Etude de la mise en place de la mousson en Afrique de l'Ouest et de la variabilité intra-saisonnière de la convection PDF Download
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Author: Benjamin Sultan Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 284
Book Description
Cette thèse aborde une caractérisation d'évènements qui stucturent et modulent le cycle saisonnier des pluies en Afrique de l'Ouest. La mise en place de la mousson est étudiée à partir du déplacement méridien de la Zone de Convergence Intertropicale qui montre une transition rapide entre deux positions d'équilibre marquée par une amplification de la dynamique des basses pressions sahariennes. On s'attache également à décrire les fluctuations intra-saisonnières de la convection en Afrique de l'Ouest qui s'expriment dans deux bandes de fréquences à 15 jours et à 40 jours en cohérence avec la dynamique atmosphérique des basses couches et l'échelle des systèmes convectifs. Les applications agronomiques sont abordées en utilisant le modèle SARRA-H du CIRAD. Il est montré que la prise en compte de la mise en place de la mousson comme date de semis améliore le rendement et qu'il existe un impact fort des séquences sèches intra-saisonnières selon le degré de développement de la culture.
Author: Benjamin Sultan Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 284
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Cette thèse aborde une caractérisation d'évènements qui stucturent et modulent le cycle saisonnier des pluies en Afrique de l'Ouest. La mise en place de la mousson est étudiée à partir du déplacement méridien de la Zone de Convergence Intertropicale qui montre une transition rapide entre deux positions d'équilibre marquée par une amplification de la dynamique des basses pressions sahariennes. On s'attache également à décrire les fluctuations intra-saisonnières de la convection en Afrique de l'Ouest qui s'expriment dans deux bandes de fréquences à 15 jours et à 40 jours en cohérence avec la dynamique atmosphérique des basses couches et l'échelle des systèmes convectifs. Les applications agronomiques sont abordées en utilisant le modèle SARRA-H du CIRAD. Il est montré que la prise en compte de la mise en place de la mousson comme date de semis améliore le rendement et qu'il existe un impact fort des séquences sèches intra-saisonnières selon le degré de développement de la culture.
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Les variations climatiques en Afrique de l'Ouest ont un impact parfois catastrophique, particulièrement au Sahel où les populations sont exposées aux aléas des ressources en eau. Comprendre le fonctionnement du climat et ses variabilités est une nécessité pour anticiper ce que pourraient être les conséquences du changement climatique et définir d'éventuelles stratégies d'adaptation. Ceci suppose de connaître les différents modes de variabilité atmosphérique et leurs conséquences sur les processus qui génèrent les pluies. Cette thèse porte sur la part de la variabilité des précipitations au Sahel qui peut être expliquée par la variabilité atmosphérique. L'objectif principal du travail vise à comprendre comment des perturbations du champs de vents à 700 hPa : les Ondes d'Est Africaines (AEWs), agissent sur la convection qui est elle-même à l'origine des précipitations. Un autre aspect consiste à étudier comment les AEWs s'insèrent dans la variabilité interannuelle et intra saisonnière du flux de mousson. Après avoir exposé les connaissances actuelles de la climatologie Ouest Africaine et expliqué la méthodologie développée pour étudier les AEWs, l'étude de la variabilité des précipitations a été faite. La modulation de la convection et des précipitations par les AEWs a été analysée et a permis de distinguer des secteurs propices et inhibiteurs aux fortes précipitations. L'impact des ondes sur la dynamique et la thermodynamique atmosphérique a été ètudié. Les conditions dans les basses couches atmosphériques se sont révélées importantes Ainsi, la variabilités intra saisonnière du flux de mousson et la connexion avec les AEWs et la convection a été analysée.
