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

5.6 Cyclone tropical

Déplacement du cyclone Marée de tempête

Situations synoptiques favorables Situations synoptiques défavorables Variabilité interannuelle

Techniques de prévision

sommaire cyclone

5.6.4 Prévision cyclonique

•

h r

r

f div V

dt f

d 

).

) (

(      

f t V

V f t

dt df dt

d dt

f d

h r

h r

r

r

 



 



 

 



     

. ) .

(    

évolution eulérienne

de f égale à 0 ^u _^f_x ^v _^_y^f

= 0

h r

r

r

V

v f div V

t





 .    (  ).



 

    

(1)

(2)

(1) + (2) (3) ⇨

v t V

dt f d

r r h

r

  

 _{  }



 

  

) . (

⇨

ζ

sommaire prévi cyclonique

v

5.6.4 Prévision cyclonique : déplacement du cyclone

r

V

 

   .

Contribution de : effet directeur de l’environnement

•

• Diverses études ont montré que ce facteur permet d’expliquer 30 à 80% de la variance du déplacement à 24-72 h (dépend de la latitude, qualité analyse, taille du cyclone)

• En moyenne, les cyclones se déplacent vers l’O. aux basses latitudes car on observe des vents d’E. sur l’ensemble de la troposphère dans l’hémisphère d’été tropical.

Sur le Pacifique NO, les cyclones se déplacent vers le SE à cause du flux de mousson de NO.

Vh

5.6.4 Prévision cyclonique : déplacement du cyclone

Trajectoires et vitesses usuelles des cyclones tropicaux;

Les cartouches indiquent les

déplacements en km/h.

Source : Neumann, 1993

Contribution de   v : l’effet βeta

Évolution de ζ_r avec cette seule contribution :

v t

r



 _{ }





•

β

• à l’O. du cyclone, v<0 , d’où –

βv >0

⇨

1. Hémisphère Nord

= cyclone

2. Hémisphère Sud

•

β

• à l’O. du cyclone, v>0 , d’où –

βv >0

⇨

Eq.

v v

y

x Eq.

Pôle Nord

v v

y

x

δζ

/dt>0 δζ

/dt<0

δζ

/dt<0 δζ

/dt>0

sommaire prévi cyclonique

5.6.4 Prévision cyclonique : déplacement du cyclone

-

β ,

-

Contribution de   v _{: l’effet β eta}

sommaire prévi cyclonique

5.6.4 Prévision cyclonique : déplacement du cyclone

Effet secondaire de : la dérive de Rossby

• Apparition de 2 circulations secondaires liées aux ζ_r générés par l’effet β

• L’effet résultant de ces 2 circulations opposées provoquent la dérive du cyclone vers les pôles (dans les deux hémisphères)

= cyclone

Nord

Eq.

Bilan : Dans l’hémisphère nord, en absence de flux directeur, la composition de l’effet β et de la dérive de Rossby a pour conséquence de déplacer un cyclone vers le NO;

dans l’hémisphère sud, vers le SO.

 v



δζ

/dt>0 δζ

/dt<0

champ de δζ_r/dt centré sur un cyclone, en absence de flux directeur :

sommaire prévi cyclonique

5.6.4 Prévision cyclonique : déplacement du cyclone

•

rV ⍬

.

•

.

•

La plupart des cyclones tropicaux finissent leur vie dans les régions subtropicales voire moyennes latitudes et le cœur chaud du cyclone se transforme peu à peu en tempête extra-tropicale (associé à une houle et des vents complexes et violents)

•

correctement son intensité

Influence de la dérive de Rossby sur la trajectoire:

sommaire prévi cyclonique

5.6.4 Prévision cyclonique : déplacement du cyclone

Influence de l’environnement synoptique sur la trajectoire :

•

• Effet Fujiwhara : lorsque 2 cyclones évoluent à proximité (< 1500 km), ils s’attirent mutuellement en tournant l’un autour de l’autre

sommaire prévi cyclonique

5.6.4 Prévision cyclonique : déplacement du cyclone

Déplacement du cyclone Marée de tempête

Situations synoptiques favorables Situations synoptiques défavorables Variabilité interannuelle

Techniques de prévision

sommaire cyclone

5.6.4 Prévision cyclonique

Lorsqu’un cyclone tropical touche les côtes (phénomène appelé ‘atterrisage’), il se produit une élévation du niveau de la mer avec une possible invasion des eaux à

l’intérieur des terres. Une marée de tempête cause parfois le long des côtes des dégâts importants et peut être meurtrier.

