UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE D’ANTANANARIVO

DEPARTEMENT METEOROLOGIE

Mémoire de fin d’étude en vu de l’obtention du diplôme d’ingénieur

en Météorologie

Présenté par: Mr CHAMSOUDINE Charani

Intitulé:

CONTRIBUTON A LA SIMULATION NUMERIQUE DE LA CYCLOGENESE DANS LE CANAL DE MOZAMBIQUE EN UTILISANT LE MODELE MM5: CAS DU CYCLONE ELITA DU 24 JANVIER 2004 AU 13 FEVRIER 2004

Soutenu publiquement le: 25 Avril 2009

Membres de jury:

Président: Professeur RAMANANTSIZEHANA Pascal, Directeur de l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo.

Examinateurs:

- Monsieur RANDRIANASOLO Léon, Chef du Département Météorologie à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo. - Madame RAHARIVELOARIMIZA Samuëline, Docteur et Ingénieur en Chef à la Direction Générale de la Météorologie Malagasy. - Mademoiselle RAKOTODRAFARA Marie-Louise, Ingénieur de la Météorologie

Rapporteur: RAKOTOVAZAHA Olivier, Maitre de Conférence à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo

Promotion: 2008

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE D’ANTANANARIVO

DEPARTEMENT METEOROLOGIE

Mémoire de fin d’étude en vu de l’obtention du diplôme d’ingénieur

en Météorologie

Présenté par: Mr CHAMSOUDINE Charani

Intitulé:

CONTRIBUTON A LA SIMULATION NUMERIQUE DE LA CYCLOGENESE DANS LE CANAL DE MOZAMBIQUE EN UTILISANT LE MODELE MM5: CAS DU CYCLONE ELITA DU 24 JANVIER 2004 AU 13 FEVRIER 2004

Soutenu publiquement le: 25 Avril 2009

Membres de jury:

Président: Professeur RAMANANTSIZEHANA Pascal, Directeur de l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo.

Examinateurs:

- Monsieur RANDRIANASOLO Léon, Chef de Département Météorologie à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo. - Madame RAHARIVELOARIMIZA Samuëline, Docteur et Ingénieur en Chef à la Direction Générale de la Météorologie Malagasy. - Mademoiselle RAKOTODRAFARA Marie-Louise, Ingénieur de la Météorologie

Rapporteur: RAKOTOVAZAHA Olivier, Maitre de Conférence à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo

Promotion: 2008

« La plus grande faillite d’un être humain, c’est de perdre son enthousiasme. S’il sait le conserver, peu porte ne l’abandonne, le succès le favorisera sûrement de nouveau ».

REMERCIEMENTS

Le présent mémoire marque la fin de mes trois années d’études en météorologie à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo. Il est non seulement le fruit de mes efforts personnels mais aussi celui du labeur de certaines personnes que nous tenons à remercier.

A l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo, mes hommages vont:

A monsieur RAMANANTSIHENA Pascal , professeur titulaire et directeur de l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo d’avoir accepté la présentation de cette soutenance et d’être aussi le président de cette séance

A monsieur RANDRIANASOLO Leon Irenée , chef de département météorologie pour l’accueil dans son département, l’appui logistique et matériels dont j’ai bénéficié durant mes études, mais aussi pour les cours qu’il nous a dispensé.

Nous tenons à exprimer notre profonde gratitude et reconnaissances à notre encadreur, monsieur RAKOTOVAZAHA Olivier , maitre de conférences à l’université d’Antananarivo et enseignant à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo. Ses directives judicieuses et son soutien permanant nous ont permis de mener à bien ce travail dans un environnement calme; ses critiques toujours constructives sur ce mémoire nous ont permis également d’améliorer sa lisibilité.

Nos remerciements vont aussi à madame RAHARIVELOARIMIZA Samueline , docteur et ingénieur en chef à la direction générale de la météorologie malagasy, pour l’honneur qu’elle nous a fait en acceptant d’examiner ce travail.

Nous remercions également à mademoiselle RAKOTODRAFARA Marie-Louise , Ingénieur de la météorologie d’avoir accepter d’être parmi les membres du jury.

Il serait tellement injuste de ne pas évoquer ici les ingénieurs travaillant au poste de contrôle de la direction générale de la météorologie, plus particulièrement l’ingénieur FANIRIANTSOA Rija Fidèle . Grace à eux, j’ai pu configurer ma machine. Merci pour tout.

En fin j’invite ma mère, mon père , toutes mes sœur à trouver ici leur satisfaction, plus particulièrement ma grande sœur madame MOINAFATIMA Charani pour son soutien moral et financier depuis mon enfance. Je le sais chacun de vous a pu faire d’une manière ou d’une autre un sacrifice pour que je réussisse dans mes études .

i

TABLE DES MATIERES mémoire de fin d’étude

TABLE DES MATIERES

REMERCIEMENTS……………………………………………………………………………………………………………..…………....i

TABLE DE MATIERE……………………………………………………………………………………………..…………………………ii

LISTE DES FIGURES…………………………………………………………………………………………………….………………….vi

LISTE DES ABBREVIATIONS……………………………………………………………………………………….…………..…….viii

LISTE DES TABLEAUX……………………………………………………………………………………………………….…………….xi

INTRODUCTION ...... …1

PARTIE 1: LE CANAL DE MOZAMBIQUE ...... …3

1-1- ...... Situation géographique du canal de Mozambique ...... …3 1-2- Aspects Hydrodynamique du canal ...... …3

2-1- Variation saisonnière des aspects hydrodynamique du canal de Mozambique ...... …5

2-1-1- Variation de la salinité et de température ...... …5

2-1-2- Circulation dans le canal de Mozambique ...... 12

PARTIE 2: LA CYCLOGENESE ...... 16

2-1- Définition du cyclone ...... 16

2-2- Naissance du cyclone ...... 16

2-2-1- Condition nécessaire à la cyclogenèse ...... 16

a - Température de la surface de la mer élevée ...... 16 b - Forte humidité relative en moyenne troposphère ...... 17

ii

TABLE DES MATIERES mémoire de fin d’étude

c - Faible cisaillement verticale du vent ...... 17 d - Existence d’une perturbation préexistante ...... 17 e - Force de Coriolis suffisante ...... 18 f - Divergence en haute troposphère ...... 19 2-2-2- Formation initiale du cyclone ...... 19

2-3- Condition synoptique favorable...... 19

2-4- Source d’énergie ...... 20

2-4-1- Flux de chaleur ...... 20

2-4-2- Processus Radiatif ...... 21

2-5- Maturité du cyclone ...... 21

2-5-1- Circulation de l’air et force en présence ...... 21

2-5-2- Relations Thermodynamiques ...... 23

2-6- Déclin du cyclone ...... 23

2-6-1- Propagation ...... 23

2-6-2- Dégénérescence ...... 24

2-7- Interactions d’échelles ...... 24

PARTIE 3: MODELE NUMERIQUE (MM5) ...... 26

3-1- Présentation du modèle et théories mathématiques ...... 26

3-1-1- Présentation du modèle (MM5) ...... 26

3-1-2- Théorie mathématique ...... 27

A - Equation de pression ...... 27 B - Différenciation spatiale ...... 30 C - Différenciation temporelle ...... 31 D - Calcul des conditions aux bords ...... 32

iii

TABLE DES MATIERES mémoire de fin d’étude

3-2- Mise en œuvre du modèle (MM5) ...... 33

3-2-1- Les modules du modèle (MM5) ...... 35

A - Terrain ...... 35 B - Regrid ...... 36 C - Interpf ...... 37 D - MM5 ...... 40 3-2-2- Emboîtement ...... 42

A - Emboîtement pour les données Topographique...... 42 B - Nestdown ...... 45 3-2-3- Assimilation des données ...... 46

PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULATS ET REMARQUES ...... 49

4-1- Description du cyclone ELITA ...... 49

4-2- Configuration du modèle utilisée (MM5) ...... 54

4-2-1- Donnée d’entrée fixe ...... 56

4-2-2- Donnée d’entrée variable ...... 56

4-3- Interprétations des résultats obtenus ...... 57

4-3-1- Température de la surface de la mer ...... 57

a -Définition ...... 57 4-3-2- Le vent ...... 60

a - Définition ...... 60 b - Interprétation ...... 68 4-3-3- La température de l’air ...... 68

a - Définition ...... 68 b - Interprétation ...... 72 4-3-4- La température potentielle équivalente...... 72

iv

TABLE DES MATIERES mémoire de fin d’étude

a - Définition ...... 72 b - Interprétation ...... 74 4-3-5- Humidité relative ...... 74

a - Définition ...... 74 b -Interprétation ...... 78 4-3-6- Divergence horizontale ...... 78

a - Définition ...... 78 b - Interprétation ...... 81 4-3-7- Vorticité relative ...... 81

a - Définition ...... 81 b - Interprétation ...... 84 CONCLUSION ...... 85

ANNEXES

RESUME

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LISTE DES FIGURES mémoire de fin d’étude

LISTE DES FIGURES

Figure 1: Le canal de Mozambique ...... 3 Figure 2: Circulation superficielle dans le canal de Mozambique ...... 5 Figure 3: Variation de la salinité des eaux et de surface ...... 6 Figure 4: Variation méridionale de la salinité ...... 7 Figure 5: Variation de la salinité en fonction de profondeur ...... 8 Figure 6: Variation de la température des eaux et de surface ...... 9 Figure 7: Variation méridionale de la température ...... 10 Figure 8: Variation de la température en fonction de la profondeur ...... 11 Figure 9: Variation méridionale de la salinité ...... 12 Figure 10: Variation de la composante méridionale de la vitesse ...... 13 Figure 11: Schéma illustratif des tourbillons plus fréquents dans le canal ...... 14 Figure 12: ...... 18 Figure 13: Structure d’un cyclone ...... 22 Figure 14: Structure du modèle MM5 ...... 27 Figure 15: Grille d’Arakawa de type B ...... 30 Figure 16: Description de pas de temps ...... 32 Figure 17: Emboîtement des données topographiques ...... 43 Figure 18: Trajectoire du cyclone ELITA ...... 52 Figure 19: Image satellite ...... 53 Figure 20: Domaine 1 ...... 55 Figure 21: Domaine 2 ...... 55 Figure 22: Domaine globale de calcul ...... 56 Figure 23: Température de la surface de la mer du 22/01/04 ...... 58 Figure 24: SST et Pression au niveau de la mer du 23/01/04 ...... 58 Figure 25: SST et Pression au niveau de la mer du 24/01/04 ...... 59 Figure 26: SST et Pression au niveau de la mer du 25/01/04 ...... 59 Figure 27: SST et Pression au niveau de la mer du 26/01/04 ...... 60 Figure 28: Vent horizontal du 22/01/04 ...... 60 Figure 29: Vent zonal, Vent méridien et vecteur vent du 22/01/04 ...... 61 Figure 30: Vent zonal, méridien et vent horizontal du 23/01/04 ...... 61 Figure 31: Vent zonal, méridien et vent horizontal du 24/01/04 ...... 62 Figure 32: Vent zonal, méridien et vent horizontal du 25/01/04 ...... 62

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LISTE DES FIGURES mémoire de fin d’étude

Figure 33: Vent zonal, méridien et vent horizontal du 26/01/04 ...... 63 Figure 34: Vent vertical du 22/01/04 ...... 63 Figure 35: Vent vertical du 24/01/04 ...... 64 Figure 36: Vent zonal et méridien à 850 hpa ...... 65 Figure 37: Ligne de courant à 850 hpa ...... 65 Figure 38: Ligne de courant à 200 hpa ...... 66 Figure 39: Profil de la vitesse vertical W ...... 66 Figure 40: Profil vertical du vent zonal ...... 67 Figure 41: Profil vertical du vent méridien ...... 67 Figure 42: Température de l’air du 22/01/04 ...... 69 Figure 43: Température de l’air du 23/01/04 ...... 69 Figure 44: Température de l’air du 24/01/04 ...... 70 Figure 45: Température de l’air du 25/01/04 ...... 70 Figure 46: Température de l’air du 26/01/04 ...... 71 Figure 47: Profil vertical de la température de l’air ...... 71 Figure 48: Température potentielle équivalente de l’air du 22/01/04 ...... 72 Figure 49: Température potentielle équivalente de l’air du 24/01/04 ...... 73 Figure 50: Température potentielle équivalente de l’air du 26/01/04 ...... 73 Figure 51: Profil vertical de la température potentielle équivalente ...... 74 Figure 52: Humidité relative du 22/01/04 ...... 75 Figure 53: Humidité relative du 23/01/04 ...... 75 Figure 54: Humidité relative du 24/01/04 ...... 76 Figure 55: Humidité relative du 25/01/04 ...... 76 Figure 56: Humidité relative du 26/01/04 ...... 77 Figure 57: Profil vertical de l’humidité relative le 24/01/04 à 00TU ...... 77 Figure 58: Divergence à 850hpa ...... 79 Figure 59: Divergence à 500hpa ...... 79 Figure 60: Divergence à 150hpa ...... 80 Figure 61: Profil vertical de la divergence ...... 80 Figure 62: Vorticité relative du 22/01/04 ...... 81 Figure 63: Vorticité potentiel et vent horizontal ...... 82 Figure 64: Vorticité relative du 24/01/04 ...... 82 Figure 65: Vorticité relative du 26/01/04 ...... 83 Figure 66: Profil vertical ...... 83