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Les variations climatiques en Afrique de l'Ouest ont un impact parfois catastrophique, particulièrement au Sahel où les populations sont exposées aux aléas des ressources en eau. Comprendre le fonctionnement du climat et ses variabilités est une nécessité pour anticiper ce que pourraient être les conséquences du changement climatique et définir d'éventuelles stratégies d'adaptation. Ceci suppose de connaître les différents modes de variabilité atmosphérique et leurs conséquences sur les processus qui génèrent les pluies. Cette thèse porte sur la part de la variabilité des précipitations au Sahel qui peut être expliquée par la variabilité atmosphérique. L'objectif principal du travail vise à comprendre comment des perturbations du champs de vents à 700 hPa : les Ondes d'Est Africaines (AEWs), agissent sur la convection qui est elle-même à l'origine des précipitations. Un autre aspect consiste à étudier comment les AEWs s'insèrent dans la variabilité interannuelle et intra saisonnière du flux de mousson. Après avoir exposé les connaissances actuelles de la climatologie Ouest Africaine et expliqué la méthodologie développée pour étudier les AEWs, l'étude de la variabilité des précipitations a été faite. La modulation de la convection et des précipitations par les AEWs a été analysée et a permis de distinguer des secteurs propices et inhibiteurs aux fortes précipitations. L'impact des ondes sur la dynamique et la thermodynamique atmosphérique a été ètudié. Les conditions dans les basses couches atmosphériques se sont révélées importantes Ainsi, la variabilités intra saisonnière du flux de mousson et la connexion avec les AEWs et la convection a été analysée.
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La mousson d'Afrique de l'Ouest se caractérise par une très forte variabilité des pluies à toutes les échelles spatiales et temporelles. Le travail de thèse se focalise sur la variabilité synoptique et intra-saisonnière de la mousson, dont les impacts socio-économiques peuvent être dramatiques dans cette zone subsaharienne. L'objectif est d'une part de contribuer à la documentation statistique de cette variabilité et la compréhension de la physique associée, et d'autre part de mettre à profit le potentiel de prédictibilité associée à ces échelles pour guider les prévisions à courte et moyenne échéances. Au Sahel, l'humidité est un des facteurs importants pour l'activité pluviométrique, avec souvent un effet limitant sur le déclenchement de la convection profonde. Dès lors ce travail de thèse s'est focalisé sur l'humidité intégrée sur la colonne ou eau précipitable, pour étudier la variabilité de la mousson. L'activité des ondes d'est, principales perturbations synoptiques de l'atmosphère ouest-africaine pendant l'été boréal, a été détectée et analysée sous cette perspective de l'eau précipitable. Cette étude a ouvert une voie à la compréhension du couplage onde et convection au sein de la mousson. Une analyse conjointe des contributions dynamiques et diabatiques à la physique des ondes a été ensuite entreprise. Il ressort que, la dynamique, via les transports d'énergie associée à l'état de base fortement barocline du Sahel, est un élément précurseur et prédominant dans la couche d'atmosphère en-dessous du jet d'est africain. En revanche, dès que les ondes atteignent leur phase de maturité, le rôle de convection devient primordial grâce aux sources de chauffage et puits d'humidité qu'elle introduit dans l'atmosphère. En outre, elle engendre un transfert turbulent et convectif de quantité de mouvement horizontal, de la surface vers les couches plus hautes, permettant de renforcer les circulations dans la moyenne troposphère. La compréhension du couplage onde-convection ouvre alors une perspective à l'amélioration des modèles de prévision du temps sur l'Afrique.
