5.6 Cyclone tropical

1
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
2
5.6.4 Prévision cyclonique
Déplacement du cyclone Marée de tempête
Situations synoptiques favorables Situations
synoptiques défavorables Variabilité
interannuelle Techniques de prévision
sommaire cyclone
3
5.6.4 Prévision cyclonique déplacement du
cyclone

• Léquation du tourbillon pour une atmosphère
  barotrope, hors couche limite, sécrit

(1)
Développons le membre de gauche
évolution eulérienne de f égale à 0
0
(2)
(1) (2) ? (3)
? Lévolution eulérienne de ?r donne le
déplacement du cyclone
sommaire prévi cyclonique
4
5.6.4 Prévision cyclonique déplacement du
cyclone

Contribution de
effet directeur de lenvironnement

• Le déplacement du cyclone est donné en 1er ordre
  par le flux de grande échelle qui
  advecte alors le tourbillon relatif ?r
• Diverses études ont montré que ce facteur permet
  dexpliquer 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 lO.
  aux basses latitudes car on observe des vents
  dE. sur lensemble de la troposphère dans
  lhémisphère dété tropical.
• Sur le Pacifique NO, les cyclones se déplacent
  vers le SE à cause du flux de mousson de NO.

Trajectoires et vitesses usuelles des cyclones
tropicaux Les cartouches indiquent les
déplacements en km/h. Source Neumann, 1993
5
5.6.4 Prévision cyclonique déplacement du
cyclone

Évolution de ?r avec cette seule contribution
1. Hémisphère Nord

• ß ? f/ ? y gt0
• à lO. du cyclone, vlt0 , doù ßv gt0
• ? la circulation cyclonique produit du tourbillon
  
• cyclonique à lO. et anticyclonique à lE.

cyclone
2. Hémisphère Sud
y

• ß ? f/ ? y lt0
• à lO. du cyclone,
• vgt0 , doù ßv gt0
• ? idem hémisphère nord

Eq.
x
d?r/dtlt0
d?r/dtgt0
sommaire prévi cyclonique
6
5.6.4 Prévision cyclonique déplacement du
cyclone
leffet ßeta
Contribution de

- Leffet ß, en absence de flux directeur, aura
donc tendance à déplacer le cyclone vers lO.
dans les deux hémisphères - Dans le cas où le
flux est dE., leffet accentue la vitesse du
cyclone vers lO.

sommaire prévi cyclonique
7
5.6.4 Prévision cyclonique déplacement du
cyclone


Effet secondaire de la dérive de
Rossby
champ de d?r/dt centré sur un cyclone, en absence
de flux directeur
Nord
d?r/dtlt0
d?r/dtgt0
Eq.

• Apparition de 2 circulations secondaires liées
  aux ?r générés par leffet ß
• Leffet résultant de ces 2 circulations opposées
  provoquent la dérive du cyclone vers les
• pôles (dans les deux hémisphères)

Bilan Dans lhémisphère nord, en absence de
flux directeur, la composition de leffet ß
et de la dérive de Rossby a pour
conséquence de déplacer un cyclone vers le NO
dans lhémisphère sud, vers le SO.
sommaire prévi cyclonique
8
5.6.4 Prévision cyclonique déplacement du
cyclone
Influence de la dérive de Rossby sur la
trajectoire

• La vitesse de la dérive de Rossby dépend de
  lintensité et de lextension du vortex. Plus
  précisément, la dérive vers les pôles saccélère
  lorsque le moment angulaire rV? saccroît.
• Ce processus explique pourquoi un cyclone en
  phase de maturité (puissant et de grand diamètre)
  se déplace plus vite vers les pôles quen phase
  initiale.
• La dérive de Rossby a aussi une autre
  conséquence
• 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)
• Pour résumer, pour bien prévoir la trajectoire
  dun cyclone, il est important de prévoir
  correctement son intensité

sommaire prévi cyclonique
9
5.6.4 Prévision cyclonique déplacement du
cyclone
Influence de lenvironnement synoptique sur la
trajectoire

• Quand un cyclone approche un thalweg, il est
  très difficile de prévoir le point dinflexion de
  la trajectoire ( lieu de recourbement)
• Effet Fujiwhara lorsque 2 cyclones évoluent à
  proximité (lt 1500 km), ils sattirent
  mutuellement en tournant lun autour de lautre

sommaire prévi cyclonique
10
5.6.4 Prévision cyclonique
Déplacement du cyclone Marée de tempête
Situations synoptiques favorables Situations
synoptiques défavorables Variabilité
interannuelle Techniques de prévision
sommaire cyclone
11
5.6.4 Prévision cyclonique Marée de tempête
Lorsquun 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 lintérieur 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 1. La baisse de pression ( en anglais
pressure surge) le niveau de la mer
sélève denviron 1 mètre pour une baisse de
pression de 100 hPa. 2. Les vents dafflux (en
anglais wind-driven surge) résultent des effets
combinés du fetch et de la topographie
sous-marine côtière