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LISTE DES ABREVIATIONS mémoire de fin d’étude

LISTE DES ABREVIATIONS

AVN: Aviation

Clfrhi: Nuages supérieurs

Clfrlo: Nuages bas

Clfrmi: Nuages moyens

Capacité calorifique à volume constant

Capacité calorifique à pression constante

DIS: Résolution de la grille

GRIB: Griddet Binary Format

IFC: Intel Fortran Compilater

IFREST: Boolean déterminant si la simulation est un redémarrage à partir des résultants d’une simulation précédente

IFSAVE: Boolean déterminant s’il faut créer un fichier de sauvegarde pour ensuite pouvoir faire de sauvegarde à partir de ce fichier

IXTMR: Temps de redémarrage en minutes

Km/h: Kilomètre par heure

Kw/h: Kilowatt par heure

LS: Large scale correspondant à la valeur de la variable 2 à grande échelle

MCT: Model Calculat Tendency

NCAR: National Center for Atmospheric Research

NESTI: Coordonnées en y du point inférieur gauche du domaine par rapport à la grille mer viii

LISTE DES ABREVIATIONS mémoire de fin d’étude

NESTIX: Dimension de la grille en y

NESTJ: Coordonnées en x du point inférieur gauche du domaine par rapport à la grille mer

NESTJY: Dimension de la grille en x

FNL: NCEP Final Analysis

NOAA: National Ocean and Atmospheric Administration

NTYPE: Choix de résolution des données de topographie et de végétation

NSTTYP: Choix de l’emboitement

OMM: Organisation Météorologique Mondiale

P: pression atmosphérique

P’: pression de perturbation

Pression de référence

Pression de référence au niveau de la mer par, défaut 100000 pascal

PHIC: Latitude central du domaine de l’étude

Ps: Pression de surface

P*: Différence entre la pression au sol et la pression au sommet du modèle

Pslv: Pression au niveau de la mer

PSU: Pennsylvania State University

Pression au sommet du modèle pour l’état de référence

Différence angulaire entre l’axe des y de la grille et de la vrai Nord

Q: Chaleur ajoutée au système

Rc: Précipitation convective accumulée

Densité de l’air à l’état de référence

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LISTE DES ABREVIATIONS mémoire de fin d’étude

SST: Température de la surface de la mer

T: Température en degré Kelvin

Température à l’état de référence

T2m: Température à 2 mètre

Tg: Température au sol

TIMAX: Durée totale de la simulation en minutes

TISTEP: Pas de temps pour le domaine grossier

: Température de référence au niveau de la mer, par défaut à 275 °K

U: Composante zonal du vent

U10: Composante U à 10 mètre en m/s

V: Composante méridionale du vent

V10: Composante V à 10 mètre en m/s

W: Composante vertical du vent

W/ Watt par mètre carrée

XLONC: Longitude central du domaine de l’étude

ZCIT: Zone de Convergence Inter Tropicale

x

LISTE DES TABLEAUX mémoire de fin d’étude

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1: Paramètres du programme MM5 ...... 41

Tableau 2: Variables calculées ...... 42

Tableau 3: Paramètres fixes pour chaque domaine de calcul ...... 44

Tableau 4: Liste des paramètres à initialiser pour les deux types d’assimilation ...... 48

Tableau 5: Les iles influencées directement par ELITA ...... 50

Tableau 6: Influence sur Madagascar ...... 51

xi

INTRODUCTION mémoire de fin d’étude

INTRODUCTION

La météorologie est une science qui étudie le temps, qui est tributaire de l’atmosphère déterminé par des mesures ou des estimations. Ainsi, la modélisation numérique est l’une des méthodes que les chercheurs ainsi que les météorologistes utilisent pour essayer de prévoir le temps ou simuler les phénomènes météorologiques tels que les phénomènes de convection, l’orage, la cyclogenèse etc.……

Un modèle numérique est basé sur les lois physiques décrivant les processus atmosphériques ainsi que les processus de surface (par exemple la conservation d’énergie, les transformations de phases…..). Il nécessite des conditions initiales et des conditions aux bords appropriées ainsi qu’une méthode numérique pour résoudre dans le temps, le système complexe d’équations, correspondant à l’expression mathématique de lois physiques susmentionnées. Ces équations décrivent une grande variété de processus atmosphériques se déroulant à différentes échelles spatio-temporelle, comme le développement de système de base pression, les chute de neiges, le Foehn ou la convection estivale. Les calculs sont réalisés sur une grille tridimensionnelles, dans laquelle l’espacement verticale des niveaux n’est pas constants afin d’obtenir une résolution plus fine pour les conditions atmosphériques des bas niveaux.

Dans notre étude, qui est la contribution à la simulation numérique de la cyclogenèse dans le Canal de Mozambique, nous avons utilisé la version 3.7 qui est la dernière version du modèle numérique MM5. MM5 est un modèle à méso-échelle de l’université de pennsylvanie(PSV) et au centre national de la recherche atmosphérique développé par Anthes depuis 1970 dont les documents sont écrits par lui-même et Warner en 1978. C’est un modèle à air limitée, non-hydrostatique à coordonnée sigma qui consiste en la simulation ou la prévision numérique de la circulation atmosphérique à méso-échelle ou à l’échelle régionale. Nous avons choisi ce modèle grâce à son efficacité et à sa souplesse de le faire tourner. Notre travail est subdivisé en quatre parties; dans un premier temps, nous allons voir le Canal de Mozambique et l’aspect hydrodynamique du Canal. Puis, en second lieu, nous verrons la théorie générale de la formation d’un cyclone. La troisième partie se basera sur la présentation et la mise en application du modèle. Et enfin, la quatrième partie se consacrera sur l’interprétation des résultats du modèle, en utilisant le cas de la forte tempête tropicale ELITA

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INTRODUCTION mémoire de fin d’étude du 24 janvier 2004 jusqu’au 13 février 2004.Ce cyclone est formé dans le Canal de Mozambique.

N.B: Cette étude exige un ordinateur très préformât avec un système d’exploitation Linux et un compilateur fortran. Nous avons utilisé Intel Fortran Compilateur(IFC) pour compiler les programmes.

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PARTIE 1: LE CANAL DE MOZAMBIQUE mémoire de fin d’étude

PARTIE 1: LE CANAL DE MOZAMBIQUE

1. 1 Situation géographique du Canal de Mozambique

Le Canal de Mozambique (figure 1) est un bras de mer de longueur d’environ 1700 km sur un axe Nord Nord Est/Sud Sud Ouest et une largeur qui varie entre 350 à 830 km. Il se situe entre la cote orientale de l’Afrique et la cote occidentale de Madagascar, entre 10° et 40° de latitude Sud, il fait partie du bassin du Sud-Ouest de l’océan Indien. Les îles se trouvant dans le canal sont ALDABRA qui se trouve au Nord de Madagascar, les iles Glorieuse au Nord, les COMORES (grande comore, Moheli, Anjouan et Mayotte), JUAN DE NOVA et EUROPA qui se trouve au Sud-Ouest de Morondava.

Figure 1: Le Canal de Mozambique

1. 2 Aspects hydrodynamique du Canal de Mozambique

Pendant plusieurs années, plusieurs méthodes ont été développées avec l'intérêt de mieux décrire et comprendre les aspects hydrodynamiques des océans. La modélisation numérique figure comme une de ces méthodes et consiste à utiliser les équations de la conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de transport (circulation

3

PARTIE 1: LE CANAL DE MOZAMBIQUE mémoire de fin d’étude thermohaline), pour simuler le comportement des processus océaniques, couvrant une large variété d'échelles spatiales et temporelles avec des coûts relativement réduits.

Des chercheurs du centre d’océanologie de Marseille ont appliqué le modèle ROMS- Romstools (version IRD-Institut de Recherche pour le Développement) pour étudier les aspects hydrodynamiques du Canal de Mozambique. Le modèle ROMS ( Regional Ocean Modeling System) est un modèle multidisciplinaire qui focalise les phénomènes océaniques dans le domaine physiques, biogéochimiques, sédimentaires, etc. ( http://www .myroms.org ).

Comme nous l’avions dit, le Canal de Mozambique se situe dans la partie Ouest de l'océan Indien, séparant le Madagascar du continent Africain. Cette partie de l’océan Indien contribue significativement à la redistribution globale de masse, de chaleur, d’eau douce et autres propriétés (DiMarco, S.F. et al . 2002).

La couche de surface de l'océan Indien est caractérisée pour une variation saisonnière de la salinité et de la température. En été (Janvier- Février), dans la partie nord du Madagascar s'observent des salinités et des températures qui varient respectivement entre 34.5-35.0g/kg et 28.0-29.0°C. En hiver (Mai-Août), la température décroît jusqu'à 25.0-27.0°C et la salinité augment à environs 35.2g/kg. Par contre dans la partie sud, les eaux de surface sont caractérisées par des basses températures entre 24.0-25.0°C en été et 20.0-22.0°C en hiver et hautes salinités, entre 35.5-35.6g/kg à 30°S, pouvant arriver des salinités entre 35.2-35.3g/kg au voisinage de cette latitude (DiMarco, S.F. et al . 2002).

R. Saetre et A. Jorge Da Silva (1984) ont référé que la circulation, le long de la côte Mozambicaine, est caractérisé par trois cellules anticyclonique qui changent de position le long de la côte et par quelques petites gyres cycloniques (petites dépressions) (fig. 2). Ils ont aussi référé qu’une des gyres cycloniques, situé entre 17-19°S, résulte probablement des apports du fleuve du Zambèze. Le gyre e a été trouvé plus au large de la côte Africaine dans les mois de Février et Mars 1980 qui en Décembre 1978 était plus près de la côte .

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PARTIE 1: LE CANAL DE MOZAMBIQUE mémoire de fin d’étude

Fig.2. Circulation superficielle dans le canal de Mozambique, tirée de R. Saetre et A. Jorge Da Silva (1984)

Selon R. Saetre et A. Jorge Da Silva (1984), le transporte de masse dans le canal est fait par le courant du Mozambique (écoulement vers sud), considéré comme une partie du gyre subtropical anticyclonique, constitué par le courant sud Equatorial, le courant des Aiguilles et le flux nord de la zone de convergence subtropicale. La partie nord du courant du Mozambique est influencé par des vents des moussons ce que peut causer une variation en intensité et volume du transport dans le canal. Lutjeharms (1976), cité par R. Saetre et A. Jorge Da Silva (1984), a suggéré que le courant de Mozambique est la source majoritaire d’un flux dans le courant des Aiguilles, durant la saison des moussons.

2. 1 Variation saisonnière des aspects hydrodynamique du Canal de Mozambique

2. 1. 1 Variation de la salinité et de la température

La figure. 3 présente un cycle saisonnier de la distribution spatiale de la salinité des eaux de surface. Il apparaît que les eaux moins salées sont trouvés dans l'extrémité nord sur les deux rives du Canal, étant la plus basse valeur (d'environs 34.9g/kg) trouvé dans les mois d’Avril et Juillet, s'observant après une augmentation du teneur du sel lorsqu’on se déplace

5

PARTIE 1: LE CANAL DE MOZAMBIQUE mémoire de fin d’étude vers le sud, arrivant à 35.5g/kg. L’augmentation de la salinité dans le rive nord Africaine, dû probablement à la réduction des apports des eaux douces du Zambèze, vérifié dans le mois l'Avril, fait qu’ils trouvent les eaux plus salées au dessus de 21°S. La même tendance arrive dans la rive nord du Madagascar, lorsque se vérifie la diminution de l'extension des eaux moins salées, dans les mois de Juillet et Octobre, ce qui favorise l'augmentation de la salinité de surface. Cette tendance suggère que la salinité de surface dans l'extrémité nord est influencée par les apports d'eau douce.