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La saison des pluies en Afrique de l'Ouest est primordiale pour les populations locales. La mise en place de la mousson (MAO) se produit fin juin et correspond à un affaiblissement global de la convection sur la région puis une transition brutale des précipitations de la côte de Guinée vers le Sahel. C'est le mécanisme responsable de ce « saut » qui est étudié ici à partir d'expériences numériques. La capacité du modèle à aire limitée WRF à reproduire la circulation de la MAO en 2006 a d'abord été évaluée. Différentes paramétrisations de la convection et de la couche limite ont été testées et leur impact sur les simulations analysé. Des tests de sensibilité ont ensuite été effectués pour évaluer le rôle de la dépression thermique saharienne et de la SST (mécanismes proposés dans d'autres études) sur la mise en place de la MAO. Les résultats montrent que la phase de transition dépend plus fortement de la dynamique de grande échelle que des éléments régionaux. Plus précisément, la mise en place de la mousson Indienne libère une onde de Rossby qui se propage vers l'ouest, arrive au dessus de l'Afrique du Nord en favorisant les intrusions de masses d'air sec au dessus de l'Afrique de l'Ouest qui inhibent la convection. En parallèle, le gradient méridien de pression de surface est renforcé et la MAO s'intensifie en advectant de l’humidité au dessus du Sahel. Une fois l'onde évacuée, la convection se réorganise au dessus du Sahel où les conditions thermodynamiques sont favorables. L'utilisation de simulations globales avec LMDz a confirmé le rôle de la mousson indienne sur toute la période 1989-2008 avec cependant des années plus ou moins marquées.
Author: Rémi Meynadier Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 199
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La mousson d'Afrique de l'Ouest (MAO) représente un système climatique régional dont le cycle saisonnier est très marqué, notamment par l'humidité et les pluies de mousson et par la réponse de la végétation et des surfaces continentales. Les populations du Sahel dépendent de manière vitale de la régularité de ce système. Le cycle de l'eau est ainsi un élément primordial de la MAO et son étude est un objectif majeur de la campagne AMMA (Analyses Multidisciplinaires de la Mousson Africaine). Dans ce contexte, six stations GPS ont été installées le long du gradient climatique méridien d'Afrique de l'Ouest dès 2005. Cette thèse porte d'une part sur l'analyse de l'humidité atmosphérique à l'aide des données GPS et propose d'autre part une étude plus approfondie des bilans d'eau dans l'atmosphère, à l'aide de différents jeux de données élaborés à partir des produits de la campagne AMMA (observations et modélisation). L'analyse des séries temporelles GPS met en évidence une variabilité spatiale et temporelle de la vapeur d'eau (cycle saisonnier, variabilité intra-saisonnière avec des modes de 10-20 jours, échelle synoptique et cycle diurne) qui est reliée aux processus atmosphériques de la mousson. La précision de ces données permet également d'identifier des biais d'humidité dans les observations de radiosondages et de manière corrélée (via l'assimilation) dans les modèles de prévision météorologique. Une méthode est ensuite développée pour calculer des bilans d'eau intégrés verticalement à l'échelle de l'Afrique de l'Ouest à partir d'un jeu de données "hybride". Elle combine des estimations de pluies satellitaires, des simulations d'un ensemble de modèles de transfert sol-végétation-atmosphère (TSVA) tous forcés par les mêmes pluies et d'autres produits élaborés de qualité. L'analyse du fonctionnement du cycle hydrologique à l'interface surface-atmosphère à l'aide de ce nouveau jeu de données, permet de confirmer ou d'infirmer certaines hypothèses élaborées dans le passé mais surtout d'apporter un éclairage nouveau sur le cycle saisonnier et la variabilité interannuelle des bilans d'eau et d'énergie à la surface. Nous mettons notamment en évidence des relations entre les termes de ces bilans (convergence d'humidité, pluie, évaporation, ruissellement, humidité dans le sol, et le rayonnement net) distinctes suivant les échelles considérées. Ce jeu de données est ensuite utilisé comme référence pour évaluer les différents termes du bilan d'eau d'un ensemble de modèles météorologiques (ré-analyses, analyses opérationnelles et prévisions des modèles de Météo-France, ECMWF et NCEP). Des biais importants sont diagnostiqués dans les précipitations, les évaporations et la convergence d'humidité de ces modèles. Des hypothèses sont proposées quant à l'origine de ces biais (défauts dans les schémas de convection, dans l'initialisation de l'humidité des sols et dans les données assimilées, mais également des incertitudes de calcul). Pour certains modèles (p.ex. ECMWF), nous identifions une rétroaction de ces biais sur la circulation atmosphérique dans la région de la dépression Saharienne. Ce travail ouvre des perspectives d'améliorations du cycle de l'eau des modèles de prévision météorologique et fournit un jeu de données hybride potentiellement utile pour analyser les interactions des processus aux échelles inférieures (méso-échelle et synoptique).