Les facteurs suivants peuvent se cumuler Les facteurs suivants peuvent se cumuler :

1. La baisse de pression ( en anglais : pressure surge) :

le niveau de la mer s’élève d’environ 1 mètre pour une baisse de pression de 100 hPa.

2. Les vents d’afflux (en anglais : wind-driven surge) résultent des effets combinés du fetch et de la topographie sous-marine côtière

sommaire prévi cyclonique

5.6.4 Prévision cyclonique : Marée de tempête

Source :d’après Chris Landsea et le site de la NOAA

http://www.aoml.noaa.

gov/hrd/tcfaq/C1.html

2. Les vents d’afflux (suite)

• L

• D

droit (respec. gauche) du cyclone et dirigent peu à peu les masses d’eau vers les hauts-fonds (~ onde de gravité dans un modèle en eau peu profonde)

Hémisphère nord

>

‘1/2 cercle dangereux’

sommaire prévi cyclonique

5.6.4 Prévision cyclonique : Marée de tempête

Source : Mayençon R., 1982

‘L

hémisphère nord

W E

r d

obs

V V

V   





Vd

Vobs

Vd

Vr

= vent observé

= vitesse du vortex = 20kt

= vitesse de vent relatif au repère du cyclone = 70 kt

V 

:

r

: V 

•

70 + 20= 90 Kt

•

70 - 20= 50 Kt

⇨

l’hémisphère !!

Vobs

Vobs

sommaire prévi cyclonique

5.6.4 Prévision cyclonique : Marée de tempête

Déplacement du cyclone Marée de tempête

Situations synoptiques favorables Situations synoptiques défavorables Variabilité interannuelle

Techniques de prévision

sommaire cyclone

5.6.4 Prévision cyclonique

•

• Cette ‘poussée de flux’ augmente le gradient de pression et le flux sur le flanc nord de la ZCIT ce qui génère du cisaillement horizontal et donc du tourbillon relatif.

• Ce tourbillon peut être le germe d’un cyclone tropical qui se développe plusieurs jours après dans l’hémisphère d’hiver si les conditions de TSM sont favorables

Cas 1 : ‘poussée de flux’ sur l’Océan Indien Nord :

ZCIT

A a

sommaire prévi cyclonique

Exemple de situation de surface entre décembre et février

5.6.4 Prévision cyclonique : Situations synoptiques favorables

Source : F. Beucher, Météo-France

Eq.

•

• S’ensuit une augmentation du cisaillement horizontal de vent et du tourbillon relatif favorables à la genèse de cyclones tropicaux sur l’Océan Indien Sud

Cas 2 : renforcement des alizés sur l’Océan Indien Sud :

ZCIT

A

Alizés renforcés

Exemple de situation en surface entre décembre à février

sommaire prévi cyclonique

5.6.4 Prévision cyclonique : Situations synoptiques favorables

Source : F. Beucher, Météo-France

Eq.

• La divergence en haute troposphère permet ‘d’éliminer’ de la masse à la colonne verticale ce qui permet de faire chuter la pression au centre du cyclone tropical. Sans divergence en haute troposphère, les puissants courants ascendants le long du mur finiraient par freiner.

• Les jets de haute troposphère, situés à proximité (mais pas trop) d’un cyclone permettent d’organiser la divergence du cyclone en 1 ou 2 puissantes branches.

Exemple : dans l’hémisphère sud, les 2 branches divergentes sont situées de façon préférentielle au NW et au SE des cyclones en liaison avec le JOST et le TEJ

Cas 3 : Divergence en Haute Troposphère

H

TEJ

JOST

Indonésie

Eq.

sommaire prévi cyclonique

Exemple de situation en haute troposphère entre décembre et février.