Source daprès Chris Landsea et le site de
la NOAA http//www.aoml.noaa.gov/hrd/tcfaq/C1.html

sommaire prévi cyclonique
12
5.6.4 Prévision cyclonique Marée de tempête

• 2. Les vents dafflux (suite)
• La tension de vent générée par de forts vents
  continus déplace leau de mer en surface
• (fetch). Ces eaux se dirigent vers la côte dans
  le ½ cercle des vents dafflux et sen éloignent
• dans le ½ cercle des vents de reflux.
• Dans lhémisphère nord (respec. sud), les vents
  dafflux se situent dans le ½ cercle
• droit (respec. gauche) du cyclone et dirigent peu
  à peu les masses deau vers les hauts-fonds
• ( onde de gravité dans un modèle en eau peu
  profonde)

gt à lorigine dune élévation du niveau de la
mer de 6 à 10 m dans le ½ cercle droit (HN) aussi
appelé 1/2 cercle dangereux
Hémisphère nord
Source Mayençon R., 1982
sommaire prévi cyclonique
13
5.6.4 Prévision cyclonique Marée de tempête
Le ½ cercle dangereux une autre raison
importante ! Prenons un exemple pour comprendre
vent observé
vitesse du vortex 20kt
vitesse de vent relatif au repère du cyclone
70 kt
70 20 90 Kt
hémisphère nord
E
W
70 - 20 50 Kt
sommaire prévi cyclonique
14
5.6.4 Prévision cyclonique
Déplacement du cyclone Marée de tempête
Situations synoptiques favorables Situations
synoptiques défavorables Variabilité
interannuelle Techniques de prévision
sommaire cyclone
15
5.6.4 Prévision cyclonique Situations
synoptiques favorables


Cas 1 poussée de flux sur lOcéan Indien Nord

• Cette situation synoptique favorable à la
  cyclogénèse se produit, entre décembre et
  février, lorsque le flux de mousson dhiver
  venant dIran-Arabie saccélère et génère sur le
  nord de lOcéan Indien une hausse de pression de
  1 à 2 hPa en basses couches (phénomène de cold
  surge tracé ici comme un pseudo-front froid
  définition du cold surge au chap 6.5).
• 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 dun cyclone
  tropical qui se développe plusieurs jours après
  
• dans lhémisphère dhiver si les conditions de
  TSM sont favorables

Exemple de situation de surface entre décembre
et février
a
Eq.
ZCIT
Source F. Beucher, Météo-France
A
sommaire prévi cyclonique
16
5.6.4 Prévision cyclonique Situations
synoptiques favorables

Cas 2 renforcement des alizés sur lOcéan
Indien Sud

• Un déplacement vers le nord ou une
  intensification de lanticyclone des Mascareignes
  entraîne un renforcement des alizés sur lOcéan
  Indien Sud.
• Sensuit une augmentation du cisaillement
  horizontal de vent et du tourbillon relatif
  favorables à la genèse de cyclones tropicaux sur
  lOcéan Indien Sud

Exemple de situation en surface entre décembre à
février
Alizés renforcés
Eq.
ZCIT
Source F. Beucher, Météo-France
A
sommaire prévi cyclonique
17
5.6.4 Prévision cyclonique Situations
synoptiques favorables

Cas 3 Divergence en Haute Troposphère

• La divergence en haute troposphère permet
  déliminer 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) dun cyclone permettent
  dorganiser la divergence du cyclone en 1 ou 2
  puissantes branches.
• Exemple dans lhémisphère 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

Exemple de situation en haute troposphère entre
décembre et février. Source F. Beucher,
Météo-France
Indonésie
Eq.
H
TEJ
JOST
sommaire prévi cyclonique
18
5.6.4 Prévision cyclonique
Déplacement du cyclone Marée de tempête
Situations synoptiques favorables Situations
synoptiques défavorables Variabilité
interannuelle Techniques de prévision
sommaire cyclone
19
5.6.4 Prévision cyclonique Situations
synoptiques défavorables

