La prévision utilisant l’information « précipitations »

L’expérience se focalise ici sur des signaux d’échelle spatiale inférieure (voir Figure 47), à l’aide des données pentadaires brutes CMAP sur le domaine 5°S-20°N. Trois indices (sahélien, soudanien et guinéen), calculés sur des bandes latitudinales adjacentes de 5° d’extension méridienne (en accord avec les zones AMMA), ont été sélectionnés sur le continent. Deux indices ont également été choisis sur l’océan (voir Figure 53), pour décrire le golfe de Guinée dans sa totalité (indice noté GoG) et la partie nord du golfe (indice noté NGoG). Ainsi, seuls cinq indices de précipitations sont utilisés, mais sont également prises en compte les différences entre indices adjacents afin d’avoir également une information sur les gradients pluviométriques méridiens. Sur la carte de la Figure 53, la zone nord est incluse dans la zone du golfe de Guinée. La différence entre ces deux indices donne, cependant, une indication sur le gradient méridien de précipitation transéquatorial dans le golfe de Guinée, puisque la différence NGoG - GoG représente un gradient tourné vers le nord-est, apte à anticiper l’arrivée du système de mousson sur le continent.

4.4 Prévisibilité des dates de démarrage de la saison des pluies

132

Figure 53 : Définition des prédicteurs sélectionnées dans les expériences de prévisibilité basées

sur les précipitations et les gradients d’ESH et de pression au niveau de la mer et secteurs géographiques concernés.

4.4.2.1 Résultats de la prévision

Le Tableau 12 montre que seules les données de précipitations relatives au domaine océanique sont prises en compte. L’information « continentale » n’est pas retenue parce que le déplacement vers le nord de la bande pluvieuse, condition sine qua non au démarrage de la saison des pluies aux latitudes soudano-sahéliennes, est mieux perceptible et plus précoce dans l’évolution temporelle dans le golfe de Guinée. Les prédicteurs sélectionnés sont les indices de précipitations du golfe de Guinée (GoG) des 28^ème, 30^ème et 32^ème pentades (de mi-mai à début juin), ainsi que le gradient pluviométrique méridien transéquatorial (GoG_MG) de la 33^ème pentade (mi-juin). Les prédicteurs ne sont pas significativement corrélés entre eux (valeurs de -0,15 à +0,27) ni colinéaires : facteur d’inflation de variance de 1,7 largement inférieur au seuil de 5 recommandé par Chatterjee et Price (1977).

Chapitre 4 : Démarrage de la saison des pluies soudano-sahélienne : définition, détection et prévisibilité R² = 75 %*** ^GoG#28 (18 mai) GoG#30 (28 mai) GoG#32 (7 juin) GoG_MG#33 (12 juin) C. Reg. +0.41 -0.40 -0.43 -0.64 C.C. +0.53*** -0.34* -0.44* -0.58***

Tableau 12 : Résultats de l’expérience menée avec les précipitations. La première ligne

correspond aux variables sélectionnées, la deuxième aux coefficients de régression associés à chaque prédicteur, la troisième indique les valeurs des corrélations linéaires simples entre

prédicteurs et dates observées de démarrage de saison des pluies soudano-sahélienne. Les niveaux

de significativité statistique aux seuils de confiance de 99 %, 95 % et 90 % sont notés respectivement ***, ** et *. La significativité statistique des corrélations a été testée en fonction du nombre de degrés de libertés, les autres statistiques par la procédure de Monte Carlo (1 000 simulations).Voir Figure 53 pour les secteurs géographiques sur lesquels ont été établis les différents indices et gradients.