Source : F. Beucher, Météo-France

5.6.4 Prévision cyclonique : Situations synoptiques favorables

Déplacement du cyclone Marée de tempête

Situations synoptiques favorables Situations synoptiques défavorables Variabilité interannuelle

Techniques de prévision

sommaire cyclone

5.6.4 Prévision cyclonique

Quelle sont les conséquences d’un atterissage d’un cyclone ? 1. A courte échéance :

l’augmentation de la rugosité de surface (i.e des forces de frottement) peut

temporairement renforcer la convergence de basses couches et donc l’intensité du cyclone.

2. A plus longue échéance:

-

-

sommaire prévi cyclonique

5.6.4 Prévision cyclonique

Situations synoptiques défavorables

Sur océans:

1. Hormis un déplacement sur le courant Kuroshio ou le Gulf Stream, au nord de 25° de latitude, la TSM est trop fraîche pour fournir l’entropie nécessaire (chaleur sensible et latente) au bon fonctionnement de la machine thermique = affaiblissement du cyclone.

2. Un fort cisaillement vertical de vent ( >12 m/s entre la surface et la haute tropo.) :

-

-

-

.

sommaire prévi cyclonique

5.6.4 Prévision cyclonique

Situations synoptiques défavorables

Qu’est ce qu’une couche d’air saharienne (SAL) ? Comment un SAL influence un cyclone ?

. Les couches d’air sahariennes proviennent de puissantes tempêtes de poussière qui ont pris naissance sur les déserts du NO de l’Afrique en fin de printemps, été ou début

d’automne.

. Une couche d’air saharienne peut traverser l’Atlantique jusqu’aux Caraïbes . Une couche d’air saharienne :

-s’étend entre 1500-6000 m d’épaisseur,

-est associée à de l’air sec (50 % d’HU en moins que dans un RS tropical typique) -s’accompagne de forts vents (20-50 kt).

. ANASYG tropical : advection de sable

. Un

. La hausse de fréquence de SAL est à corréler avec des problèmes de pollution et un déclin des récifs corallien aux Caraïbes

sommaire prévi cyclonique

5.6.4 Prévision cyclonique

Situations synoptiques défavorables

retour : mousson africaine

sommaire prévi cyclonique

Détection d’un SAL

(Source : NOAA; GOES 12)

• satellite IR

• satellite visible

5.6.4 Prévision cyclonique : Situations synoptiques défavorables

Influence d’un SAL

(couleurs jaune et rouge) sur Erin

http://cimss.ssec.wisc.edu/tropic/

real-time/wavetrak/sal.html

Source : Dunion, 2004

: intensité réduite

sommaire prévi cyclonique

5.6.4

Prévision cyclonique : Situations synoptiques

défavorables

Déplacement du cyclone Marée de tempête

Situations synoptiques favorables Situations synoptiques défavorables Variabilité interannuelle

Techniques de prévision

sommaire cyclone

5.6.4 Prévision cyclonique

•

de couplages complexes entre l’océan (modification des TSM) et l’atmosphère (modifications de la pression, alizés, localisation convection)

(modifications de la pression, alizés, localisation convection)

. .

• Globalement, pendant El Niño, on observe une diminution du nombre des cyclones surtout aux basses latitudes.

• Sur l’Atlantique, El Niño est défavorable au développement des cyclones tropicaux car on observe en haute troposphère de forts cisaillements verticaux d’ouest (JOST plus zonal que les années normales)

Impact d’El Niño sur la fréquence des

tempêtes tropicales.

Sources : d’après Gray 84a, Chan 85, Dong 88, Lander 94

sommaire prévi cyclonique

5.6.4 Prévision cyclonique

variabilité interannuelle : El Niño

•

subtropiques d’où un accroissement du nombre de cyclones aux hautes latitudes et une diminution aux basses latitudes.

