Les travaux de Bouniol et al. (2012) ont dressé une synthèse des nuages rencontrés à Niamey (Niger) d'avril à septembre 2006. Cependant, aucune étude détaillée des nuages de mi-niveau et en particulier de leurs environnements thermodynamiques n'a été réalisée dans cette région. Dans ce manuscrit, nous étendons l'étude de Bouniol et al. (2012) à toute l'année 2006 en se focalisant uniquement sur les nuages de mi-niveau. Nous contrastons également deux sites distincts et documentons leurs environnements thermodynamiques.
Sur ce site, les moyennes mensuelles des fréquences d'occurrence des nuages de mi- niveau, définies pour une altitude donnée comme étant le nombre de pixels nuageux sur le nombre total de pixels observés, sont illustrées à la figure 5.4 (en trait bleu); elles montrent que des nuages de mi-niveau ont été observés toute l'année en 2006, sauf en décembre. 482 nuages de mi-niveau sont observés avec une occurrence plus importante pendant la période de mousson (plus de la moitié des nuages sont observés dans les mois de JJAS (cf. Tab. 5.1)). Le signal obtenu à partir des données satellitaires de CloudSat-CALIPSO de juin 2006 à mai 2010 dans cette région est similaire (cf. trait pointillé bleu sur la Fig. 5.4). Kollias et al. (2009) se sont intéressés aux liens entre les nuages, les précipitations et l'environnement thermodynamique à Niamey en 2006, et notent également un fort cycle saisonnier des nuages de mi-niveau puisque pendant la période de mousson, la fraction nuageuse moyenne par mois de ces nuages est de 20-25% et pendant la période sèche de 1-5%. Cette fluctuation saisonnière serait reliée selon eux à la convection profonde qui se développe pendant la période de mousson. Nous noterons toutefois que l'occurrence des nuages de mi-niveau est encore plus importante à Niamey durant le mois de juin (cf. Fig. 5.4) où la convection est peu active. Kollias et al. (2009) l'expliquent par le fait qu'au moment de l'onset, il y a un fort soulèvement dans les basses couches, probablement associé au passage de la ZCIT, qui semble être associé à un maximum de fraction nuageuse vers 5 km d'altitude.
Mois J F M A M J J A S O N D
Nombre
de nuages 25 22 25 28 42 54 79 71 65 52 19 0
Tableau 5.1: Répartition mensuelle des nuages de mi-niveau observés sur le site ARM de Niamey en 2006 à partir de leur temps de passage "moyen".
Différents types de nuages en plus des nuages de mi-niveau ont été observés sur le site de Niamey. Cependant, comme nous avons pu le voir dans la partie 2 du manuscrit, les nuages de mi-niveau s'observent dans des scènes ayant plusieurs couches nuageuses. Au travers des 482 nuages observés sur le site de Niamey, 81% des nuages de mi-niveau sont observés dans des scènes multi-couches soit avec des nuages hauts soit avec des nuages bas. Parmi ces nuages, 38% sont observés dans des scènes multi-couches durant 50% de leur temps d'observation et 30% sont observés dans des scènes multi-couches durant 75% de leur temps d'observation. Les types de nuages associés aux nuages de mi-niveau lors de ces scènes multi-couches seraient majoritairement des cirrus selon Collow et al. (2016).
La fréquence d'occurrence des nuages de mi-niveau a également été obtenue à partir des observations sur le site de BBM. Elle est représentée sur la figure 5.4 en trait pointillé noir. Ce site est situé plus au nord et est donc soumis à des conditions météorologiques différentes par rapport à Niamey (Marsham et al. 2013a; Gounou et al. 2012; Cuesta et al. 2008). 94 nuages de mi-niveau ont été observés en juin 2011 contre 54 à Niamey en juin
2006. La fréquence d'occurrence des nuages de mi-niveau à BBM semble plus élevée que celle de Niamey, et les deux présentent un pic à environ 6 km (cf. Fig. 5.4). Cependant, la climatologie des nuages de mi-niveau obtenue à partir des données CloudSat-CALIPSO extraite aux sites de mesure ne montre pas qu'il y a plus de nuages à BBM qu'à Niamey (cf. Fig. 5.5). Cela peut être dû au nombre de traces de CloudSat-CALIPSO qui diffère d'un mois à l'autre et au mauvais échantillonnage du cycle diurne, ainsi qu'au fonctionnement du lidar qui peut sous-échantillonner les nuages du fait de son interruption (cf. trait blanc du panel de BBM sur la Fig. 5.7). La variabilité interannuelle peut également expliquer cette différence.
