Documentation et interprétation physique de la variabilité intrasaisonnière de la mousson africaine; application à la prévision PDF Download
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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 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 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.
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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.
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.
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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Les océans expliquent une part importante de la variabilité des pluies de mousson en Afrique de l'ouest. Quels sont les mécanismes physiques de ces interactions océan- atmosphère ? Comment sont-elles reproduites par les modèles de climat ? Ces deux questions sont ici abordées, en séparant d'emblée les échelles de temps interannuelles et décennales, et en confrontant les simulations réalisées pour le 4e rapport du Groupe intergouvernemental d'experts sur l'évolution du climat (GIEC) aux données observées du xxe siècle. À l'échelle interannuelle, les anomalies de température à la surface du Pacifique équatorial, du golfe de Guinée, et de la Méditerranée sont statistiquement liées aux anomalies des pluies d'Afrique de l'ouest. La question de la stationnarité de ces liens au cours du xxe siècle est brièvement abordée. Les mécanismes physiques sont ensuite appréhendés dans les réanalyses atmosphériques et dans les simulations couplées du GIEC. Pour comprendre le comportement du modèle du Centre national de recherches météorologiques (CNRM), différentes expériences de sensibilité sont réalisées en prescrivant à l'océan une tension de vent réanalysée, sur le Pacifique tropical ou sur tout globe. Une simulation atmosphérique avec des températures de surface prescrites est aussi utilisée pour discuter du rôle du couplage océan-atmosphère. Étant donné le caractère saisonnier de la mousson africaine, le phasage temporel de la variabilité océanique doit être considéré avec attention. Dans les modèles couplés, les biais de l'El Niño-Southern Oscillation (ENSO) et de l'Atlantic Niño conduisent en effet à des interactions océan-mousson différentes de celles observées. À terme, une meilleure compréhension et simulation de la variabilité océanique et de ses influences pourrait permettre d'améliorer les scores de prévision saisonnière sur l'Afrique de l'ouest.
Author: Dazangwendé Emmanuel Poan
Author: Dazangwendé Emmanuel Poan
Author: Romain Roehrig
Author: Christophe Lavaysse
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Author: Benjamin Sultan
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Author: Samuel Louvet
Author: Rémi Meynadier
Author: Mathieu Joly
Author: Hanh Nguyen