Impact d’El Niño sur la localisation des tempêtes tropicales : :

sommaire prévi cyclonique

5.6.4 Prévision cyclonique

variabilité interannuelle : El Niño

Sources : d’après Gray 84a, Chan 85, Dong 88, Lander 94

Rappel

Rappel : : l’Oscillation Quasi-Biennale (QBO) correspond à une alternance quasi-l’Oscillation Quasi-Biennale (QBO) correspond à une alternance quasi-

périodique de 13 mois de vents d’est suivis de 13 mois de vents d’ouest dans la basse et périodique de 13 mois de vents d’est suivis de 13 mois de vents d’ouest dans la basse et moyenne stratosphère tropicale (entre 23 et 30 km).

moyenne stratosphère tropicale (entre 23 et 30 km).

Impact de la phase ouest de la QBO sur la fréquence des tempêtes tropicales :

sommaire prévi cyclonique

5.6.4 Prévision cyclonique

variabilité interannuelle : QBO (phase ouest)

Sources : d’après Hastenrath et Wendland 79, Shapiro 82, Gray 84a

•

• Pendant la phase de vent d’est de la QBO (figure non montrée) les cyclones sont moins intenses car on pense, que le cisaillement vertical de vent, alors plus intense qu’au cours de la phase ouest, est propagé de la basse stratosphère vers la haute troposphère ce qui

affaiblit les cyclones .

retour 4.2.2: QBO

Impact de la phase ouest de la QBO sur l’intensité des tempêtes tropicales :

sommaire prévi cyclonique

5.6.4 Prévision cyclonique

variabilité interannuelle : QBO (phase ouest)

Sources : d’après Hastenrath et Wendland 79, Shapiro 82, Gray 84a

Déplacement du cyclone Marée de tempête

Situations synoptiques favorables Situations synoptiques défavorables Variabilité interannuelle

Techniques de prévision

sommaire cyclone

5.6.4 Prévision cyclonique

• Jusqu’à l’avènement des satellites, pour estimer l’intensité d’un vortex situé sur océan, l’analyse se reposait uniquement sur les observations des bateaux,

l’expérience des previsionnistes et une climatologie régionale des tempêtes tropicales.

• Encore aujourd’hui, la reconnaissance par avion reste la technique la plus fiable pour connaître l’intensité d’un vortex mais ce système coûte très cher et peu de services météorologiques peuvent se l’offrir

.

• Les radars implantés sur la côte sont aussi utiles, mais comme leur portée horizontale est en général inférieure à 300 km, cet outil ne laisse pas assez de temps aux autorités locales pour lancer les procédures d’alerte

sommaire prévi cyclonique

5.6.4 Prévision cyclonique

Techniques de prévision

‘La technique de Dvorak’

• Actuellement, les 11 centres de prévisions cycloniques (6 CMRS et 5 TCWC) utilisent la technique de DVORAK (1975) pour estimer et prévoir l’intensité des vortex

tropicaux à une échéance de 24 heures.

• La ‘technique de Dvorak’ se base sur l’analyse d’images satellites : plus la différence de température est importante entre l’œil (chaud) et l’environnement du cyclone (sommet froid des nuages), plus le cyclone est estimé intense.

• Cette technique fournit une prévision fiable de l’intensité du vortex jusqu’à une échéance de 24 h http://www.nhc.noaa.gov/satellite.shtml (rubrique : More Satellite Imagery)

Mais attention ! ! Mais attention ! !

L’estimation de vent violent par la seule ‘technique de Dvorak’ est à prendre avec L’estimation de vent violent par la seule ‘technique de Dvorak’ est à prendre avec précaution puisque le vent ne dépend pas uniquement du gradient de pression (dans précaution puisque le vent ne dépend pas uniquement du gradient de pression (dans l’équilibre du vent de gradient, le rayon contribue aussi à la vitesse du vent. Voir aussi l’équilibre du vent de gradient, le rayon contribue aussi à la vitesse du vent. Voir aussi le paragraphe sur la conservation du moment angulaire)

le paragraphe sur la conservation du moment angulaire)

5.6.4 Prévision cyclonique

Techniques de prévision : images satellites

Divers modèles de prévision de trajectoires de cyclones tournent en opérationnel pour Divers modèles de prévision de trajectoires de cyclones tournent en opérationnel pour l’Atlantique et le Pacifique NE

l’Atlantique et le Pacifique NE

Exemple de cartes produites par l’un de ces modèles : track_Katrina

Exemple de bulletin rédigé par le National Hurricane Center : bulletin_Katrina

1. Modèle basé sur la climatologie et la persistance:

modèle statistique à régression multiples qui intègre la climatologie des trajectoires à la persistance du flux de l’environnement (Alberson, 1998). Bien que surprenant, CLIPER était plus performant que les modèles numériques jusqu’aux années 80.