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NOUS AVONS ABORDE L'ETUDE DES PERTURBATIONS ATMOSPHERIQUES D'ECHELLE SYNOPTIQUE EN AFRIQUE DE L'OUEST ET SUR L'ATLANTIQUE TROPICAL. L'OBJECTIF EST PRINCIPALEMENT DE MIEUX CERNER LES CARACTERISTIQUES DE CES ONDES ET DE CONTRIBUER A LA COMPREHENSION DES LIENS ENTRE CES PERTURBATIONS SYNOPTIQUES ET LES PRECIPITATIONS. L'INTERET QUE CES PERTURBATIONS ONT SUSCITE AU DEBUT DES ANNEES SOIXANTE DIX, VIENT DE LA CONSTATATION QU'UN CERTAIN NOMBRE DE CYCLONES TROPICAUX QUI TRAVERSENT LES CARAIBES ET PARVIENNENT ENSUITE SUR LA COTE SUD-EST DE L'AMERIQUE DU NORD POURRAIENT ETRE LIES A CES ONDES D'EST AFRICAINES. PAR AILLEURS, LES RECHERCHES MOTIVEES PAR LA RECENTE PERIODE PROLONGEE DE SECHERESSE DANS LES REGIONS SOUDANO-SAHELIENNES (DEPUIS 1968), AVEC DES CONSEQUENCES CATASTROPHIQUES SUR LES RESSOURCES ALIMENTAIRES ET SUR L'ECONOMIE DES ETATS CONCERNES, ONT PERMIS DE MONTRER QUE LES PRECIPITATIONS SUR CES REGIONS SONT, EN PARTIE LIEES A CES ONDES D'EST. COMPRENDRE LES PROPRIETES, LES CARACTERISTIQUES, LA VARIABILITE DE CES PERTURBATIONS SYNOPTIQUES AINSI QUE LEUR IMPACT A L'ECHELLE REGIONALE EST DONC PRIMORDIAL. NOUS NOUS INTERESSONS A DEUX TYPES D'ONDES SYNOPTIQUES MIS EN EVIDENCE A PARTIR D'ANALYSES SPECTRALES SUR DIFFERENTES VARIABLES DE L'ATMOSPHERE EN AFRIQUE DE L'OUEST ET SUR L'ATLANTIQUE TROPICAL : LES ONDES DE PERIODES 3-5 JOURS ET LES ONDES DE PERIODES 6-9 JOURS. NOUS AVONS PROFITE DE LA VOLONTE DES CENTRES DE RECHERCHES METEOROLOGIQUES AMERICAINS ET EUROPEENS DE METTRE EN PLACE UNE BANQUE DE DONNEES REANALYSEES, OFFRANT POUR LA PREMIERE FOIS L'OPPORTUNITE D'ETABLIR UNE CLIMATOLOGIE DES ONDES D'EST ET D'ETUDIER LEUR VARIABILITE INTERANNUELLE A PARTIR D'UN JEU DE DONNEES HOMOGENES. NOUS UTILISONS PRINCIPALEMENT LES REANALYSES AMERICAINES DU NCEP/NCAR SUR LA PERIODE 1979-1995 ET A TITRE DE COMPARAISON OU DE VALIDATION, CELLES, EUROPEENNES, DU CEPMMT ENTRE 1979 ET 1993. POUR L'ETUDE DES INTERACTIONS AVEC LA CONVECTION, L'ORSTOM A MIS EN NOTRE DISPOSITION SA BASE DE DONNEES PLUVIOMETRIQUE DE 1979 A 1990 SUR L'AFRIQUE DE L'OUEST. L'APPROCHE A PARTIR D'ANALYSES SPECTRALES, DE LA TRANSFORMEE EN ONDELETTES, DE LA CLASSIFICATION AUTOMATIQUE ET DE L'ANALYSE EN COMPOSANTES COMPLEXES LOCALES, SUR 17 ANS, A PERMIS DE DISTINGUER DEUX REGIMES STATISTIQUES ET METEOROLOGIQUES D'ONDES D'EST, DIFFERENTS A L'ECHELLE SYNOPTIQUE : UN REGIME D'ONDE ENTRE 3 ET 5 JOURS ET UN AUTRE, PLUS INTERMITTENT, ENTRE 6 ET 9 JOURS, EN LIAISON AVEC LES CIRCULATIONS ANTICYCLONIQUES DES ACORES ET DE LIBYE. CES DEUX