Les lignes 2 et 3 du Tableau 12 fournissent, pour chaque prédicteur sélectionné, le coefficient de régression ainsi que la valeur du coefficient de corrélation linéaire entre cette variable et les dates de démarrage de la saison des pluies. Les valeurs de certains prédicteurs présentent des signes inverses pour certaines pentades. Cela souligne le rôle des tendances temporelles des précipitations sur une même zone (GoG.#28 = +0,53 tandis que GoG.#30 = -0,34). Par exemple, une date de démarrage tardive est significativement associée à une décroissance des précipitations autour de l’équateur (corrélation positive à la pentade 28, 18 mai), et négative dès la pentade 30 et ce jusqu’à la 32^ème (i.e. 7 juin). Plus précisément, une date tardive est précédée par des précipitations plus importantes à la mi-mai sur la zone équatoriale du golfe de Guinée (GoG.#28 >0), une décroissance rapide et continue ensuite (GoG.#30 & GoG.#32 <0), puis à un gradient pluviométrique transéquatorial vers le nord anormalement faible (GoG._MG#33 <0), juste avant la mi-juin. D’autres expériences de prévision ont été réalisées avec des données de précipitations. Il faut signaler, à cet égard, que la variance expliquée par l’expérience exposée ci-dessus (R² = 75 %) est largement supérieure à celle obtenue (R² = 45 %) avec des descripteurs pluviométriques issus d’ACP sans rotation sur le domaine s'étendant entre 30°S et 40°N et entre 45°W et 45°E en longitude. Au contraire, quand ces descripteurs sont définis sur un espace géographique plus restreint (0°N-20°N ; 10°W-10°E), les résultats sont réellement améliorés (R² =65 % sans rotation), et encore meilleurs (R² = 75 %) si l’on fait une rotation Varimax des axes qui permet de donner plus de poids aux signaux de plus faible extension spatiale. Ces résultats prouvent qu’il faut porter une attention toute particulière à l’échelle spatiale de définition des prédicteurs. Enfin, il faut noter que la qualité statistique des résultats, et plus encore leur sens physique, chutent fortement quand on rallonge le temps de décalage entre les descripteurs et la variable à expliquer : R² = 56 % quand les descripteurs sont choisis sur la période allant du 25 avril au 25 mai (23^ème pentade à 29^ème).

4.4 Prévisibilité des dates de démarrage de la saison des pluies

134

4.4.2.2 Comparaison entre les dates prédites et observées

La Figure 54 permet de comparer les dates de démarrage de la saison des pluies soudano-sahélienne observées et prédites par l’expérience basée sur les précipitations : les deux séries de données sont très proches l’une de l’autre, à l’exception de l’année 1999 pour laquelle la prévision a dépassé de plus de deux pentades la date observée. Les autres écarts ne dépassent jamais une pentade et demie.

1980 1985 1990 1995 2000 34 36 38 40 42 pentade

Figure 54 : Résultats de la prévision expérimentale (basée sur les précipitations) des dates

de démarrage de la saison des pluies soudano-sahélienne à travers l’utilisation de la régression linéaire multiple en validation croisée. Les barres correspondent aux dates

observées, la courbe rouge indique les dates fournies par le modèle. En ordonnées, la pentade 34

correspond au 17 juin, et la 42^ème au 27 juillet.

Le tableau de contingence (Tableau 13) entre observations (colonnes) et prévisions (lignes) montre la capacité de la régression à prévoir le caractère précoce ou tardif du démarrage. Il apparaît que ces dates sont très bien prédites avec les précipitations. Ainsi, 100 % des dates précoces et tardives sont classées par la prévision dans la catégorie correspondante. Les résultats sont moins bons pour la catégorie intermédiaire, car plus de 26 % des dates ont été classées dans la mauvaise catégorie (20 % en précoce, et 6,7 % en tardive). Cependant, les moyennes et écart-types associées aux différences indiquent de faibles erreurs.

