après Burpee et Marks, 1984 chap : théorie sommaire cyclone

20 5.6.2 Structure du cyclone tropical
Vent radial Vent tangentiel circulation anticyclonique Divergence en haute tropo Convergence en basse tropo Circulation cyclonique en forme de cloche Source : d’après Gray, 1979 Retour description cyclone

21 5.6.2 Structure du cyclone tropical : un fluide balancé
Dans un cyclone, les équations sont écrites dans un repère relatif au centre du cyclone (hypothèse du flux axisymétrique) dans un système de coordonnées cylindriques (r, λ ,z) Dans un fluide en rotation, le vent peut se décomposer en parties tangentielle et radiale : r λ z : composante tangentielle du vent : composante radiale du vent Équation du mouvement radial (au-dessus couche limite) Accélération radiale nulle Force centrifuge Force de Coriolis Force de Pression Extérieur au mur (R>40 km) = équilibre du vent du gradient A l’intérieur du mur (R<40 km) = équilibre cyclostrophique Retour description cyclone

22 5.6.2 Structure du cyclone tropical : un fluide balancé
z Hémisphère Nord Extérieur au mur (R>40 km) = équilibre du vent du gradient r Force de Pression λ Force de Coriolis Force Centrifuge

23 5.6.2 Structure du cyclone tropical : un fluide balancé
z Hémisphère Nord A l’intérieur de l’œil (R<40 km) = équilibre cyclostrophique r Force de Pression λ Force Centrifuge

24 5.6.2 Structure thermique du cyclone : cœur chaud
+15° à 250 hPa Coupe verticale-horizontale des anomalies de température dans le cyclone Inez du 28/09/66. Source : d’après Hawkins et Imbembo, 1976. +3° en surface retour : mur retour : oeil

25 Bibliographie chap 5.6.2 Burpee, R. W., and F. D. Marks, Jr., 1984 : Analyses of digital radar data obtained from coastal radars during Hurricanes David (1979), Frederic (1979), and Alicia (1983). Preprints, 10th Conference on Weather Forecasting and Analysis, Clearwater beach, Fla., American Meteorological Society, Boston, 7-14 Gray, W. M., 1979 : ‘Hurricanes, their formation, structure , and likely role in the tropical circulation’. Pp in : Shaw, O. B., ed., Meteorology over the tropical oceans, Conference, August 1978, Royal Meteorological Society, Bracknell, 278 pp. Hawkins, H. F. and S.M. Imbembo, 1976 : ‘The structure of a small intense hurricane-Inez 1966’.. Mon. Wea. Rev., Vol.104, pp Jorgensen David P., 1984 : ‘Mesoscale ans convective-scale characterictics of mature hurricane , Pt.2, Inner core structure of hurricane ‘Allen’ (1980)’. J. of Atm. Sci., vol. 41, n°8, pp Merrill, R. T., 1993 : ‘Tropical Cyclone Structure’ –Chapter 2, Global Guide to Tropical Cyclone Forecasting, WMO/Tropical Cyclone- N°560, Report N° TCP-31, World Meteorological Organization; Geneva, Switzerland STORMFURY, 1970 : Projet international sur les cyclones tropicaux. NOAA Technical Memorandum ERL NHRL N° 95, 57 pages : Experiments which provide theorical guidance for project STORMFURY are summarized.