Fig. 3. Variation de la salinité des eaux de surface, (A) Janvier, (B) Avril, (C) Juillet et (D) Octobre

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PARTIE 1: LE CANAL DE MOZAMBIQUE mémoire de fin d’étude

Observant le couple sud-nord de la salinité (figure. 4), il apparaît que la tendance (croissante vers le sud) observé pour les eaux de surface, dans la figure. 3, se vérifie jusqu'à la profondeur d'environ 500 m et que dans l'extrémité nord existe une couche de surface de salinité comprise entre 35-35.1g/kg qui se forme en Janvier, descendent jusqu'à environ 100 m de profondeur en Juillet et commence à disparaître en Octobre. Entre 700 à 1700 m de profondeur, s'observe une tendance contraire à ceux des eaux de surface, ayant la région sud les eaux moins salées (au dessous de 34.6g/kg) qui se propagent vers le nord, arrivant à la position de 1000 km (que correspond à environ 22°S). De 1500 m au fond, la salinité montre une tendance croissante arrivant à 34.8g/kg

Fig. 4. Variation méridionale de la salinité (Sud à gauche et Nord à droite), (A) Janvier, (B) Avril, (C) Juillet et (D) Octobre.

La figure. 5, correspond au couple vertical dans un transept Afrique-Madagascar, montre que les eaux dans la couche comprise entre la surface et 500 m ne sont pas homogènes

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PARTIE 1: LE CANAL DE MOZAMBIQUE mémoire de fin d’étude et que les eaux peu salées trouvées entre environ 600 à 1500 m occupent toute la largeur du canal et est moins importante dans le mois d'Avril.

Fig. 5. Variation de la salinité en fonction de la profondeur (Ouest à gauche et Est à droite), à environ 24°S, (A) Janvier, (B) Avril, (C) Juillet et (D) Octobre.

La figure. 6, qui correspond à la variation de la température de surface, montre que les eaux sont plus chaudes dans le mois de Janvier, arrivant à un maximum au dessus de 30°C, et plus froides dans le mois de Juillet, avec un maximal au dessous de 26°C. Les plus basses valeurs (au dessous de 21°C) sont trouvées dans les mois de Juillet et Octobre. Au contraire

8

PARTIE 1: LE CANAL DE MOZAMBIQUE mémoire de fin d’étude de la salinité, il apparaît que les eaux sont plus chaudes dans la région nord que dans la région sud du Canal, étant les valeurs les plus élevés trouvés dans le bord du Madagascar et les plus basses au dessous de 27°S sur la côte Africaine. Cette figure suggère que dans le mois de Janvier arrive un transport d'eau froide vers le nord par la côte Africaine, arrivant à environ 21°S

Fig. 6. Variation de la température des eaux de surface, (A) Janvier, (B) Avril, (C) Juillet et (D) Octobre.

La figure. 7. met en évidence une couche de surface de température élevée, important dans l’extrémité nord, arrivant plus au sud dans le mois d’Avril et qui arrive à la profondeur d'environ 100 m dans le mois de Juillet. Cette figue montre que la température décroît avec la profondeur arrivant au dessous de 5°C en environ 1600 m de profondeur.

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PARTIE 1: LE CANAL DE MOZAMBIQUE mémoire de fin d’étude

Fig. 7. Variation méridionale de la température (Sud à gauche et Nord à droite), (A) Janvier, (B) Avril, (C) Juillet et (D) Octobre.

Dans la coupe verticale dans le transect Afrique-Madagascar (figure. 8), on observe une variation saisonnière de la température et de l’extension de la couche de surface ce qui influence les couches au dessous, étant qu'elle est plus froide et profonde (arrivant à environs 100 m) dans le mois d’Avril et plus chaude et moins profond dans le mois de Janvier. En plus des environs 600 m au fond du Canal, les couches d'égale température se comportent comme celles trouvées dans la figure.7.

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PARTIE 1: LE CANAL DE MOZAMBIQUE mémoire de fin d’étude

Fig. 8. Variation de la température en fonction de la profondeur (Ouest à gauche et Est à droite), (A) Janvier, (B) Avril, (C) Juillet et (D) Octobre.

Analysant les caractéristiques des eaux de surface, on observe une variation saisonnière de la salinité et température dans le Canal. Pour le mois de Janvier qui correspond à l'été austral, l'extrémité nord du Canal présente des valeurs de la salinité et de la température qui varient respectivement entre 34.9-35.0g/kg et 28.0-29.0°C et que pour l'extrémité sud ils varient respectivement entre 34.0-35.0g/kg et 24.9-26°C. Pour le mois de juillet qui correspond à l’hiver austral, on trouve des valeurs qui varient entre 35.0-35.2g/kg et 24.0- 26.0°C pour la salinité et température dans l’extrémité nord et que pour l'extrémité sud ces valeurs varient entre 35.4-35.6g/kg et 20.9-22.0°C. Ces valeurs ressemblent à ceux trouvée par Wyrtki (1971) mentionné par DiMarco, S.F. et al . (2002), étant les différences maximales de 0.4 et 0.9°C pour la salinité et température.

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PARTIE 1: LE CANAL DE MOZAMBIQUE mémoire de fin d’étude

Le minimum de salinité trouvé entre 700 à 1700 m de profondeur, suggère un écoulement des eaux moins salées vers le nord du canal. L'augmentation de la salinité et les basses températures registrées après cette couche, suggère que ces masses d'eaux sont d'origine différente de celles en dessus. Cette tendance est en accord avec les données de Clowes et Deacon (1935), cité par DiMarco, S.F. et al . (2002), illustrée dans la figure.9.

Fig. 9. Variation méridionale de la salinité (sud à gauche et nord à droite), tirée de DiMarco, S.F. et al .

(2002).

2. 1. 2 Circulation dans le Canal du Mozambique

La Figure. 10 présentes la circulation méridionale et le champ de courant dans le Canal de Mozambique. Il apparaît que l’écoulement vers le Nord est plus faible dans le mois d’Avril, en dessous de 0.1 m/s, par rapport aux restants mois quand le maximum dépasse les 0.2 m/s, en même temps d'écoulement vers le Sud est d'égale intensité (environ 0.4 m/s) dans les quatre mois étudiés.

Analysant l'écoulement dans le Canal, il apparaît qu’il est caractérisé par des mouvements méridiens et des tourbillons, cycloniques et anticycloniques, avec une forte variation saisonnière. Cependant, l'écoulement méridien est plus intense pendant le mois de

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PARTIE 1: LE CANAL DE MOZAMBIQUE mémoire de fin d’étude

Janvier, tandis que le mois d'octobre est dominé par la présence de tourbillons. Il s'observe encore que dans le bord Sud du Madagascar les eaux provenant du nord sont déviées vers l’Ouest par les eaux qui rentrent dans le Canal, phénomène plus notable pendant les mois d’Avril et Juillet. Analysant la circulation dans le mois de janvier, on peut suggérer que les eaux froides trouvées à environs 21°S (figure. 6) proviennent de l'extrémité Sud du Canal.

Fig. 10. Variation de la composante méridionale de la vitesse (v), (A) Janvier, (B) Avril, (C) Juillet et (D) Octobre.

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PARTIE 1: LE CANAL DE MOZAMBIQUE mémoire de fin d’étude

Analysant les tourbillons on observe qu’il existe des structures qui sont présentes dans la plupart des mois étudiés, mais variant de position, extension et intensité. On observe aussi que ces structures tourbillonnaires sont plus fréquentes dans la coté ouest du Canal. Observant les écoulements méridiens qui interviennent dans la formation de ces structures comme aussi l'extension occupé pour eus, ils ont élaboré un schéma qui illustre la variation saisonnière, en terme d'extension et position de ces tourbillons (figure. 11).

Fig. 11. Schéma illustrative des tourbillons plus fréquents dans le canal

Analysant la figure. 11, on peut suggérer que les gyres nommés II,b,c,d et e sont situés proche aux gyres II,b,c,d et e, suggéré dans la fig. 2. La disparition du gyre b dans le mois d’Avril, coïncide avec la faible présence d'eau douce sur la rive nord Africaine, ce qui supporte la suggestion de R. Saetre et A. Jorge Da Silva (1984), que le gyre centré à environ 18°S résulte probablement des apports du fleuve du Zambèze, ce pendant que le gyre f n’est pas présent dans la circulation superficielle dans le Canal de Mozambique, que suggère avoir un écoulement linéaire, vers le nord et le sud. Cependant, la position, extension et intensité des gyres semble être liée à la rentrée d'eau dans le Canal, provenant de l'extrémité sud du Madagascar comme aussi au transport vers le sud.

Pour résumer tout ce qui a été dit plus haut, on peut dire que, la variation saisonnière de la salinité et de la température est dans l'intervalle prévu dans la littérature, ayant une différence inférieure respectivement à 1 et 2°C. La variation de ces paramètres avec la profondeur confirme l'existence des eaux Antarctiques intermédiaires et des eaux Atlantiques du fond.

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PARTIE 1: LE CANAL DE MOZAMBIQUE mémoire de fin d’étude

Nous confirmons aussi l'existence des structures cycloniques et anticycloniques et leur variation saisonnière. Cependant, il existe une structure cyclonique f, non prévue dans R. Saetre et A. Jorge da Silva (1984), dans la partie sud de la rive du Madagascar.

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PARTIE 2: LA CYCLOGENESE mémoire de fin d’étude

PARTIE 2: LA CYCLOGENESE

2. 1 Définition du cyclone

Les phénomènes tourbillonnaires se présentent sous diverses dénominations et comportent maintes définitions suivant les régions du globe où se produit ce type d’activité météorologique; aussi l’OMM (Organisation Météorologique Mondiale) a-t-elle décidé, par souci de compréhension, de rassembler toutes ces appellations sous le terme générique de « cyclone tropical », dont voici la définition: « perturbation d’échelle synoptique non accompagnée d’un système frontal, prenant naissance au-dessus des eaux tropicales ou subtropicales et présentant une activité convective organisée et une circulation dépressionnaire dite cyclonique plus intense en surface qu’en altitude » (Vocabulaire météorologique international, 1992).

2. 2. Naissance du cyclone

Les cyclones tropicaux sont généralement issus d’une zone perturbée préexistante au sein d’une masse d’air humide et instable (amas nuageux peu organisés, ligne de grains ou onde tropicale).

2. 2. 1. Conditions nécessaires à la cyclogenèse

Plusieurs conditions doivent être remplies pour qu’un cyclone tropical se forme. En général, on considère qu’un cyclone tropical s’est formé si le système possède des vents soutenus supérieurs ou égaux à 17m/s (34kt).

Pour que la cyclogenèse s’opère, il faut que certains paramètres soient simultanément présents:

a/ Températures de la mer élevées

Une température des eaux de surface supérieure à 26° C sur une profondeur d’au moins 50-60 m: cette source de chaleur (latente et sensible) alimente, sous forme de vapeur d’eau, le cyclone en énergie.

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PARTIE 2: LA CYCLOGENESE mémoire de fin d’étude

Il est important de noter que plus les températures de la mer sont élevées, plus la température potentielle équivalente est forte dans les bases couches de l’atmosphère et, par voie de conséquence, l’instabilité conditionnelle est importante.

Un gradient horizontal de température est observé dans les zones à forte température. Ainsi une parcelle d’aire en surface allant de la périphérie des cyclones vers le centre, va remplacer la chaleur perdue par l’expansion adiabatique par de la chaleur gagnée de la surface océanique. La parcelle atteindra le mur de l’œil avec plus de flottabilité que l’air entourant le cyclone. Si une parcelle d’air subit une baisse de pression de 60hpa le long de sa trajectoire vers le centre, elle doit se refroidir adiabatiquement de 5°C, mais il a été observé qu’elle maintient sa température. La raison est que l’océan réchauffe la parcelle

b/ Fortes humidités relatives en moyenne troposphère Un taux d’humidité relative élevée (surtout entre 4 et 8 km d’altitude au sein de la moyenne troposphère): cette humidité permet d’alimenter les précipitations, de libérer la chaleur latente et de limiter le refroidissement qui accompagnerait l’évaporation des nuages et des précipitations.

c/ Faible cisaillement vertical du vent Un faible cisaillement vertical du vent horizontal dans toute la troposphère, c’est à dire des vents organisés, de force et de direction continues: cette homogénéité des vents empêche la déformation voire la dislocation du mouvement tourbillonnaire naissant et permet à la partie active de la perturbation de rester concentrée sans dispersion d’énergie. Ce faible cisaillement vertical du vent va permettre aussi à la chaleur dégagée par condensation de se concentrer sur une colonne verticale et augmentant ainsi la baisse de la pression en surface.

d/ Existence d’une perturbation préexistante Une instabilité thermique sur une grande épaisseur (dans les couches basses et moyennes): un fort gradient thermique vertical rend possible le développement des cumulonimbus (l’air instable favorise le déclenchement de puissantes ascendances depuis le sol). On observe que les perturbations tropicales ne se développent que dans les régions où le tourbillon est positif dans les basses couches. Plus le rotationnel est élevé, plus le potentiel de développement est important.