Chapitre 4 : Démarrage de la saison des pluies soudano-sahélienne : définition, détection et prévisibilité Observations Prévisions ^{<#35 [#35 #37] >#37} <#35 ^{100 %} (x=-0,3 ; σ=0,6) 20 % (x=0 ,6 ; σ=0,7) [#35 #37] ^{73,3 %} (x=-0,8 ; σ=0,6) >#37 ^{6,7 %} (x=-0,1 ; σ=0) 100 % (x=0,08 ; σ=1,6)

Tableau 13 : Table de contingence des résultats de l’expérience basée sur les précipitations vs

les dates observées (colonnes) de démarrage et les dates de la prévision (lignes). Les dates ont été réparties dans trois classes : précoce (<35^ème pentade), normale ([35^ème pentade 37^ème pentade]), et tardive (>37^e pentade). La moyenne et l’écart-type de ces différences ont été calculés et sont indiqués pour chaque case. Pour référence sur cette expérience, la moyenne des différences sur les 26 années d’étude est de -0,1, et l’écart-type de 0,9.

4.4.2.3 Que représentent les prédicteurs ?

Regardons maintenant les cycles annuels moyens (Figure 55) des prédicteurs retenus par ce modèle statistique (GoG. et N.GoG. sur différentes pentades). La période allant de mi-mai à mi-juin (28^ème à 33^ème pentade, période pendant laquelle les paramètres explicatifs sont choisis) est notée « PERIOD » sur l’axe des abscisses. La date moyenne de démarrage de la saison des pluies soudano-sahélienne se trouve juste avant le « J » de juillet sur l’axe des abscisses.

Tout d’abord, cette figure montre qu’à partir du début du mois de mars, les abats pluviométriques de la zone nord dépassent ceux de la zone sud. Ces deux zones présentent des cycles saisonniers moyens bi-modaux, avec une première saison des pluies (la plus pluvieuse) concentrée sur la période allant de mars à mai et une deuxième de septembre à début novembre, lors de la migration vers le sud de la ZCIT. La date de démarrage suit le maximum pluviométrique annuel (8,5 mm/jour, courbe rouge) de la zone nord du golfe de Guinée et est concomitante de la décroissance des précipitations sur les deux zones d’étude liée à la migration vers le nord de la ZCIT. Le caractère soudain du déplacement latitudinal de la ZCIT décrit par Sultan et Janicot (2000) se retrouve bien sur cette figure, avec une brusque décroissance des deux indices à la fin du mois de juin, juste avant le démarrage de la saison des pluies soudano-sahélienne.

4.4 Prévisibilité des dates de démarrage de la saison des pluies 136 J F M A M PER IOD J A S O N D 1 2 3 4 5 6 7 8 9

N.GoG(r) et GoG(b) : cycles annuels moyens

mm/jour

Figure 55 : Cycle annuel moyen des prédicteurs sélectionnés par l’expérience basée sur les précipitations. L’indice N.GoG est représenté en trait plein rouge, l’indice GoG en tirets bleus (mm/jour). Période 1979-2004.

Cette configuration engendre un gradient pluviométrique tourné vers le nord (N.GoG. > GoG.) à partir du début du mois de mars. Ainsi, toute anomalie de gradient pluviométrique vers le sud (GoG. > N.GoG.) réduit le gradient dirigé vers le nord, en moyenne. Une telle situation s’observe avec une position plus au sud que la normale de la bande pluvieuse et tend à retarder la date de démarrage de la saison des pluies soudano-sahélienne (voir la valeur négative du coefficient de régression de ce paramètre dans le Tableau 12).

Cette prévision réalisée avec l’information « précipitations » est intéressante car elle donne des résultats très satisfaisants. Toutefois, elle ne permet pas de discuter et d’interpréter les résultats au niveau physique. Pour cette raison nous avons choisi de réaliser une troisième expérience utilisant les informations « ESH à 1 000 hPa » et « gradient de pression ». Pour cette expérience, ce n’est pas tant la qualité de la prévision qui sera primordiale, mais surtout l’interprétation des prédicteurs sélectionnés et leurs évolutions saisonnières.

Chapitre 4 : Démarrage de la saison des pluies soudano-sahélienne : définition, détection et prévisibilité