REGIMES D'ONDES MODULENT DIFFEREMMENT ET SIGNIFICATIVEMENT LES PRECIPITATIONS, LE FLUX DE MOUSSON ET LA CONVECTION EN AFRIQUE DE L'OUEST. EN REGIME 3-5 JOURS, LES ANOMALIES DE PRECIPITATIONS SONT UNIFORMES SUR TOUTE L'AFRIQUE DE L'OUEST ALORS QU'EN REGIME 6-9 JOURS CES ANOMALIES ONT UNE STRUCTURE DIPOLAIRE AVEC, PAR EXEMPLE, UN DEFICIT PLUVIOMETRIQUE AU SAHEL ET UN EXCEDENT AU SUD. DE MEME, LE MAXIMUM DE CONVECTION SE LOCALISE A DES ZONES BIEN PARTICULIERES DE CES PERTURBATIONS. CE TRAVAIL A MONTRE QUE L'OCCURRENCE ET L'ACTIVITE DES SYSTEMES PRECIPITANTS A L'ECHELLE REGIONALE POUVAIT APPARTENIR A UNE PERTURBATION DE GRANDE ECHELLE EN RELATION AVEC LA VARIABILITE CLIMATIQUE.
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Le cycle diurne est un mode de variabilité fondamental de la mousson Ouest-Africaine. Il est notamment observé à l'échelle locale sur l'évolution des propriétés de la couche limites atmosphériques mais aussi à des échelles plus importante sur la circulation de mousson et le développement de la convection profonde. En Afrique de l'ouest, ce mode de variabilité est peu documenté et encore mal représenté par les modèles numériques. Ainsi, ces travaux de thèse se basent tout d'abord sur l'analyse d'observations collectées pendant la campagne de mesures AMMA pour caractériser les cycles diurnes le long d'un transect méridien allant de la côte Guinéenne jusqu'au Nord du Sahel. On se focalise ici sur les basses couches atmosphériques et les structures verticales pendant les phases d'humidification et de mousson. Sur la base de cette étude, un cadre de modélisation a été développé pour analyser la représentation des cycles diurnes observés le long du transect méridien. Cette partie a permis de mettre en évidence des biais systématiques du modèle faisant entre autres intervenir les nuages et leur impact radiatif à la surface. Enfin, les mécanismes de déclenchement diurne de la convection ont été étudiés, plus précisément les couplages à méso-échelle entre l'initiation de convection profonde et les propriétés de surface. Cette étude, basée sur l'analyse combinée de données satellites documentant plus de 2000 initiations d'orages montre l'importance des gradients de propriétés de surface sur le déclenchement des systèmes convectifs au Sahel.
Author: Benjamin Sultan
Author: Benjamin Sultan
Author: Benjamin Sultan
Author: Christophe Lavaysse
Author: Christophe Lavaysse
Author: Dazangwendé Emmanuel Poan
Author: Emmanouil Flaounas
Author: Rémi Meynadier
Author: Samuel Louvet
Author: Arona Diedhiou
Author: Amanda Gounou