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PARTIE 2: LA CYCLOGENESE mémoire de fin d’étude

e/ Force de Coriolis suffisante La force de Coriolis, ou plutôt être à plus 6° ou 7° de latitude nord ou sud, afin que cette force puisse s’opposer à la force de pression et imprimer aux courants d’air un mouvement de rotation (formation d’un vortex). Les talwegs de mousson situés le long de la zone de convergence intertropicale (ZCIT) sont généralement les plus aptes à remplir ces conditions.

Dans un phénomène tel que le cyclone, la force de Coriolis engendre une rotation spécifique: cette force est due à la rotation de la Terre. Un corps se déplaçant à la surface de la Terre en rotation est dévié vers la droite de sa trajectoire dans l'hémisphère nord et vers la gauche dans l'hémisphère sud. Cette force est minimale à l'équateur et maximale aux pôles. La rotation d'un cyclone dans l'hémisphère nord se fera donc dans le sens direct (sens inverse des aiguilles d'une montre) et dans le sens indirect dans l'hémisphère sud (sens des aiguilles d'une montre). Cette force influence aussi directement la trajectoire qui aura tendance à remonter dans l'hémisphère nord et se diriger vers le sud dans l'hémisphère sud (voir la figure 12).

Figure 12

Source: http://www.cyclone.free.fr\index.html

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f/ Divergence en haute troposphère

Une divergence des flux au sommet de la tropopause (à cause de l’inversion thermique de la tropopause) qui favorise le maintien de la dépression au sol et des ascendances dans la colonne d’air.

2. 2. 2. Formation initiale du cyclone

Tout d’abord, la température élevée de l’eau de surface favorise une intense

évaporation; le flux d’air humide s’élève vers la haute troposphère ce qui modifie les données barométriques: on constate , d’une part, en surface, une baisse de pression (dépression) résultant des ascendances d’air chaud et plus ou moins humide, ainsi que de la convergence des courants à basse altitude et, d’autre part, à haute altitude, une hausse de pression (anticyclone) résultant de la divergence des flux au moment où l’air ascendant bute contre l’inversion de température de la tropopause; le renforcement du gradient de pression a pour corollaire un accroissement parallèle de la vitesse des vents; le flux ascendant se refroidit bientôt, l’air devient saturé et la vapeur d’eau se condense; cette condensation et la formation de masses nuageuses dégagent de la chaleur latente d’évaporation. Dans le même temps, l’air environnant des basses couches est aspiré vers la dépression dans un mouvement convergent cyclonique (en rotation anti-horaire dans l’hémisphère nord et l’inverse dans l’hémisphère sud, du fait de la force de Coriolis), tandis que l’air en altitude se refroidit en s’écoulant vers l’extérieur de la colonne dans un mouvement divergent anticyclonique (en rotation horaire dans l’hémisphère nord et l’inverse dans l’hémisphère sud). La dépression de surface se creuse grâce à l’apport en énergie de la chaleur latente et aux eaux chaudes (via l’air chargé d’humidité suite à l’évaporation). Finalement, l’oeil se forme suite aux courants subsidents d’air sec au centre.

2. 3 Conditions synoptiques favorables

La majeure partie des dépressions tropicales se forme dans la Zone de Convergence Intertropicale (ZCIT). Un renforcement du flux sur l’une des faces de la ZCIT augmente le tourbillon relatif de basses couches (cisaillement horizontal cyclonique) et donc le potentiel de développement (critère d/).

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PARTIE 2: LA CYCLOGENESE mémoire de fin d’étude

Sur la face nord, l’accélération de la « mousson » peut être la conséquence d’une « descente froide » dans l’hémisphère d’hiver (qui provoque une hausse du champ de pression au niveau de l’équateur et donc un renforcement du gradient barométrique au nord de la ZCIT).

Sur la face sud, le renforcement du flux correspond généralement à une poussée de l’alizé, consécutive à un renforcement des hausses pressions subtropicales. L’augmentation du potentiel de cyclogenèse qui en résulte est bien connue des prévisionnistes. Chaque saison cyclonique en apporte quelques exemples nets.

2. 4 Source d’énergie

Il ne fait aucun doute que l’échauffement diabatique (libération de chaleur latente au sein des nuages, transfert de chaleur sensible à la surface de l’océan, échanges radiatifs) constitue la source d’énergie essentielle pour la cyclogenèse puis le maintien des perturbations tropicales.

2. 4. 1 Flux de chaleur

Les quantités d’énergie libérées au sein des nuages sont phénoménales. Les un à deux gigatonnes de précipitations par heure qui tombent, en moyenne, dans un cyclone mature, correspondent à une libération d’énergie, à travers le processus de condensation, de l’ordre de 700 à 1400 milliards de kW/h.

La vapeur d’eau qui se condense, provient de l’évaporation à l’intérieur de la zone d’influence de la circulation secondaire (signalons, toutefois, que pour les systèmes dépressionnaires matures, la contribution de la zone située au-delà de 12 degrés de latitude du centre peut être négligée quand bien même la circulation radiale ne serait pas nulle à cette distance).

Les taux d’évaporation augmentent au fur et à mesure que la perturbation se développe et que les vents se renforcent. Toutefois, il est intéressant de noter que; bien que ces taux finissent par atteindre des valeurs très élevées dans la partie centrale, la majeur partie des précipitations qui se produisent dans un rayon de 200 km autour du centre résultent de la convergence de vapeur d’eau par le biais de la circulation radial.

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PARTIE 2: LA CYCLOGENESE mémoire de fin d’étude

Cela montre bien la nécessité, pour que le système se développe et se maintienne, de température de la mer élevée sur un large domaine.

Les flux de chaleur sensible à la surface de l’océan semblent, pour leur part, jouer un rôle beaucoup plus modeste dans l’énergétique des perturbations tropicales et il est peu probable qu’ils aient un rôle majeur dans la cyclogenèse. Ils paraissaient, en effet, d’un ordre de grandeur bien inférieur aux flux de chaleur latente (de l’ordre de 50 w/m 2 dans un cyclone tropical mature contre environ 1100 à 1800 w/m2 au niveau du « cœur », pour les seconds).

2. 4. 2 Processus radiatifs

L’inclusion de processus radiatifs dans les modèles de simulation numérique permet de produire des taux d’intensification plus rapides et conforme à ce que l’on observe dans la réalité, aux premiers stades du développement d’une perturbation tropicale.

D’une manière générale les phénomènes radiatifs joueront d’une manière différente entre un amas de convection profonde et son environnement moins nuageux. Il en résulte un « refroidissement » différencié dont on pense qu’il pourrait expliquer la variation diurne des précipitations, à l’intérieur des amas de convection profonde.

Il semblerait que ces phénomènes radiatifs aient un rôle non négligeable dans le processus de cyclogenèse jusqu’au moment où le phénomène de libération de chaleur latente dépasse le niveau du simple d’un amas de convection profonde.

2. 5. Maturité du cyclone

2. 5. 1. Circulation de l’air et forces en présence

Les cyclones sont traversés par quatre flux d’air qui interagissent entre eux: le flux vertical ascendant joue un rôle essentiel puisqu’il alimente le cyclone en énergie; cette énergie provient de la libération de chaleur latente d’évaporation (suite à la condensation de l’air chaud arrivé à saturation après son refroidissement et son humidification consécutive à son élévation); de plus, ce flux vertical règle le mouvement horizontal des basses couches et assure la liaison entre les deux flux horizontaux, l’un convergent (dans les basses couches), l’autre divergent (dans

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PARTIE 2: LA CYCLOGENESE mémoire de fin d’étude les couches supérieures). Ce flux convergent, humidifié par l’évaporation des eaux océaniques, engendre un air saturé à basse altitude et alimente les nuages dans tout le cyclone. Trois forces influent sur la trajectoire de ces deux flux horizontaux: la force de Coriolis et la force centrifuge dirigées du centre vers l’extérieur et la force de pression dirigée de l’extérieur vers le centre. La force de Coriolis, issue de la vitesse de rotation de la planète, imprime aux flux une déviation vers la droite dans l’hémisphère nord, l’inverse dans l’hémisphère sud; de sa présence dépend l’apparition d’un cyclone embryonnaire; au stade de maturité, c’est la force centrifuge qui s’oppose véritablement à la force de pression; de ce fait, l’œil constitue la zone d’équilibre entre ses deux forces antagonistes, le « calme » de l’intérieur de l’œil coïncidant avec l’absence de ces forces. Le quatrième et dernier flux d’air est un flux subsidient de périphérie qui ramène dans la circulation des basses couches l’air issu du flux divergent d’altitude (voir la figure 13).

Figure 13: Structure d’un cyclone. Source: NOAA

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PARTIE 2: LA CYCLOGENESE mémoire de fin d’étude

2. 5. 2. Les relations thermodynamiques

En tant que machine thermodynamique, le cyclone tropical transforme de la chaleur (énergie thermique provenant de l’évaporation et de la condensation) en mouvement (énergie cinétique du vent). Grosso modo, tel est l’enseignement tiré du « cycle de Carnot ». Par ailleurs, ce cycle prévoit que l’intensité de cette transformation dépend de l’écart entre la source « chaude » (l’océan) et la source « froide » (la tropopause): plus la différence est grande, plus la force des vents et les valeurs de dépression s’accroissent. De manière plus spécifique, l’opération de transformation se déroule ainsi: dans le flux ascendant, la chaleur latente se transforme en chaleur sensible, en énergie cinétique et en énergie géopotentielle; au niveau de la tropopause, les particules d’air perdent de l’énergie par rayonnement vers l’espace et se réchauffent par compression lors de la redescente vers la surface; après un parcours sur mer, l’air est à nouveau humidifié et réchauffé avant de reprendre le chemin ascendant.

2. 6. Déclin du cyclone

2. 6. 1. La propagation

Les trajectoires ou ses modifications résultent de paramètres tant internes qu’externes, et ce sur des échelles différentes. Les facteurs extérieurs susceptibles de dévier le cours d’un cyclone sont multiples: à grande échelle, on pense aux dépressions et talwegs de mousson, aux anticyclones subtropicaux, aux vents d’Est équatoriaux, aux régimes d’alizés, à la force de Coriolis, à la proximité d’un autre cyclone; à moyenne échelle, à la proximité d’amas convectifs et enfin, à échelle réduite, à la température de l’eau, de l’air, au relief…Quoi qu’il en soit, les cyclones suivent généralement un schéma de déplacement identique: une fois formés, ils se déplacent d’Est en Ouest, assez lentement (environ 20-25 km/h) et suivant une trajectoire quasi rectiligne (parfois erratique ou en boucle); lorsqu’ils atteignent les 30-35° de latitude, suivant la courbe des anticyclones subtropicaux, ils remontent vers le nord (dans l’hémisphère nord), puis se dirigent vers l’Est; ils tendent à gagner les latitudes modérées en s’accélérant progressivement (jusqu’à 90 km/h). Enfin, ils se comblent et se dissipent sur les océans ou les continents des moyennes latitudes.

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PARTIE 2: LA CYCLOGENESE mémoire de fin d’étude

2. 6. 2. La dégénérescence

La « mort » débute au moment où le cyclone consomme plus d’énergie cinétique que celle fournie par l’évaporation et la condensation; sa pression centrale augmente, l’intensité des vents diminue et il se comble progressivement. Les facteurs inhibant sont:

Le passage sur des eaux à température plus basse (moins d’évaporation possible, donc moins d’énergie à disposition);
L’advection d’air froid / polaire;
Un fort cisaillement vertical du vent;
Un passage sur une large étendue terrestre (suppression de la source de chaleur et d’humidité, effet de friction et effet du relief);
Une trajectoire trop proche de l’Equateur;
Un environnement atmosphérique défavorable avec moins d’humidité disponible dans les couches moyennes;
L’affaiblissement de la divergence des flux en altitude près de la tropopause, d’où une diminution des ascendances d’air chaud et de la convergence d’air près du sol. Dans l’Atlantique nord, lors d’une transition extratropicale, certains cyclones voient leurs caractéristiques changées (vent, température et précipitations) au contact de la circulation d’ouest des latitudes moyennes et, par suite, s’abattent sur les côtes européennes sous forme de violentes tempêtes.

2. 7 Interactions d’échelles

Il est reconnu depuis plus d’une plusieurs années que le développement d’une perturbation tropicale implique l’interaction positive de deux échelles à savoir celle des nuages convectifs et l’échelle synoptique. Celle-ci apporte la vapeur d’eau aux nuages, et ces derniers permettent la libération de chaleur latente.