• Quelle sont les conséquences dun atterissage
  dun cyclone ?
• A courte échéance
• laugmentation de la rugosité de surface (i.e
  des forces de frottement) peut temporairement
  renforcer la convergence de basses couches et
  donc lintensité du cyclone.
• A plus longue échéance
• - le mur est détruit car la partie divergente en
  haute troposphère va beaucoup plus vite que la
  partie convergente de basses couches ralentie par
  la hausse de rugosité.
• - le cyclone tropical saffaiblit aussi parce
  quil ne dispose plus des sources dénergie
  nécessaires au fonctionnement de la machine
  thermique (on rappelle que cest locéan qui
  fournit lentropie au moteur thermique).

sommaire prévi cyclonique
20
5.6.4 Prévision cyclonique Situations
synoptiques défavorables

• Sur océans
• Hormis un déplacement sur le courant Kuroshio ou
  le Gulf Stream, au nord de 25 de latitude, la
  TSM est trop fraîche pour fournir lentropie
  nécessaire (chaleur sensible et latente) au bon
  fonctionnement de la machine thermique
  affaiblissement du cyclone.
• Un fort cisaillement vertical de vent ( gt12 m/s
  entre la surface et la haute tropo.)
• -incline trop le mur du cyclone et favorise
  ainsi le découplage entre la basse et la haute
  troposphère.
• -ventile trop rapidement la chaleur produite
  par la convection profonde ce qui limite
  fortement la chute de pression en surface
  (facteur défavorable au stade de
• dépression tropicale et non pas
  de cyclone tropical)
• -favorise les intrusions dair sec en haute et
  moyenne troposphère ce qui
• détruit ou empêche le
  développement des cyclones.

sommaire prévi cyclonique
21
5.6.4 Prévision cyclonique Situations
synoptiques défavorables

• Quest ce quune couche dair saharienne (SAL) ?
  
• Comment un SAL influence un cyclone ?
• . Les couches dair sahariennes proviennent de
  puissantes tempêtes de poussière qui ont pris
  naissance sur les déserts du NO de lAfrique en
  fin de printemps, été ou début dautomne.
• . Une couche dair saharienne peut traverser
  lAtlantique jusquaux Caraïbes
• . Une couche dair saharienne
• -sétend entre 1500-6000 m dépaisseur,
• -est associée à de lair sec (50 dHU en
  moins que dans un RS tropical typique)
• -saccompagne de forts vents (20-50 kt).
• . ANASYG tropical advection de sable
• . Un SAL a un impact négatif sur la fréquence et
  lintensité des cyclones le cisaillement
  vertical de vent et lair sec ont une influence
  néfaste alors que limpact des poussières nest
  pas encore clairement établie (a priori stoppe l
  intensification ?)
• . 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
22
5.6.4 Prévision cyclonique Situations
synoptiques défavorables

• Détection dun SAL (Source NOAA GOES 12)
• satellite IR
• satellite visible

sommaire prévi cyclonique
retour mousson africaine
23
5.6.4 Prévision cyclonique Situations
synoptiques défavorables


Influence dun 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
24
5.6.4 Prévision cyclonique
Déplacement du cyclone Marée de tempête
Situations synoptiques favorables Situations
synoptiques défavorables Variabilité
interannuelle Techniques de prévision
sommaire cyclone
25
5.6.4 Prévision cycloniquevariabilité
interannuelle El Niño

• Rappel El Niño (EN) correspond à une anomalie
  climatique sur le Pacifique résultant de
  couplages complexes entre locéan (modification
  des TSM) et latmosphère (modifications de la
  pression, alizés, localisation convection).

• Globalement, pendant El Niño, on observe une
  diminution du nombre des cyclones surtout aux
  basses latitudes.
• Sur lAtlantique, El Niño est défavorable au
  développement des cyclones tropicaux car on
  observe en haute troposphère de forts
  cisaillements verticaux douest (JOST plus zonal
  que les années normales)

Impact dEl Niño sur la fréquence des tempêtes
tropicales. Sources daprès Gray 84a, Chan 85,
Dong 88, Lander 94
sommaire prévi cyclonique
26
5.6.4 Prévision cycloniquevariabilité
interannuelle El Niño

• Sur lAtlantique, pendant EN, loccurrence de
  thalwegs augmente dans les
• subtropiques doù un accroissement du nombre
  de cyclones aux hautes latitudes et
• une diminution aux basses latitudes.

Impact dEl Niño sur la localisation des tempêtes
tropicales
Sources daprès Gray 84a, Chan 85, Dong 88,
Lander 94
sommaire prévi cyclonique
27
5.6.4 Prévision cycloniquevariabilité
interannuelle QBO (phase ouest)

Rappel lOscillation Quasi-Biennale (QBO)
correspond à une alternance quasi-périodique de
13 mois de vents dest suivis de 13 mois de vents
douest dans la basse et moyenne stratosphère
tropicale (entre 23 et 30 km).

