Interactions entre convection et écoulement de grande échelle au sein de la mousson de l'Afrique de L'Ouest PDF Download

Author: Ai͏̈da Diongue
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Languages : fr
Pages : 248

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Author: Cécile Kocha
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Dans un contexte de réchauffement climatique, la région d'Afrique de l'Ouest, où les sécherresses sont dévastatrices pour les populations, montre les plus fortes incertitudes sur l'évolution des précipitations. C'est aussi la première source de poussières désertiques au monde dont la production est en augmentation par la sur-exploitation des sols. Or ces poussières désertiques, associées à des épidémies de méningite, absorbent et diffusent le flux solaire entraînant alors une modification du taux d'échauffement atmosphérique. En modifiant le bilan radiatif atmosphérique elles sont alors succeptible d'influencer de la turbulence de fine échelle aux circulations atmosphériques de grande échelle. Seulement les processus en jeu dans les interactions entre les poussières désertiques et l'atmosphère sont très variés, complexes, et constituent une grande source d'incertitude dans la prévision numérique. Afin d'appréhender ces processus, un cadre de modélisation à été développé permettant à la fois la résolution explicite de la convection, la résolution du cycle de vie des poussières et de leur impact radiatif, et la prise en compte de leurs interactions sur toute l'Afrique de l'Ouest à échelle mensuelle. Sur un cas extrême de tempête de poussières en saison sèche, la forte quantité de poussières soulevée par le front entraîne une amplification par deux de la signature de la tempête. La modélisation explicite des poussières améliore la prévisibilité de la tempête. De manière plus statistique, pendant la mise en place de la mousson, en juin, la fréquente présence de poussières participe activement à l'initiation du saut de mousson. D'une part, en affaiblissant la dépression thermique Saharienne, un des principaux moteurs de la mousson, mais aussi, d'autre part, en renforçant le déplacement vers le nord du coeur de la zone de convergence inter-tropicale et des jets. A plus fine échelle, la présence de poussières impacte la localisation et le cycle diurne des systèmes convectifs. Les poussières modifient alors la couverture nuageuse dont les impacts radiatifs sont plus forts que l'effet direct des poussières. La prise en compte des effets semi-directs des poussières sont donc essentiels pour la prévision en Afrique de l'Ouest.

Author: Arona Diedhiou
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Languages : fr
Pages : 220

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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.

Author: Romain Roehrig
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La variabilité intrasaisonnière de la mousson d'Afrique de l'Ouest se caractérise par une alternance de phases sèches et humides, dont les impacts pe uvent être dramatiques sur les populations locales. Cette variabilité met en jeu un grand nombre d'échelles spatiales et temporelles, rendant difficile sa compréhension, sa modélisation et sa prévision. Cette thèse propose quelques éclairages sur ces différentes thématiques. La dépression thermique saharienne est un acteur majeur de la mousson africaine. La caractérisation de sa variabilité intrasaisonnière a permis de mettre en évidence, à l'échelle de 15 jours, l'existence d'interactions entre les latitudes moyennes et l'Afrique de l'Ouest. Lors de son passage au-dessus de l'Atlantique et la Méditerranée, un train d'ondes de Rossby module les ventilations de la dépression thermique, et donc sa structure. Les anomalies de circulation, de température et d'humidité, ainsi induites sur le Sahel, pourraient alors expliquer une partie des fluctuations intrasaisonnières de la convection, notamment celles qui naissent sur l'est du Sahel, et qui se propagent ensuite vers l'ouest. L'état moyen et la variabilité intrasaisonnière de la mousson africaine restent un défi pour les modèles de climat, même pour la dernière génération, qui a participé à l'exercice d'intercomparaison CMIP3. La variabilité à haute fréquence de la convection est un élément particulièrement difficile à modéliser. Toutefois, la meilleure prise en compte de facteurs inhibant le développement de la convection pourrait être une étape importante pour améliorer la modélisation de la mousson et la prévision de ses fluctuations intrasaisonnières.

Author: Christophe Lavaysse
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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.

Author: Christophe Lavaysse
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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.

Author: Rémi Meynadier
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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).

Author: Isabelle Tobin
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La convection profonde, phénomène à l'origine des orages, est un mécanisme clef dans les échanges d'eau et d'énergie du système climatique. Dans les Tropiques, ce phénomène s'organise sur une vaste gamme d'échelles spatio-temporelles, de la méso-échelle à l'échelle planétaire. L'objectif de cette thèse est de contribuer à la compréhension du rôle de cette organisation dans le système climatique. Des simulations idéalisées haute résolution de champs de nuages convectifs ont suggéré l'existence de relations entre l'état d'agrégation de la convection et l'atmosphère à grande-échelle. Afin de confronter ces résultats à la réalité, une méthodologie de diagnostic du degré d'agrégation de la convection a été développée pour examiner les relations statistiques entre l'état d'agrégation de la convection et l'état atmosphérique moyen à partir d'observations spatiales au-dessus des océans tropicaux. Nous avons montré à l'échelle synoptique et à méso-échelle que, lorsque la convection est agrégée, l'atmosphère est plus sèche, la nébulosité réduite, les flux radiatifs ondes longues au sommet de l'atmosphère plus intenses, le flux solaire réfléchi plus faible que lorsque la convection est dispersée. A l'échelle synoptique, la convection agrégée est également associée à des flux turbulents de surface renforcés. Ces résultats suggèrent que l'état d'agrégation module les interactions entre la convection et l'atmosphère de grande-échelle. Une représentation déficiente des états d'agrégation de la convection et des effets associés dans les modèles de circulation générale pourrait alors affecter les performances de modélisation et de la prévision du climat.

Author: Guylaine Canut
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Languages : fr
Pages : 174

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C'est à l'échelle de la turbulence que se produit l'entraînement d'air sec du flux d'Harmattan à l'intérieur du flux humide de Mousson. Ce processus de petite échelle est analysé dans le cadre du programme AMMA (Analyse Multidisciplinaires de la Mousson Africaine) qui vise a mieux renseigner et prévoir la mousson de l'Afrique de l'ouest. Les mesures atmosphériques réalisées par l'avion de recherche français ATR-42 et la modélisation des grands tourbillons (LES) sont complémentaires et permettent de documenter la structure verticale, moyenne et turbulente de la couche limite Sahélienne, de d'écrire les intrusions d'air sec et leur contribution dans les transferts turbulents, de quantifier le processus d'entraînement, de tester les paramétrisations existantes et de les relier aux conditions de grande échelle, et aux caractéristiques de la couche limite et de ses interfaces, notamment du cisaillement de vent Mousson/Harmattan.

Author: Emmanouil Flaounas
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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.