Sous l’appellation « d’Instabilité conditionnelle de Second Espèce » (CISK), ELIASEN et CHARNEY avancèrent les premiers cette théorie de l’existence d’un mécanisme de « feed-back » entre ces deux échelles.

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PARTIE 2: LA CYCLOGENESE mémoire de fin d’étude

Une convergence initiale provoque une concentration de nuages convectifs. Par le biais de la libération de chaleur latente, cette convection produit un réchauffement qui lui-même provoque localement une baisse du champ de pression. Celle-ci renforce la convergence, d’où plus de convection donc plus de baisse, plus de circulation cyclonique donc plus de frottement, plus de convergence, etc. … .

Enoncée ainsi, cette théorie ne rend pas compte de l’importance cruciale que semblent revêtir au sein de ce mécanisme interactif, les « downdrafts » ainsi que le refroidissement lié au phénomène d’évaporation des précipitations (on appelle « downdrafts » les puissants courants descendants de méso-échelle provoqués à la fois par l’effet d’entraînement des précipitations et le refroidissement dû à l’évaporation des précipitations dans leur évolution en dehors du nuage)

Des simulations numériques ont montré, en effet, que la seule prise en compte du réchauffement lié aux mouvements ascendants convectifs, ne conduisait qu’à des zones de convection peu étendues et de durée de vie limitée quand bien même existe, à l’échelle supérieure, une convergence initiale. L’introduction des phénomènes de « downdrafts » liés aux précipitations permettait, en revanche, le maintien de l’activité convective sur de longue période.

L’air frais des courants descendant se répand près de la surface à partir de la zone convective. Le flux d’air chaud et humide associé à la circulation de plus grande échelle qui converge vers cette zone, se trouve alors soulevé par cet afflux d’air frais ce qui contribue au développement de nouvelles cellules convectives ou aux nuages existants.

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PARTIE 3: MODELE NUMERIQUE MM5 mémoire de fin d’étude

PARTIE 3: MODELE NUMERIQUE MM5

Nous décrivons ici le modèle numérique utilisé pour la simulation. Ce chapitre est composé de deux parties, dans un premier temps, nous allons voir une présentation plus spécifique au modèle utilisé MM5 et les méthodes utilisées. En second lieu, on expliquera la mise en œuvre du modèle.

3. 1 Présentation du modèle et théories mathématiques

3. 1. 1 Présentation du modèle du MM5 Le modèle MM5 est un modèle méso-échelle conçu par la Pennsylvania State University (PSU) et le National Center for Atmospheric Research c'est à dire le centre national de recherche atmosphérique (NCAR) pour la prévision et la simulation de la circulation atmosphérique. Le site internet de MM5 est à l'adresse: http://www.mmm.ucar.edu/mm5/mm5-home.html

MM5 est basé sur des équations de prévision pour les composantes 3D du vent, la température, le rapport de mélange de la vapeur d'eau et la pression atmosphérique. Ces équations sont un ensemble d'équations différentielles exprimant la vitesse d'évolution de variables atmosphériques par rapport au temps, et que l'on résout pour prédire l'évolution temporelle du système. MM5 est un modèle 3D non hydrostatique en coordonnée verticale σ. L'hypothèse hydrostatique correspond au fait de négliger l'accélération dans les équations de conservation de la quantité de mouvement sur la verticale. L'équation de conservation est donnée par:

D En éliminant le terme (w étant la composante verticale du vent) on retrouve ainsi un Dt équilibre hydrostatique entre la gravité et le gradient de pression. Pour notre étude, un modèle non-hydrostatique est indispensable car l’échelle de tels phénomènes tels que des phénomènes de convection est relativement réduite et les accélérations qu’ils développent sont trop importantes pour accepter l’hypothèse hydrostatique.

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PARTIE 3: MODELE NUMERIQUE MM5 mémoire de fin d’étude

Le modèle propose la possibilité de zoomer sur certaines zones de la grille de calcul en augmentant la résolution spatiale dans le canal de Mozambique qui est la zone de notre étude. Il va donc y avoir un emboîtement entre une grille dite "grossière" de résolution relativement faible puis des grilles dites fines à plus haute résolution. L'emboîtement peut se faire avec une interaction passive ("one-way") ou active ("two-way"), cette interaction montre la manière avec laquelle la grille mère et la grille fille échangeront des informations.

La structure du modèle MM5 est une suite de module complémentaire. Elle peut être schématisée de la manière suivante:

Structure du modèle

MM5

F

Figure 14: Structure du modèle MM5

3. 1. 2 Théories mathématiques

A/ Equations de prévision

Etat de référence et coordonnées verticale Il est obligatoire pour le modèle, d’établir un état de référence constant et les perturbations à partir des relations suivantes:

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PARTIE 3: MODELE NUMERIQUE MM5 mémoire de fin d’étude

Avec la pression de référence et la pression de perturbation.

On définit la coordonnée verticale σ de la manière suivante:

Avec P s la pression de surface et P top la pression au sommet du modèle pour l'état de référence. En conséquence, la relation qui donne la pression totale à un point de la grille est:

Avec la différence entre la pression au sommet du modèle et la pression à la surface.

A partir de la définition de la coordonnée verticale, il est possible de formuler les équations de prévisions dans le système de coordonnées (x, y, ρ).

Equation pour la pression

L'équation qui permet de prévoir la pression se déduit à partir de la première loi de la thermodynamique et de l'équation de continuité.

Signification des termes:

P ' : pression de perturbation, en Pa

P: pression, en Pa

: Densité de l'air dans l'état de référence

c p : Capacité calorique à pression constante, en J/K

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PARTIE 3: MODELE NUMERIQUE MM5 mémoire de fin d’étude

cv : Capacité; calorique à volume constant, en J/K

γ: Rapport c p sur cv

Q: Chaleur ajoutée au système, en J

T: température, en K

T0 : Température de l'état de référence

: Différence angulaire entre l'axe des y de la grille et le vrai nord

w: composante verticale du vent

∇.V: Terme de divergence

V. P: terme d'advection:

Equation de la composante verticale du vent:

Equation de la composante U du vent

Equation de la composante V du vent

Equation pour la température

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PARTIE 3: MODELE NUMERIQUE MM5 mémoire de fin d’étude

Les termes eu et ew sont les composantes de la force de coriolis avec e = 2 cos λ.

m m Les termes u , v et rearth représentent les effets de courbure de la terre avec m le y x facteur d'échelle de la carte, m = (distance sur grille) / (distance réelle sur terre).

B/ Différenciation spatiale:

C’est la grille de type B pour la classification d’Arakawa que le modèle est discrétisé. Le modèle utilise un schéma centré d'ordre 2 pour l'advection horizontale et le gradient de pression, sur la grille de type B. Le schéma pour l'advection verticale est aussi d'ordre 2 permettant un traitement plus précis des couches pour la grille verticale.

Figure 15: Grille d’Arakawa de type B

C/ Différenciation temporelle

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PARTIE 3: MODELE NUMERIQUE MM5 mémoire de fin d’étude

Pour le modèle non-hydrostatique, un schéma de séparation du temps est appliqué pour augmenter l'efficacité. Pour les équations, un schéma saute-mouton (leapfrog) de second ordre est utilisé, cependant certains termes sont traités à l'aide d'un schéma différent. Ces quatre équations contiennent des termes à gauche qui sont des "termes rapides" qui sont responsables des ondes sonores (perturbation dans la pression, la contrainte, le déplacement ou la vitesse des particules) celles-ci doivent être calculées avec un pas de temps plus petit. Les quatre équations vont être formulées de la manière suivante:

Où les termes S contiennent l'advection, la diffusion, la flottabilité et la force de Coriolis. Ces termes sont gardés constants pendant les pas de temps intermédiaires.

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PARTIE 3: MODELE NUMERIQUE MM5 mémoire de fin d’étude

Figure 16: description des pas de temps

D/ Calcul des conditions aux bords:

Les conditions aux limites proviennent principalement à partir des données météorologiques à grande échelle via des fichiers des données reanalyses. Une technique de relaxation ou « nudging » est utilisée incluant des termes de diffusion et de relaxation. Cette relaxation diminuera de façon linéaire au fur et à mesure qu’on s’éloigne de la frontière. Généralement elle va concerner les quatre colonnes et lignes aux frontières du domaine de calcul tout en excluant la première ligne et la colonne du domaine. En considérant que MCT (Model calculat Tendency) correspond à la valeur dans le modèle et que LS (Large scale) correspond à la valeur de la variable à grande échelle, on a:

5( n) Avec F(n)= n=2, 3, 4 et F(n)=0 pour n > 4 3

A savoir que et sont respectivement la constante de relaxation et celle la diffusion.

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PARTIE 3: MODELE NUMERIQUE MM5 mémoire de fin d’étude

3. 2 Mise en œuvre du modèle MM5

La simulation à l’aide de modèle MM5 se fait en plusieurs étapes. MM5 commence par la mise en place des différents domaines de calcul ainsi que des données topographiques et de végétations correspondantes; le module qui effectue ce travail s’appelle TERRAIN. Apres le module TERRAIN, vient le deuxième nommé REGRID, ce module permet de mettre des données météorologiques dans le modèle en les interpolant à ces domaines. INTERPF qui est le troisième module, crée à partir de ces données les conditions initiales et aux bords qui permettent d’initialiser la partie numérique du modèle à savoir le module MM5.

Voici le fonctionnement global du modèle MM5.

Début

Latitude centrale de l’étude(P HIC)

Longitude centrale de l’étude(XLONC)

Données topographiques

de

Dis( résolution de la grille),NTYPE(choix de résolution des données de topographie et de

végétation)

Intégration des données de topo graphie et de végétation sur la grille fine

Intégration selon le domaine des données de topographie et de végétation

1

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PARTIE 3: MODELE NUMERIQUE MM5 mémoire de fin d’étude

1

Données météorologiques globales de température, de pression, de vent etc.….

Interpolation des données météorologiques à chaque niveau de pression suivant la grille de calcul

Données météorologiques, interpolées à chaque niveau de pression

Données de radiosondage (à télécharger par le modèle)

Interpolation des données météorologiques à chaque niveau de pression, au niveau SIGMA

Correction des données

Initialisation du modèle

2

34

PARTIE 3: MODELE NUMERIQUE MM5 mémoire de fin d’étude

2

Données météorologiques interpolées aux niveaux SIGMA, MMINPUT_DOMAINn,

BDYOUT_DOMAINn, LOWBDY_DOMAINn

TIMAX, IOVERW, TAPFRQ, NESTIX,

Emboîtement

Parametrisation

Simulation du modèle

Vent, température, eau, nuages, pression, humidité…..

Fin

3. 2. 1 Les modules du modèle MM5:

A/ Terrain:

Le programme terrain permet de définir les domaines sur lesquels vont être interpolés les données météorologiques c'est-à-dire les données topographiques et de végétation. Il effectue trois taches à savoir la lecture des données de topographie et de végétation, l’interpolation suivant la latitude et la longitude des ces données sur la grille de calcul, enfin terrain crée aussi des fichiers de sorties de topographie, de végétation ainsi que les autres données terrestres appliquées à la grille.

35

PARTIE 3: MODELE NUMERIQUE MM5 mémoire de fin d’étude

La définition du domaine de calcul se fait par la fourniture de la latitude ainsi que la longitude du point central du domaine mais aussi le nombre de point du maillage en X et en Y, pour finir il faut fournir au programme la résolution de la grille.

Les données d’entrée dans le programme terrain sont des données de topographie, de végétation, d’eau et de type de sol. Toutes ces données sont disponibles à différentes résolutions à savoir 1 degré, 30, 10, 5, ou 2 minutes et 30 secondes qui correspondent respectivement à 111 Km, 56 Km, 19 Km, 9 Km, 4 Km et 0.9 Km. Elles sont téléchargeables excepté celles de 30 secondes à l’adresse Internet suivant: ftp://ftp.ucar.edu/mesouser/MM5V3/TERRAIN_DATA

Certains paramètres devraient être fixés dans le but de bien définir les différentes caractéristiques du domaine d’étude. Ces paramètres se trouvent dans le fichier terrain.deck, les principaux paramètres sont: PHIC, qui est la latitude centrale du domaine qu’on fait l’étude; XLONC, c’est la longitude du point central; IPROJ qui définit le type de projection (Lambert conformal ou Mercator); DIS la résolution de la grille et enfin le paramètre NTYPE qui représente le choix de résolution des données en entrée.

B/ Regrid

Il permet de lire et d'interpoler les données météorologiques contenues dans les fichiers globaux sur la grille correspondante au domaine que l'on souhaite modéliser. Les champs obtenus seront en niveaux de pression.

