5.6 Cyclone tropical

(1)

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

5.6 Cyclone tropical

(2)

•

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 Images satellites

archivées (2004 et 2005)

http://www.ssd.noaa.gov/PS/

TROP/2005archive.html

5.6.2 Structure du cyclone tropical

Source :

Cyclone Edwina, le 28/01/93 à 0146 UTC;

Satellite NOAA 10

(3)

•

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) ^v_r

Vr < 0 Vr < 0

v

 0 v



 0 v



D

Hémisphère nord

5.6.2 Structure du cyclone tropical

Circulation en basse troposphère

Source : D’après Stormfury, 1970

(4)

sommaire cyclone

• La convection profonde s’organise en longues bandes étroites de 5 à 50 km de large, appelées ‘bandes spiralées’ (bien visibles au radar)

Bandes spiralées Bandes spiralées

Vr < 0 Vr < 0

 0 v



 0 v



D

5.6.2 Structure du cyclone tropical

Bandes spiralées

(5)

Bandes spiralées

5.6.2 Structure du cyclone tropical : B andes spiralées

en haut ) du cyclone Alicia (18/08/83) en bas) du cyclone Frederic (13/09/79)

Source : d’après Burpee et Marks, 1984 Source : d’après Burpee et Marks, 1984

(6)

‘bandes spiralées’

5.6.2 Structure du cyclone tropical

Bandes spiralées

Source :

Cyclone Edwina, le 28/01/93 à 0146 UTC;

(7)

•

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

 0 v



 0 v



D

Vr < 0 Vr < 0

Mur de l’oeil

5.6.2 Structure du cyclone tropical

Mur de l’oeil

(8)

C’est dans le mur de l’oeil que la violence du cyclone est maximale :

-mur de Cb avec des

sommets vers 15-18 km et des pluies torrentielles -vents horizontaux et verticaux les plus violents

: coupe radiale et verticale : centre du cyclone

5.6.2 Structure du cyclone tropical : mur de l’oeil

Source : Cyclone Edwina, le 28/01/93 à 0146 UTC;

(9)

• Phénomènes diabatiques au sein du mur : relâchement de chaleur latente (L_f) très important ~ +62°/heure

• Mais le réchauffement réellement observé dans le mur est peu important car L_f 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

5.6.2 Structure du cyclone tropical : mur de l’oeil

Source : d’après Jorgensen, 1984

(10)

• 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

5.6.2 Structure du cyclone tropical : mur de l’oeil

(11)

•

Force du vent, pluie, humidité augmentent quand on se rapproche du mur de l’oeil

 0 v



 0 v



D

Vr < 0 Vr < 0

Mur de l’oeil

5.6.2 Structure du cyclone tropical

(12)

Vent horizontal (m/s) dans le cyclone Alicia

5.6.2 Structure du cyclone tropical

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.

(13)

• 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

v

vr

0 vr

H

 0 v



Vr < 0 Vr < 0

D

5.6.2 Structure du cyclone tropical

Circulation en haute troposphère

(14)

5.6.2 Structure du cyclone tropical : 5.6.2 Structure du cyclone tropical : un fluide balancé flux divergent en haute tropo. (outflow)

sommaire cyclone Source : image issue du satellite à défilement NOAA 10

(15)

• 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

v

vr

0 vr

H

 0 v



Vr < 0 Vr < 0

D

5.6.2 Structure du cyclone tropical

Circulation en haute troposphère

(16)

Œil du cyclone

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

(17)

5.6.2 Structure du cyclone tropical : œil du cyclone

• 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)

(18)

• 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)

D

5.6.2 Structure du cyclone tropical : œil du cyclone

(19)

Œil circulaire

Œil elliptique

5.6.2 Structure du cyclone tropical :

œil du cyclone vue au radar

Source : d’après Burpee et Marks, 1984

(20)

Vent radial Vent tangentiel

Circulation cyclonique en forme de cloche

circulation anticyclonique

Convergence en basse tropo Divergence en haute tropo

Retour description cyclone

5.6.2 Structure du cyclone tropical

Source : d’après Gray, 1979

(21)

•

Dans un fluide en rotation, le vent peut se décomposer en parties tangentielle et radiale : 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)

r λ z

e

er

1 0

0

2 



 



 



r fv p

r v t

v_r







• Équation du mouvement radial (au-dessus couche limite)

Accélération radiale nulle

Force de Coriolis Force de Pression Force centrifuge

r r

e v e

v

v  

_



_

 

: composante tangentielle du vent : composante radiale du vent

v

^r

v

Extérieur au mur (R>40 km) = équilibre du vent du gradient

1 0

2 



 

 r

fv p r

v

 



A l’intérieur du mur (R<40 km) = équilibre cyclostrophique

r p r

v



 

2 1

 

5.6.2 Structure du cyclone tropical : un fluide balancé

(22)

r λ z

e

e 

r

Extérieur au mur (R>40 km)

= équilibre du vent du gradient

r fv p

r v



 



0

2

1







Force

Centrifuge

F 

ie

F 

ie

Force de Coriolis

F 

ch

F 

ch

Force de Pression

F 

p

F 

p

Hémisphère Nord

V 



5.6.2 Structure du cyclone tropical : un fluide balancé

(23)

r λ z

e

er

A l’intérieur de l’œil (R<40 km)

= équilibre cyclostrophique

r p r

v



 

0

2

1





Force de Pression

F 

p

F 

Hémisphère Nord

V 



Force

Centrifuge

F 

ie

F 

5.6.2 Structure du cyclone tropical : un fluide balancé

(24)

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 +15° à 250 hPa

5.6.2 Structure thermique du cyclone : cœur chaud

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. 155-218 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. 418-442.

- 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. 1287-1311.

- 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.