Durant les mois de mousson de cette année 2006 à Niamey, ce pic à environ 6 km d'altitude est bien marqué. Kollias et al. (2009) l'ont également observé vers 5.5 km d'altitude. Cependant, ils notent que durant la période humide, ce pic se situe 1 à 1.5 km au-dessus de l'isotherme 0°C, c'est-à-dire là où le passage de l'état solide à liquide a lieu. D'autres études, telles que Riley and Mapes (2009), suggèrent également que ce changement de phase est caractérisé par un maximum de réflectivité (cf. discussion sur la distribution des sommets de ces nuages 2.1.2).
En Afrique de l'Ouest, les données satellitaires de CloudSat-CALIPSO de juin 2006 à mai 2010 représentées en trait rouge sur la figure 5.4 indiquent également une forte occurrence des nuages de mi-niveau pendant la période de mousson.
D'après la figure 5.4, l'occurrence des nuages de mi-niveau à Bordj Badji Mokhtar est plus forte à partir de la combinaison radar-lidar des données spatiales comparée à celle obtenue à partir de l'instrument lidar. Pour Niamey, il est difficile de tirer des conclusions sur ces deux jeux de données car suivant les mois, les occurrences à partir des données spatiales peuvent être plus importantes que celles des données sol et inversement. Toutefois, Bouniol et al. (2012) et Protat et al. (2014) avaient observé une plus forte occurrence des nuages de mi- niveau à partir de la combinaison radar-lidar des données spatiales comparée à celle des données sol. Cette sous-estimation à partir des données sol peut être due à l'extinction du lidar sol soit par des nuages d'eau liquide dans les basses couches soit par de forte concentration en aérosols.
Afin de comparer l'occurrence des nuages de mi-niveau observés au sol à Niamey et celle obtenue par satellites, Bouniol et al. (2012) ont extrait des périodes communes de ces deux jeux de données. Les observations au sol et spatiales sont comparées pour le mois d'août et sur la période de juin à septembre 2006. Le domaine sélectionné est 10°W-10°E sur une bande latitudinale de 0,5° centrée sur Niamey. D'après la figure 5.6, pour août, la fréquence d'occurrence avec CloudSat-CALIPSO en 2006 et 2008 est plus élevée qu'à Niamey vers 6 km d'altitude. Ils notent également une occurrence de ces nuages plus importante de jour (13h30) que de nuit (1h30) pour ce mois. Pour la période de la mousson, la fréquence d'occurrence est comparable.
Figure 5.4: Evolution annuelle de la fréquence d'occurrence mensuelle des nuages mi-niveau obtenue à partir des observations sol et satellite. Les observations sol (avec une résolution temporelle de 30 minutes) sont obtenues à partir de la station mobile ARM à Niamey (Niger) en 2006 (en bleu) et à Bordj Badji Mokhtar (BBM) (Algérie) en juin 2011 (en noir). Les observations satellite (avec une résolution temporelle de 0,16 secondes) sont obtenues à partir des données de CloudSat et CALIPSO de juin 2006 à mai 2010 en Afrique de l'Ouest [3.575-31.575°N, 10°W-10°E] et pour les mailles où Niamey [10.575-14.075°N, 0.668- 3.758°E] (en trait pointillé bleu) et BBM [21.075-24.575°N, 0.668-3.758°E] (en trait pointillé noir) sont situés.
Figure 5.5: Cycle annuel de la densité des nuages de mi-niveau de juin 2006 à mai 2010 à partir des données satellites de CloudSat-CALIPSO pour les mailles où BBM [21.075- 24.575°N, 0.668-3.758°E] (en trait pointillé noir) et Niamey [10.575-14.075°N, 0.668- 3.758°E] (en trait pointillé bleu) sont situés. (Bourgeois et al., accepté)
Figure 5.6: Fréquence d'occurrence des nuages (trait continu) calculée à partir des données de CloudSat-CALIPSO en 2006 (vert) et 2008 (bleu) et à partir des données de la station ARM-AMF à Niamey (noir) en 2006 pour (a) août et (b) juin-septembre. Le profil AMF a été sous-échantillonné à l'heure des passages de l'A-Train (01h30 et 13h30 heure locale) à la latitude de Niamey (rouge). Les lignes en tirets (pointillées) correspondent aux profils des données de nuit (de jour). (Bouniol et al. 2012)