Les données météorologiques sont disponibles à différents formats à savoir GRIB, ON84, NCEP. Ce deuxième programme du MM5 peut lire tout ces formats de données, mais c’est le format GRIB (Griddet Binary Format) le plus couramment utilisé. Les principales données disponibles sont:

- Réanalyses NCEP/NCAR (format NCEP).

- Reanalyses ECMWF (format GRIB).

- Prévisions NCEP AVN (format GRIB).

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PARTIE 3: MODELE NUMERIQUE MM5 mémoire de fin d’étude

Dans notre étude, puisque nous effectuons des simulations, il préférable d'utiliser des données de réanalyses. Les données de réanalyses sont des données obtenues à partir de modèle ayant été lancés sur plusieurs années en mode d’assimilation de données. Pour plus d'informations sur les données de Réanalyses NCEP/NCAR veuillez consulter aderesses suivants: http://dss.ucar/edu/pub/reanalysis/ et les données de Réanalyses ECMWF, consultez l'aderesses: http://www.ecmwf.int/products/data/archie/descriptions/e4/

Les paramètres suivants devraient être fournies au programme regrid à savoir, le format des données en entrée (ici c’est le format GRIB), on doit le fournir le choix de la Vtable (table qui contient les champs météorologiques) en fonction des données utilisées; la date et heure de début de la simulation et la date et heure de la fin et pour finir l’intervalle de temps entre chaque fichier de données qu’on entre.

C/ Interpf:

Il permet l'interpolation des données sur les niveaux sigma du domaine (niveaux de pression verticaux). Le module LITTLE-R est optionnel, il permet d'introduire dans le modèle des paramètres météorologiques mesurés sur le terrain afin de recaler le modèle et d'éviter de trop grands écarts entre les valeurs calculées par MM5 et celles mesurées. Premièrement interpf interpole les variables des niveaux de pression aux niveaux sigma hydrostatiques. Deuxièmement, il déplace la divergence moyenne pour limiter les bruits contenus dans les données. Troisièmement il calcul l’état de référence et enfin il permet aussi d’initialiser le modèle non hydrostatique.

Le processus de passage des niveaux de pressions aux niveaux sigma nécessite seulement une interpolation. L’interpolation verticale utilise typiquement des techniques linéaires en pression.

L’interpolation linéaire est:

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PARTIE 3: MODELE NUMERIQUE MM5 mémoire de fin d’étude

Avec α la valeur d’un champ du modèle à un niveau σ. On a la relation suivante:

La correction des données se fait en plusieurs étapes à savoir:

1. la pression par U et V doit être pondérée à chaque niveau

2. La moyenne verticale est corrigée par:

3. La divergence de la pression pondérée par le vent moyenné verticalement, m

représente le facteur d’échelle aux croix ( mx ) et aux points ( m D ) de la grille de calcul.

,

38

PARTIE 3: MODELE NUMERIQUE MM5 mémoire de fin d’étude

4. La résolution potentielle de vitesse avec des conditions aux limites fixées

5. Les composantes divergentes moyennes de vent

6. La pondération verticale

7. Les composantes du vent corrigées

L'état de référence pour le modèle MM5 est construit à partir de plusieurs constantes imposant la température et la pression au niveau de la surface ainsi qu'un profil des températures. Constantes:

• Poo : pression de référence au niveau de la mer, par défaut 1000hPa.

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PARTIE 3: MODELE NUMERIQUE MM5 mémoire de fin d’étude

• Tso : température de référence au niveau de la mer, par défaut 275K.

• A: gradient de température de référence, par défaut 50.

• PTOP : pression de référence en haut du modèle, par défaut 10000Pa.

A partir de cet état de référence, on peut définir une hauteur z de référence directement liée aux valeurs de σ à l'aide de plusieurs étapes et on obtient:

En ce qui concerne l’initialisation du modèle non hydrostatique, le programme va fournir les conditions initiales du modèle. Interpf génère en premier un fichier d'entrée hydrostatique sur les niveaux sigma hydrostatiques, qui est basé sur la pression à l'instant traité et non la pression de référence. Dans le but d'initialiser les données pour le modèle non hydrostatique une petite interpolation verticale complémentaire est effectuée pour passer aux niveaux sigma non hydrostatiques. Ceci implique tout d'abord de calculer la hauteur des niveaux hydrostatiques puis ensuite de procéder à une interpolation linéaire de u, v, T et q sur les niveaux sigma, u et v étant les composantes du vent, T la température et q le taux d'humidité.

D/ MM5

Le programme MM5, c’est la partie numérique du modèle même. Les paramètres du programme se trouvant dans le fichier mm5.deck et les variables calculées sont décrits dans les tableaux de la page suivante:

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PARTIE 3: MODELE NUMERIQUE MM5 mémoire de fin d’étude

Les paramètres du programme:

TIMAX durée totale de la simulation en minutes

pas de temps pour le domaine grossier (typiquement TISTEP 3*dx)

booléan déterminant si la simulation est un IFREST redémarrage à partir de résultats d'une simulation précédente

temps du redémarage en minutes (mentionné à la fin IXTIMR du fichier de diagnostique mm5.print.out de la première simulation)

booléan déterminant s'il faut créer un fichier de IFSAVE sauvegarde pour ensuite pouvoir faire des redémarages à partir de ce fichier

booléen valant TRUE si on veut sauvegarder seulement le dernier instant de la simulation dans le SVLAST fichier de sauvegarde ou bien FALSE pour faire plusieurs sauvegardes au cours de la simulation

fréquence de sauvegarde des données en minutes (si SAVFRQ SVLAST=FALSE)

fréquence de sortie des résultats du modèle dans le TAPFRQ fichier MMOUT (en minutes)

fréquence de séparation du fichier de sortie (possibilité d'avoir un fichier différent pour chaque BUFFRQ sortie du modèle) pris en compte si supérieur à TAPFRQ

temps d'initialisation de chaque domaines si on fait XSTNES une simulation sur plusieurs domaines en même temps.

XENNES temps de terminaison pour chaque domaine.

en cas de redémarrage sert à mentionner si un IACTIV domaine est actif (=1) ou non (=0)

Tableau 1: Paramètres du programme MM5

41

PARTIE 3: MODELE NUMERIQUE MM5 mémoire de fin d’étude

Au cours de la simulation, les variables suivantes sont calculées:

variable signification tg température au sol (K) rc précipitations convectives accumulées (cm) rn précipitations non convectives accumulées (cm) sst température au niveau de la mer (K) t2m température à 2m (K) u10 composante u à 10m (m/s) v10 composante v à 10m (m/s) pslv pression au niveau de la mer (mb) pwat précipitations d'eau (cm) clfrlo couverture nuageuse de basse altitude clfrmi couverture nuageuse de moyenne altitude clfrhi couverture nuageuse de haute altitude u composante u du vent (m/s) v composante v du vent (m/s) w composante w du vent (m/s) pp pression de perturbation (Pa) t température (K)

Tableau 2: Variables calculées 3. 2. 2 Emboîtement

A/ Emboîtement pour les données topographiques: MM5 permet de créer des zooms sur des zones données d'une grille, en augmentant la résolution spatiale sur ces zones, il va donc y avoir emboîtement de deux grilles. Dans ce cas, il est possible de choisir un emboîtement dit "two-way" ou "one- way". En "one-way" seul le domaine grossier peut affecter le domaine plus fin. Les conditions limites du domaine fin sont dérivées de celles du domaine grossier par interpolation. En "two-way" les résultats sur le domaine fin peuvent affecter la solution sur le domaine grossier, dans ce cas, l'interaction est totale entre les différents domaines. Une procédure spécifique est utilisée pour assurer la consistance entre chaque domaine au niveau des données topographiques. Le programme procéde suivant les étapes suivantes:

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PARTIE 3: MODELE NUMERIQUE MM5 mémoire de fin d’étude

1. Interpolation des données topographiques de la grille mère, à la grille fine.

2. Pour les lignes et colonnes 1 à 3 (two-way) ou 1 à 4 (one-way) le long de la frontière du domaine, les valeurs sont remplacées par celles du domaine parent.

3. Pour les lignes et colonnes 4 à 6 (two-way) ou 5 à 7 (one-way) mélange des valeurs de la grille fine avec celles de la grille mère.

4. Ensuite dans le cas du "two way" les valeurs intérieures au domaine fin sont utilisées pour écraser celles du domaine grossier.

Figure 17: Emboitement des données topographiques

Pour initialiser les grilles fines dans TERRAIN, il faut mentionner les coordonnées du point en bas à gauche de la grille fille par rapport à la grille mère, puis la résolution et le nombre de mailles en X et en Y. Les paramètres suivants doivent être fixés pour chaque domaine de calcul.

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PARTIE 3: MODELE NUMERIQUE MM5 mémoire de fin d’étude

MAXNES nombre de domaines de calcul

NESTIX dimension de la grille en Y

NESTJY dimension de la grille en X

coordonnée en Y du point inférieur

NESTI gauche du domaine par rapport à la

grille mère

coordonnée en X du point inférieur

NESTJ gauche du domaine par rap port à la

grille mère

Choix de l'emboîtement "one way" ou NSTTYP "two way"

Tableau 3: Paramètres fixes pour chaque domaine de calcul

Initialisation de l’emboîtement:

Le choix entre un emboîtement "two way" ou "one way" est effectué auparavant dans TERRAIN. Si l'option "two way" est choisie il faut préciser l'option d'initialisation (paramètre IOVERW présent dans mm5.deck):

0 Interpolation: Toutes les informations incluant la topographie sont interpolées à partir du domaine grossier pour commencer l'emboîtement. Ceci peut être utilisé dans des cas où la topographie n'est pas essentielle comme par exemple au dessus de l'eau ou des terrains très plats.

1 Fichier d'initialisation en entrée: Ce fichier est un fichier contenant les conditions initiales pour la grille fine, comprenant des données météo et de topographie à plus haute résolution et ainsi peut donner une plus grande précision à l'analyse initiale.

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PARTIE 3: MODELE NUMERIQUE MM5 mémoire de fin d’étude

2 Fichier de TERRAIN en entrée: Cela nécessite le fichier de TERRAIN de la grille fine pour l'emboîtement. Les champs météo sont interpolés de la grille grossière mais les données de terrain et végétation sont remplacées par des champs de plus haute résolution provenant du fichier de TERRAIN. Ainsi l'avantage est que cela permet un raffinement de la topographie.

Un autre paramètre (IFEED) permet de préciser la manière par laquelle une grille fille va échanger les informations avec le domaine parent: 0 Pas de "feedback", similaire au "one way" à une exception prète, les conditions limites vont être mise à jour par le domaine parent à chaque pas de temps. 1 Moyenne pondérée à partir de 9 points. On utilise une moyenne pondérées des points de la grille fine entourant un point du domaine parent. 2 Seuls les points coïncidents échangent des informations. Concrètement un module complémentaire de MM5 permet de créer des données d'initialisation pour la grille fine à partir de données de simulation sur la grille mère.

B/ Nestdown:

Ce programme va être utile pour générer des conditions initiales et aux bords pour les grilles fines à partir des données de la simulation sur la grille grossière. Des fichiers d'initialisation (identiques à ceux créé par INTERPF) vont pouvoir être obtenus avec possibilité d'augmenter la résolution verticale.

 Etape de calcul:

Le programme NESTDOWN interpole horizontalement les données en coordonnées σ de la grille grossière sur la grille fine. Il est possible de modifier le nombre de niveaux verticaux ou leur distribution dans l'espace dans le but d'augmenter la résolution verticale en complément d'une grille horizontale plus fine. Les données d'entrée sont en coordonnées σ à savoir les sorties du modèle méso-échelle. Le programme utilise le fichier de TERRAIN pour la grille fine et va procéder de la manière suivante:

• traitement du fichier de résultat sur la grille grossière ainsi que des données de TERRAIN sur la grille fine.

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PARTIE 3: MODELE NUMERIQUE MM5 mémoire de fin d’étude

• interpolation horizontale des données de la grille grossière sur la grille fine pour les données 3D.

• interpolation horizontale des données 2D.

3.2.3 Assimilation de données

Les méthodes d’assimilation des données se basent sur des méthodes ayant comme objectif d’utiliser de façon optimale le couple modèle numérique, observation. Les équations du modèle assurent la consistance dynamique pendant que les observations gardent le modèle prés des conditions réelles et masquent ainsi les erreurs.

La méthode d’assimilation de données que MM5 utilise s’appelle la méthode de relaxation Newtonienne appelée aussi technique de nudging.