Impact de la phase ouest de la QBO sur la
fréquence des tempêtes tropicales
Sources daprès Hastenrath et Wendland 79,
Shapiro 82, Gray 84a
sommaire prévi cyclonique
28
5.6.4 Prévision cycloniquevariabilité
interannuelle QBO (phase ouest)

• Pendant la phase ouest de la QBO, lintensité
  des cyclones saccroît partout sur le globe.
• Pendant la phase de vent dest de la QBO (figure
  non montrée) les cyclones sont moins intenses car
  on pense, que le cisaillement vertical de vent,
  alors plus intense quau cours de la phase ouest,
  est propagé de la basse stratosphère vers la
  haute troposphère ce qui affaiblit les cyclones .

Impact de la phase ouest de la QBO sur
lintensité des tempêtes tropicales

Sources daprès Hastenrath et Wendland 79,
Shapiro 82, Gray 84a
retour 4.2.2 QBO
sommaire prévi cyclonique
29
5.6.4 Prévision cyclonique
Déplacement du cyclone Marée de tempête
Situations synoptiques favorables Situations
synoptiques défavorables Variabilité
interannuelle Techniques de prévision
sommaire cyclone
30
5.6.4 Prévision cyclonique Techniques de
prévision

• Jusquà lavènement des satellites, pour estimer
  lintensité dun vortex situé sur océan,
  lanalyse se reposait uniquement sur les
  observations des bateaux, lexpérience des
  previsionnistes et une climatologie régionale des
  tempêtes tropicales.
• Encore aujourdhui, la reconnaissance par avion
  reste la technique la plus fiable pour connaître
  lintensité dun vortex mais ce système coûte
  très cher et peu de services météorologiques
  peuvent se loffrir.
• 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 dalerte

sommaire prévi cyclonique
31
5.6.4 Prévision cyclonique Techniques de
prévision images satellites

• 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 lintensité des vortex tropicaux à une
  échéance de 24 heures.
• La technique de Dvorak se base sur lanalyse
  dimages satellites plus la différence de
  température est importante entre lœil (chaud) et
  lenvironnement du cyclone (sommet froid des
  nuages), plus le cyclone est estimé intense.
• Cette technique fournit une prévision fiable de
  lintensité du vortex jusquà une échéance de 24
  h http//www.nhc.noaa.gov/satellite.shtml
  (rubrique More
• 
  
  Satellite Imagery)

Mais attention ! ! Lestimation 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
léquilibre du vent de gradient, le rayon
contribue aussi à la vitesse du vent. Voir aussi
le paragraphe sur la conservation du moment
angulaire)
32
5.6.4 Prévision cyclonique Techniques de
prévision modèles de prévision
Divers modèles de prévision de trajectoires de
cyclones tournent en opérationnel pour
lAtlantique et le Pacifique NE Exemple de
cartes produites par lun 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 Le modèle de référence,
appelé CLIPER (CLImatologie et PERsistance), est
un modèle statistique à régression multiples qui
intègre la climatologie des trajectoires à la
persistance du flux de lenvironnement (Alberson,
1998). Bien que surprenant, CLIPER était plus
performant que les modèles numériques jusquaux
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
33
5.6.4 Prévision cyclonique Techniques de
prévision modèles de prévision
3. Les modèles numériques
i. Le modèle Advection et ßeta (BAM) prévoit
les trajectoires des cyclones en intégrant des
vents horizontaux moyennés verticalement et
ajoute une correction qui tient compte de leffet
ßeta (marks, 92). Trois versions (shallow layer,
middle, deep) tournent 4 fois par jour depuis
1990.


ii. Un modèle couplé barotrope de prévision de
trajectoires de cyclones (VICBAR) tourne 4 fois
par jour 1990. Il utilise les analyses du NCEP
(Alberson and Demaria, 94).
iii. Les modèles NCEP Aviation et MRF (Lord, 93)
sont utilisés pour la prévision de trajectoire
depuis 1992. Ce sont des modèles globaux.
iv. Un modèle triplement couplé à maille variable
et équations primitives développé au Laboratoire
Géophysique de Fluides Dynamiques (Bender et al,
93), connu sous le nom de modèle 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
34
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, n3, 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 dOutre-mer, Rennes,
• 335p.
• Neumann, C. J., 1993 Global Overview. Chapter
  1, Global Guide to Tropical Cyclone Forecasting,
  WMOTC-N560, 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