Structure du champ de vent et des précipitations

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Partie 2 : Réponse de l’océan à un forçage cyclonique

9 Étude du cyclone tropical Ivan et de son interaction avec l’océan

9.4 Validation et analyse de la simulation atmosphérique

9.4.3 Structure du champ de vent et des précipitations

Comparaison aux données Best-Track

En termes de structure dynamique, nous allons utiliser le rayon de vent maximum (Fig. 42), ainsi que les extensions des zones où le vent atteint le stade de « grand frais » (28 noeuds) (Fig. 43) et de « tempête » (48 noeuds) (Fig. 44) pour effectuer la comparaison.

Fig. 42 Rayon du vent maximum à 10 mètres (km)

Le rayon de vent maximum (RVM) évolue relativement peu au cours de la période d’étude avec des valeurs comprises entre 45 et 50 km. On distingue uniquement des valeurs plus élevées (60 km au maximum) en début de période. Les RVM simulés en forcé et en couplé ont tendance à légèrement surestimer le rayon de vent maximum avec des valeurs oscillant autour de 60 km. Les fluctuations permanentes du RVM au cours de la première période dans les deux simulations sont en partie liées au problème de positionnement du centre du cyclone par le tracker évoqué dans le chapitre précédent. L’intensité relativement faible du cyclone et sa structure dissymétrique rendent en effet la localisation du centre le la circulation et du RVM très variable pendant cette phase. On note toutefois dans les deux simulations une augmentation brutale du RVM suivi juste après d’un rétrécissement rapide. Ce saut correspond à la formation d’une nouvelle zone de vent maximum situé à plus de 100 km au nord du centre du cyclone. Cette nouvelle zone de vent fort se contracte cependant très rapidement et vient se positionner au niveau de l’ancien rayon de vent maximum. Ce changement rapide de structure est présent dans les deux simulations, mais avec un déphasage temporel de 12h. Il coïncide avec le démarrage de l’intensification rapide des cyclones simulés, ce qui suggère un lien entre le changement de structure et d’intensité des cyclones simulés (Willoughby et al. 1982, Willoughby 1990). Une analyse détaillée montre que ce phénomène s’apparente à un remplacement partiel du mur de l’œil du cyclone car on observe également une contraction de la zone de convection profonde. Ces variations brusques n’apparaissent toutefois pas dans les observations et ne peuvent donc pas être formellement validées.

BEST-TRACK FORCE

COUPLE

Partie 3 - Chapitre 9 : Etude de l’interaction du cyclone Ivan avec l’océan

Fig. 43 Rayon de grand frais (28 nœuds) dans les 4 quadrants cardinaux (BT en noir, Forcé en vert, Couplé en mauve)

La structure du cyclone en dehors de la zone de vent fort évolue de manière asymétrique au cours de la période d’étude. On observe en effet que le rayon de grand frais (Fig. 43) est égal à 150 km dans tous les cadrants en début de période. Le modèle sous-estime ce rayon dans tous les quadrants de 50 km. Ce rayon augmente progressivement au fur et à mesure que le cyclone s’intensifie, mais il augmente plus rapidement dans les quadrants orientés Est pour atteindre 400 km, contre 275 km en moyenne côté Ouest. Le cyclone n’a donc pas le temps de s’axi-symétriser avant son atterrissage. Malgré une sous-estimation du rayon de grand frais durant la première moitié de la simulation, le modèle parvient ensuite à bien reproduire l’augmentation du rayon de grand frais, ses dimensions maximales et l’aspect très asymétrique est-ouest du cyclone. A partir de 84 h d’échéance, le rayon de grand frais diminue plus rapidement dans la simulation forcée à cause de l’atterrissage plus précoce que dans la réalité, comme expliqué dans la partie précédente. Les différences entre les simulations forcées et couplées sont très faibles, ce qui indique que le couplage n’affecte pas la structure d’Ivan à cette distance du centre.

Fig. 44 Rayon de tempête (48 nœuds) dans les 4 quadrants cardinaux (BT en noir, Forcé en vert, Couplé en mauve)

Le rayon de tempête (Fig. 44) évolue de manière plus symétrique que le rayon de grand frais au cours de la période d’étude. Le seuil « tempête » est franchi à partir de 48h d’échéance et s’élargit de 50km jusqu’à 120 km lors du maximum d’intensité du cyclone à 96h d’échéance. Le modèle reproduit une augmentation plus tardive et plus rapide du rayon de tempête. La phase d’augmentation débute aux alentours de 60h, voire 72h suivant le cadrant considéré, puis dépasse le rayon observé pour atteindre des valeurs de l’ordre de 150km. Le couplage avec l’océan induit un léger retard dans l’élargissement du rayon de tempête lié à l’intensification plus lente du cyclone dans la simulation couplée. Les rayons maximums atteints dans chaque cadrant sont très proches dans les deux simulations, ce qui indique que la structure dynamique du cyclone est peu affectée par le couplage pour des distances supérieures ou égales à 150 km, soit trois fois le rayon de vent maximum.