Unité de l’assimilation:

L’unité de l’assimilation est formée de deux parties à savoir L’initialisation dynamique et l’analyse dynamique. Pour l’initialisation dynamique, l’assimilation de données est appliquée pendant une période précédant la prévision pour laquelle des observations ou des analyses existent. Ainsi, lorsque la prévision débute, l’assimilation de données est arrêtée. En ce qui concerne l’analyse dynamique, c’est la même chose que précédemment sauf que le but est de produire une analyse consistante qui en compte dynamiquement l’équilibre fourni par le modèle et les observations introduites.

Différentes méthodes:

• Nudging à partir d’analyse:

Ici, des termes de relaxation sont ajoutés aux équations de prévisions, pour le vent, la température et l’humidité. Ces termes relaxent les valeurs du modèle vers une analyse donnée. La technique est mise en œuvre pour l’obtention d’analyse sur la grille du modèle dans un fichier d’entrée. Le modèle interpole linéairement en temps les analyses pour déterminer la valeur vers laquelle il relaxe sa solution. L’utilisateur choisit la valeur de la consistante de relaxation utilisée pour chaque variable.

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PARTIE 3: MODELE NUMERIQUE MM5 mémoire de fin d’étude

• Nudging à partir d’observation:

Cette méthode est utilisée dans le cas où l’on dispose également d’observations. Elle utilise de même des termes de relaxation, mais le terme de relaxation est basé sur l’erreur du modèle aux stations d’observation. La relaxation est ainsi pratiquée pour réduire cette erreur. Chaque observation a un rayon d’influence, un intervalle de temps et une échelle de temps de relaxation pour savoir où, quand et comment cette observation peut affecter la solution du modèle. Typiquement un point du modèle peut être sous l’influence de plusieurs observations dans ce cas leurs contributions sont pondérées suivant la distance. Pour pouvoir mettre en œuvre cette méthode, un fichier d’observations en entrée est nécessaires celui-ci listant chronologiquement les positions 3D et les valeurs de chaque observation.

Activation de l’assimilation sous MM5

Dans le fichier mm5.deck, deux variable nommées I4D et I4DI permettent d’activer ou non l’assimilation de données. Pour chaque domaine I4D est mis à 1 pour un nudging d’analyse et à 0 sinon, de même pour I4DI pour le nudging d’observation. Ensuite une fois que cette option est activée, pour les domaines concernés il faut choisir les variables à assimiler ainsi que les coefficients de relaxation à chacune de ces variables. Voici la liste des paramètres à initialiser pour les deux types d’assimilations disponibles, avec les noms de ces paramètres et leur signification.

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PARTIE 3: MODELE NUMERIQUE MM5 mémoire de fin d’étude

Analyse Observation Signification

FDSTA Instant auquel on débute l’assimilation de données

FDAEND Instant auquel l’assimilation prend fin

DIFTIM Intervalle de temps entre deux fichiers d’analyse en entrée

Activation (valeur 1) ou nom (valeur 0) de l’assimilation IWIND ISWIND pour le champ de vent

GV GIV Coefficients de nudging pour les champs de vent

Activation (valeur1) ou nom (valeur 0) de l’assimilation ITEMP ISTEMP pour le champ de température

GT GIT Coefficients de nudging pour les champs de température

Activation (valeur 1) ou non (valeur 0) de l’assimilation IMOIS ISMOIS d’humidité

GQ GIQ Coefficients de nudging pour le champ d’humidité

Activation (valeur1) ou non (valeur 0) de l’assimilation IROT pour le rotationnel de vent

GR Coefficient de nudging pour le rotationnel

Tableau 4: Liste des paramètres à initialiser pour les deux types d’assimilation

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PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS ET REMARQUES

(Cas de la formation du cyclone ELITA du 24 janvier 2004 jusqu’au 13 février 2004)

4.1. Description du cyclone ELITA

Carte d’identité:

Date de la cyclogenèse : 24.01.2004 à 12 UTC

Date du Baptême : 24.01.2004 à 18 UTC

Date de la dissipation : 13.02.2004 à 00 UTC

Durée de la vie (jours) : 20

Distance parcourue (km) : 4725

Vitesse moyenne de déplacement (km/h) : 11.60

Evolution:

Perturbation tropicale : 24.01.2004 à 12 UTC

Dépression tropicale : 26.2004 à 12 UTC

Tempête tropicale modérée : 27.01.2004 à 00 UTC

Dépression tropicale : 27.01.2004 à 18 UTC

Tempête tropicale modérée : 28.01.2004 à 00 UTC

Forte tempête tropicale : 28.01.2004 à 12 UTC

Dépression tropicale sur terre : 28.01.2004 à 15 UTC

Perturbation tropicale : 30.01.2004 à 00 UTC

Dépression tropicale : 30.01.2004 à 12 UTC

Tempête tropicale sur terre : 31.01.2004 à 06 UTC

Tempête tropicale modérée : 01.02.2004 à 09 UTC

Forte tempête tropicale : 02.02.2004 à 06 UTC

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PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

Tempête tropicale modérée : 03.02.2004 à 06 UTC

Dépression extratropicale : 04.02.2004 à 18 UTC

ELITA a son intensité maximale le 28 Janvier 2004 à 12 UTC:

Intensité sur l’échelle de Dvorak : 4.0/8.0

Intensité sur l’échelle de Saffir Simpson : 2/5

Pression (mb) : 974

Vent moyenne sur 10 min (km/h) : 110

Rafales (km/h) : 145

Tableau 5: Les iles influencées directement par ELITA:

Iles Distance (km), intensité Date correspondantes

00 – Forte tempête tropicale 28/01/2004 à 15 heures

00 – Tempête 31/01/2004 à 06 heures tropicale modérée Madagascar 00 – Forte tempête tropicale 03/02/2004 à 06 heures

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PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

Tableau 6: Influence sur Madagascar:

Rafales enregistrées en km/h Localités

>180 Mahanjanga 180 Marovoay 150 Ambatoboeni 180 Belo/Tsiribihina 100 Morondava 90 Fianarantsoa >80 Antsirabe 70 Antananarivo

D’après la saison cyclonique 2003-2004 du centre national de la prévision des cyclones de la Réunion, ce cyclone a causé la mort de 33 personnes, 4 personnes disparues, 129 blessées, 55983 sans abris, 10488 d’habitations endommagées, et 80% de la ville de Soavinandrina est endommagée.

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PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

Figure 18: Trajectoire du cyclone Elita

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PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

Figure 19: Elita observé par le satellite Terra de la Nasa le 28 janvier 2004

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PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

4.2 Configuration du modèle utilisé(MM5)

- Deux domaines qui s’emboitent avec une résolution horizontale de 30 km pour la grille grossière et 10 km pour la grille fine.

- Niveaux sigma verticaux: 23

- Version du modèle: MM5V3.7

- Niveaux verticaux: 18

- Pas de temps: 3 heures pour la grille mère et 60 min pour la grille fille.

- Temps de simulation: 5760 minutes, soit 4 jours

- Temps de sortie des résultats: Toutes les 240 min pour la grille grossière et 60 min pour la grille fine.

- Période de test: Du 22 janvier 2004 au 26 janvier 2004

Options physiques utilisées pour faire la simulation:

1. Schéma de parametrisation des cumulus de grell 2. Schéma microphysique des pluies chaudes 3. Schéma de PBL de Blackadar 4. Schéma de rayonnement des nuages

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PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

Présentation des domaines

Grille grossière

Figure 20: Domaine 1

Grille fine

Figure 21: Domaine 2

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PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

Domaine de calcul:

Figure 22: Domaine global de calcul

Données d’entrées:

1. Données d’entées fixe:

Premièrement, il y a les données de topographie qui sont les données terrain de Workshop avec une résolution de 30 minutes soit 56 km. Deuxièmement, ce sont les données de végétation qui a pour résolution de 10 minutes soit 19 km.

2. Données d’entrées variables:

Ces données sont obtenues à partir des données FNL (NCEP Final Analysis) 2004 téléchargeables en format GRIB à l’adresse suivante: http://dss.ucar.edu/datasets/ds083.2/data/

Ces données sont:

-U et V: Composantes horizontales du vent

- TMP: Température

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PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

- GH: Humidité relative

- HGT: Hauteur geopotentielle à tous les niveaux standards de pression, soit 18 niveaux.

- PMSL: Pression au niveau de la mer

- SST: Température au niveau de la mer

Etapes de formatage des données:

Premièrement, nous avons téléchargé les données en indiquant les dates et les heures voulues, on précise la latitude et la longitude du terrain. Deuxièmement, c’est le classement des données par variables, par dates et par heures. Puis nous avons regroupé les données de chaque variable en un seul paquet en respectant la date, l’heure et les niveaux de pression selon l’ordre à savoir 200100(surface), 1000, 925, 850, 700, 600, 500, 400, 300, 250, 200, 150, 100, 70, 50, 30, 20, 10. Pour la PMSL et la SST, c’est le seul niveau qu’il se note 200300. Et enfin, la dernière étape est l’utilisation du programme MM5toGrADS pour transformer les données MM5 en données GrADS après simulation.

4.3 Interprétation des résultats et remarques:

Ici, nous allons donner quelques interprétations et remarques des résultats que nous avons obtenus après les quatre jours de simulation. De ce fait, il est à noter qu’après la simulation, nous avons sorti beaucoup de résultats, mais comme notre étude se base sur la cyclogenèse, on se focalisera sur les paramètres météorologiques qui influencent les conditions de formation des cyclones tropicaux à savoir, le vent, la température de la surface de la mer, l’humidité relative, la divergence horizontale, la vorticité relative ainsi que la force de Coriolis. Les explications ainsi que les interprétations se focaliseront sur la date du 24 janvier 2004 à 00TU, 12 heures avant la cyclogenèse.

4.3.1 Température de la surface de la mer (SST):

a/ Définition

C’est la température de la surface de la mer. La SST est l’un des paramètres qui joue un rôle important sur les développements des cyclones tropicaux. En général, il faut que la température de la mer soit supérieure ou égale à 26°C.

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PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

Figure 23

Figure 24

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PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

Figure 25

Figure 26

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PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

Figure 27

4.3.2 Le vent:

a / Définition:

C’est le mouvement de l’air par rapport à la surface de la terre. Sauf indication contraire, seule la composante horizontale est prise en considération. On le caractérise par la direction d’où il souffle (mesurée par une girouette), la direction du vent est déterminé à partir du Nord géographique dans le même sens que les aiguille d’une montre avec 0° qui indique le vent du nord, 90° correspondant un vent d’Est, 180° vent du Sud et 270° correspondant au vent d’Ouest. La vitesse ou la force du vent est mesurée par un anémomètre. En météorologie, la vitesse du vent communiquée est souvent une moyenne sur 1 minute pour les mesures cycloniques notamment, sur 2 minutes pour le vent dit « aéronautique », sur 10 minutes pour le vent dit « synoptique ». Les composantes U, V de la vitesse sont appelées respectivement vent zonal et vent méridien et W correspond à la vitesse verticale du vent. U < 0: Le vent zonal possède une direction Est U > 0: Le vent zonal possède une direction Ouest

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PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

V < 0: Le vent méridien a une direction Nord V > 0: Le vent méridien prend une direction Sud W > 0: Une ascendance W < 0: Une descendance

Figure 28

Figure 29: Vent zonal U (couleur), vent méridien V (contour) et vent horizontal (vecteur)

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PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

Figure 30: Vent zonal U (couleur), vent méridien V (contour) et vent horizontal (vecteur)

Figure 31: Vent zonal U (couleur), vent méridien V (contour) et vent horizontal (vecteur)

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PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

Figure 32: Vent zonal U (contour), vent méridien V (couleur) et vent horizontal (vecteur)

Figure 33: Vent zonal U (couleur), vent méridien V (contour) 63

PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

Figure 34

Figure 35

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PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

Figure 36

Figure 36

Figure 37

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PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

Figure 38

Figure 39

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PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

Figure 40

Figure 41

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PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

b/ Interprétation:

Selon les profils verticaux des composantes du vent, le vent zonal prend une direction Est sur tous les niveaux. Le vent méridien V prend une direction vers le Sud jusqu’à 850 hpa et une direction Nord entre 850 et 500 hpa. En ce qui concerne la vitesse verticale, il subit une ascendance entre la surface et 700 hpa. Cette ascendance confirme l’existence d’une convergence en surface. La figure 28 jusqu’à la figure 33 montre que le cisaillement verticale du vent horizontal est faible et aussi homogène. Grace à cette homogénéité, le mouvement tourbillonnaire qui se naisse ne se déforme pas.