2. Modèle statistico-dynamique :

Un modèle statistico-dynamique, codé par le centre national

des cyclones de Miami, le NHC90 (McAdie 1991) utilise le géopotentiel issu du modèle Aviation comme prédicteur pour fournir une prévision de trajectoire 4 fois par jour.

Les prévisions de 00 et 12TU utilisent un guess de 12 heures du modèle Aviation. Une mise à jour de ce modèle tourne en opérationnel depuis 98 (NHC98).

sommaire prévi cyclonique

5.6.4 Prévision cyclonique

Techniques de prévision : modèles de prévision

3. Les modèles numériques :

i.

‘ ‘

β β

intégrant des vents horizontaux moyennés verticalement et ajoute une correction qui tient compte de l’effet

β

ii. Un modèle couplé barotrope de prévision de trajectoires de cyclones (couplé barotrope VICBAR) tourne VICBAR 4 fois par jour 1990. Il utilise les analyses du NCEP (Alberson and Demaria, 94).

iii. Les modèles NCEP Aviation et NCEP Aviation MRF (Lord, 93) sont utilisés pour la prévision de MRF trajectoire depuis 1992. Ce sont des modèles globauxmodèles globaux.

iv. Un modèle triplement triplement couplé à maille variable et équations primitives développé au couplé à maille variable Laboratoire Géophysique de Fluides Dynamiques (Bender et al, 93), connu sous le nom de modèle GFDLmodèle GFDL fournit des prévisions de trajectoires depuis 92.

v. Le modèle global anglais du UKMET est utilisé à travers le monde pour la prévision des cyclones tropicaux (Radford, 94).

Chap 6 : Interactions sommaire prévi cyclonique

5.6.4 Prévision cyclonique

Techniques de prévision : modèles de prévision

Bibliographie chap 5.6.4

- Chan, J. C. L., 1985 : ‘Tropical cyclone activity in the Northwest Pacific in relation to El Nino/Southern Oscillation phenomenon. Mon. Wea. Rev., Vol.113, p.599-606

-Christopher Landsea, NOAA AOML/ Hurricane Research Division, 4301, Rickenbacker causeway, Miami, Florida 33149.

- Dong K., 1988 : ‘El Nino and tropical cyclone frequency in the Australain region and the Northwest Pacific. Aust. Met. Mag., Vol.36, p.219-225

- Dunion, J.P., and C.S. Velden, 2004 :’ The impact of the Saharan Air Layer on Atlantic tropical cyclone activity. Bull. Amer. Meteor. Soc., Vol.85, n°3, p. 353-365

- Gray, W. M., 1984a :’Atlantic seasonal hurricane frequency : Part I. El Nino and 30 mb quasi- biennial oscillation influences. Mon. Wea. Rev., Vol.112, p. 1649-1668

- Hastenrath, S. and W. Wendland, 1979 :’On the secular variation of storms in the tropical North Atlantic and Eastern Pacific’. Tellus, Vol.31, p.28-38

- Lander, M., 1994 :’An exploratory analysis of the relationship between tropical storm formation in the western North Pacific and ENSO’. Mon Wea. Rev., Vol.122, p. 636-651

- Mayençon R., 1982 : Météorologie Marine, Éditions maritimes et d’Outre-mer, Rennes, 335p.

- Neumann, C. J., 1993 :’Global Overview’. Chapter 1, Global Guide to Tropical Cyclone

Forecasting, WMO:TC-N°560, Report N0 TCP-31, World Meteorological Organization, Geneva.

-Shapiro, L. J. , 1982 :’Hurricane climatic fluctuations, part 1 : patterns and cycles’. Mon Wea.

Rev., Vol. 110, p.1007-1013