Comparaison aux données satellites

Le REMSS produit des analyses quotidiennes du champ de vent à 10m à partir des données issus du diffusiomètre Quickscat, ainsi que des estimations des précipitations instantanées à partir de quatre radiomètres micro-ondes (SSMI et TMI) disposés sur différents satellites géostationnaires (F13, F14, F15 et TRMM). Ces données ne sont pas assez précises (0.25°) et régulières (cyclone présent dans la fauchée tous les 2 à 3 jours) pour permettre une comparaison quantitative avec les simulations du cyclone Ivan, mais elles se révèlent intéressantes pour mener une comparaison qualitative entre la structure des champs simulés et observés. Il faut également tenir compte des limitations des instruments en termes d’intensité (50 m/s pour le vent et 25 mm/h pour la pluie) et de la contamination possible des mesures de vent par la pluie (représentée par des vecteurs de couleur blanche dans les figures ci-dessous).

Enfin, nous ne présenterons ici que des champs issus de la simulation forcée car la précision des analyses de REMSS n’est pas suffisante pour pouvoir comparer les deux simulations aux observations et déterminer laquelle s’en rapproche le plus. Nous nous contentons ici de vérifier que la structure dynamique et convective du cyclone est bien réaliste afin de pouvoir accorder une certaine confiance aux résultats présentés ensuite.

Partie 3 - Chapitre 9 : Etude de l’interaction du cyclone Ivan avec l’océan

(a) (b)

(c) (d)

Fig. 45 Intensité et direction du vent à 10 mètres le 14 Février (m/s) (a) REMSS (b) Méso-NH (les vecteurs blancs indiquent la présence de pluie) et précipitations (mm/h) (c) REMSS (d) Méso-NH

Des données de vent et de précipitation sont disponibles simultanément pour les dates du 14 Février 02h11 UTC (Fig. 45) et du 15 Février 14h30UTC (Fig. 46). Nous avons donc choisi ces deux dates afin d’effectuer une comparaison avec les champs du modèle. Pour la première date, la structure simulée du champ de vent est très proche de celle observée dans l’analyse Quickscat. On retrouve une circulation très asymétrique avec deux zones où le vent est plus fort; l’une est localisée au nord du centre et l’autre au sud-ouest. L’orientation du flux est également très similaire avec une zone marquée de convergence à l’ouest du centre de la circulation. En termes de précipitation, le système est encore très affaibli par son passage au dessus de la poche d’eau froide et la convection est en train de se réorganiser autour du centre.

Nous observons par conséquent une forte dissymétrie puisque des précipitations significatives ne sont présentes qu’au nord-ouest du centre de la circulation. Le reste de la circulation cyclonique est quasiment dénué de précipitations. La position de cette bande précipitante coïncide avec la zone de convergence du flux en basses couches, ce qui indique que les précipitations sont pilotées par ce forçage dynamique. Le modèle reproduit bien la localisation et la structure de la bande précipitante et ne génère pas de précipitations au sud et à l’ouest du cyclone conformément au produit satellite.

(a) (b)

(c) (d)

Fig. 46 Même figure que Fig. 45 pour le 15 Février 14h30 UTC

L’analyse satellite du 15 Février 14h30 UTC est comparée avec les sorties du modèle de 15h00 UTC. Concernant le vent à 10 mètres, on observe qu’une axisymétrisation de la circulation cyclonique a eu lieu au cours des dernières 36 h à la fois dans les observations et la simulation. La zone de vent maximum a une forme quasi-circulaire avec des vents plus forts à l’Est et au Sud-Est du centre. On retrouve bien cette structure et la localisation des vents maximums dans la simulation. La zone de convergence au Nord-Ouest du centre est encore visible dans l’analyse et la simulation, mais elle s’est fortement atténuée au cours du processus d’axisymétrisation et d’intensification du cyclone. Concernant les précipitations, on observe également qu’elles forment désormais un cercle continu autour du centre de la circulation, ce qui indique que la formation complète d’un mur de l’œil a eu lieu depuis l’analyse du 14 Février. L’œil du cyclone dénué de précipitations apparaît clairement dans les observations et la simulation. La convection reste cependant plus intense au Nord-Ouest du cyclone, toujours à cause de la convergence plus marquée en basse couche dans cette zone.

Cette asymétrie est présente à la fois dans les observations et les simulations.

Partie 3 - Chapitre 9 : Etude de l’interaction du cyclone Ivan avec l’océan

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