4.3.3 La température de l’air:

a/ Définition:

La température de l'air en un lieu donné est la quantité qui caractérise la sensation de chaleur ou de froid que l'on y éprouve et dont la mesure objective est fournie par le thermomètre sous abri et est aussi obtenue par radio sondage en altitude. On mesure la température en degrés Celsius. Dans la troposphère, c'est-à-dire du sol jusqu’environ 10 km d'altitude, la température décroît quand l'altitude augmente.

68

PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

Figure 42

Figure 43

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PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

Figure 44

Figure 45

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PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

Figure 46

Figure 47

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PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

b/ Interprétation

La température de l’air est parmi les paramètres météorologiques très importants. Selon le profil vertical de la température, nous pouvons dire que la température diminue à mesure qu’on monte en altitude. Ce profil montre aussi qu’il existe une instabilité thermique sur une grande épaisseur et par conséquent rend possible la formation des cumulonimbus.

4.3.4 La température potentielle :

a/ Définition:

La température potentielle est la température prise par une particule d’air sec amenée adiabatiquement au niveau de 1000 hpa.

Figure 48

72

PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

Figure 49

Figure 50

73

PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

Figure 51

b/ Interprétation:

Les figues 49 à 52 montrent que la température potentielle est forte dans les basses couches de l’atmosphère. Cela confirme qu’il y a une perturbation préexistante et une instabilité importante dans les basses couches.

4.3.5 L’humidité relative:

a/ Définition:

Teneur en vapeur d'eau de l'air. On raisonne souvent avec l'humidité relative U, qui exprime la quantité de vapeur d'eau en pourcentage par rapport à l'état de saturation. On peut aussi utiliser le rapport de mélange, qui est la masse de vapeur d'eau par kilogramme d'air sec. C’est le rapport entre la tension de vapeur non saturante notée e et la tension de vapeur saturante notée à la même température T. Elle est calculée à partir de la formule suivante:

74

PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

Figure 53

Figure 52

Figure 53

75

PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

Figure 54

Figure 55

76

PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

Figure 56

Figure 57

77

PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

b/ Interprétation:

Une forte humidité relative en basses couches est parmi les conditions nécessaires pour qu’un cyclone se forme. D’après le profil vertical de l’humidité (figure 58), un taux d’humidité élevée se trouve dans les basses couches de l’atmosphère. Cette humidité va permettre une libération de la chaleur latente mais aussi de limiter le refroidissement qui accompagnerait l’évaporation des nuages et les précipitations.

4.3.6 Divergence horizontale:

a/ Définition:

C’est le mouvement de deux masses d'air s'éloignant l'une de l'autre. La divergence au sol produit un vide d'air qui est comblé par de l'air provenant du haut dans un mouvement vertical d'air vers le bas. Pendant sa descente, l'air se réchauffe et les gouttelettes d'eau ou les nuages qu'il peut contenir s'évaporent. Une divergence en altitude force les ascendances en "aspirant" l'air par le bas afin de compenser le "manque d'air" généré par la divergence. Ainsi, en se développant dans une zone marquée par un champ de vent divergent en altitude, les orages peuvent trouver un terrain favorable à leur renforcement. Au même titre que la convergence au sol, la divergence d'altitude constitue un forçage sur la convection. La divergence horizontale se définit aussi comme étant le taux de réduction du flux de quantité de mouvement par rapport au temps et par unité de volume. Elle est déterminée par la formule suivante:

=

78

PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

Figure 58

Figure 59

79

PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

Figure 60

Figure 61

80

PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

b/ Interprétation:

Les figures 59 à 62 montrent que la divergence est négative (donc la convergence) dans les basses couches et positive au sommet de la tropopause. Cette divergence au sommet favorise le maintien de la dépression au sol et les ascendances.

4.3.7 Vorticité relative:

a/ Définition:

La vorticité (ou tourbillon) permet de juger de la rotation de l'air sur un plan horizontal. Les noyaux de tourbillon cyclonique sont ordinairement corrélés à un creusement dépressionnaire en surface et à des mouvements verticaux. Le tourbillon positif se manifeste dans les systèmes dépressionnaires par ascendance et le tourbillon négatif se manifeste dans les anticyclones par subsidence.

Figure 62: Vorticité relative

81

PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

Figure 63

Figure 64

82

PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

Figure 65

Figure 65: Vorticité relative

Figure 66

83

PARTIE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS mémoire de fin d’étude

b/ Interprétation:

D’après la figure 67 qui illustre le profil vertical de la vorticité relative, on remarque que la vorticité est positive dans les basses couches (donc dépression et ascendance). Elle est négative en altitude qui se manifeste par un anticyclone et subsidence.

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CONCLUSION mémoire de fin d’étude

CONCLUSION

L’objectif de ce travail, c’est de pouvoir simuler les conditions nécessaires et suffisantes pour la formation des cyclones dans le canal de Mozambique. Selon les résultats trouvés après la simulation, nous pouvons dire que le modèle à méso-échelle arrive à bien simuler les conditions des paramètres météorologiques qui excitent une formation cyclonique dans le Canal de Mozambique.

Les résultats trouvés dans cette étude coïncident avec la théorie générale de la cyclogenèse,

étudiée par plusieurs chercheurs ; par exemple la température de la surface de la mer élevée, divergence en altitude, convergence et forte humidité relative en surface etc. ….

Les cartes ainsi obtenues peuvent être obtenues à partir de beaucoup d’outils tels que

GRAPH, RIP (Red Interpolat Plot), VIS5D et GrADS. Pour notre cas, nous avons utilisé

GrADS pour visualiser les résultats après simulation. C’est pour cette raison que nous avons utilisé le module MM52GrADS qui transforme les résultats du MM5 en données GrADS.

Enfin, une telle étude n’est pas la première, mais aussi elle est loin d’être la dernière à soulever les esprits des étudiants en météorologie à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antanarivo car cette étude peut aussi soulever pas mal des questions comme par exemple, quels sont les moments propices pour qu’un cyclone se forme dans le Canal de Mozambique ?

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ANNEXES mémoire de fin d’étude

ANNEXES

N° 1: Options physiques

Schéma d’un cumulus:

Le courant ascendant est un courant atmosphérique en direction du sol vers l’atmosphère, de vitesse et d’importance variables, par opposition au courant descendant. L’effet d’induction correspond à un effet de déplacement subi par des particules en suspension dans un courant gazeux. Ce déplacement peut engendrer un phénomène d’entrainement ou le contraire en cas de distinction.

Et enfin, la subsidence est un lent affaissement d’une masse d’air, l’air en subsidence se comprime et s’échauffe et sa stabilité augmente. Les cumulus ont la particularité de se développer verticalement. La couche limite est une zone dont certaines caractéristiques peuvent être affectées par la présence de la surface terrestre

Paramétrisation des cumulus:

Le paramètre du MM5 est ICUPA, ses valeurs possibles sont:

1 Aucune . On ne prévoit pas de paramétrisation, ceci est utilisé pour des tailles de grille inférieures à 10 km.

2 Anthe Kuo : Ce schéma est utilisé pour des plus grandes grilles de l’ordre de 30 km. Sa base consiste en la conservation de l’humidité, il a tendance à produire beaucoup de précipitations de convection, et plutôt moins de précipitation à l’échelle locale. Ce modèle spécifie un profil de chaleur c'est-à-dire la variation de la chaleur en fonction de l’altitude.

3 Grell : Modèle global, c'est-à-dire que, c’est un modèle numérique simulant la convection nuageuse dans un schéma à flux de masse, dans lequel tous les types de nuages formant un système nuageux sont considérés comme un seul grand nuage. Il convient particulièrement pour les tailles de grilles modérées entre 10 et 30 km. Schéma simple avec des flux ascendants et descendants et des régulations déterminant les profils de chaleur

ANNEXES mémoire de fin d’étude

(humidité). Tend à créer un équilibre entre les précipitations de convection et les autres types de pluies.

4 Arakawa. Schubert : Plutôt couteux par rapport aux autres schémas, convient pour des grilles supérieures à 30 km. En effet contrairement à Grell ce modèle est à nuages multiples.

5 Fritsch-chappell : Ce modèle est basé sur la relaxation d’un profil sous l’effet de certaines régions (l’air en subsidence se comprime et s’échauffe). Le taux d’induction est fixé. Fritsch-chappell est applicable à des échelles de 20 à 30 km à cause de l’approximation de modèle global (un seul nuage) et de la subsidence locale. Ce schéma prédit des propriétés des courants ascendants et descendants ainsi que les précipitations et le développement des nuages.

6 Kain-Frisch : Similaire au modèle précédent, sauf que le taux de l’induction n’est pas fixe et est calculé par l’intermédiaire d’un schéma de brassage de nuages.

7 Betts-miller : Basé sur une régulation de la relaxation par un profil thermodynamique de différence sur une période donnée. Ce modèle s’applique à une résolution supérieure à 30 km, très mauvais en cas de convection trop profonde.

8 Kain-Fritsch 2 : Nouvelle version de Kain-Fritsch qui inclut une convection en surface c'est-à-dire une montée des masses d’air échauffées au contact du sol.

Un paramètre complémentaire que l’on peut fixer est la présence ou non de cumulus de base altitude (paramètre ISHALLO). Ceci correspond à des nuages qui n’engendrent pas de précipitations mais ayant une forte induction.

Paramètre de la couche limite planétaire

C’est la partie inférieure de l’atmosphère, dans laquelle les conditions météorologiques sont influencées par la surface de la terre. On définit la couche limite planétaire d’une épaisseur de 600 à 800 m comme une zone dans laquelle les mouvements de l’air est considérablement affecté par le frottement de surface.

Le nom du paramètre MM5 est IBLTYP; les valeurs possibles sont:

0 Aucune : Pas de couche de surface. Ceci est loin d’être réaliste.

ANNEXES mémoire de fin d’étude

1 Schéma global : Il convient pour une résolution verticale grossière au niveau de la couche limite et possède aussi deux régimes de stabilité.

2 Schéma de Blackadar de haute résolution : Convient pour les couches limite de résolution, par exemple 5 couches dans les 4 km les plus proches de la surface. Il possède 4 régimes de stabilité, incluse une couche de mélange de convection.

3 Schéma Buck-Thompson: Ceci est valable pour toutes les résolutions et prédit l’énergie cinétique de turbulence pour la circulation verticale en se basant sur les formules de Mellor-Yamada. Ce modèle a son propre schéma de prédiction de la température du sol.

4 Schéma Eta: Ce schéma est similaire au précédent. La seule difference consiste en le fait que Eta utilise un schéma stable SLAB de MM5 pour prédire la température au sol.

5 MRF: Le modèle de surface continental MRF du NCEP utilise un schéma du sol à 2 couches. Ce modèle inclut entre autre l’hydrologie du sol. Pour la diffusion verticale, un schéma implicite est utilisé pour permettre de plus longs pas de temps.

6 Schéma Gayno-Seaman: ce schéma est utilisé de même la production de Mellor- Yamada pour l’énergie cinétique, le distingue des schémas précédents pour l’utilisation de la température potentielle de l’eau liquide comme une variable conservative. Il permet aussi de mieux opérer en cas de condition saturée c'est-à-dire lorsque l’air contient le maximum de vapeur d’eau qu’il peut retenir à une température et à une pression donnée.

8 Schéma Plein-chang: Il est dérivé du schéma Blackadar.

Schéma microphysique

Le nom du paramètre MM5 est IMPYS.

Ces modèles permettent le suivi de l’évolution des propriétés physiques ou chimiques d’un système en mouvement. Il est appliqué à la stratosphère, on suit l’évolution des propriétés chimiques et microphysiques au sein d’une parcelle d’air suivant le champ de vent.

Valeurs possibles:

1 Sec: Pas de prévision d’humidité, pas de vapeur d’eau.

2 Précipitations stables: pas de précipitation de convection, pas d’évaporation des pluies ou de prévision des nuages.

ANNEXES mémoire de fin d’étude

3 Pluie chaude: Les bancs de nuages et de pluies sont prédits explicitement par l’intermédiaire de processus microphysique. Il n’y a pas aussi de processus de glaciation.

4 Schéma de Dudhia: Ce schéma ajoute un processus de glaciation, pas de d’eau super refroidie c'est-à-dire l’eau encore liquide à des températures inférieure à 0°C et ce jusqu’à - 40°C et fonte immédiate des neiges au dessous de l’isotherme O°C.

5 Colonne mixte (Reisner 1): Ceci ajoute l’eau « super refroidie » et permet une lente fonte de neige. Pas de prise en compte de la neige roulée (précipitation sous forme de grains de glace). Ajout mémoire pour les nuages, glace et neige.

6 Microphysique de Goddard: Il ajoute les équations de précipitations supplémentaires pour la neige roulée et la grêle adaptée aux modèles de résolution des nuages. Il est possible de faire appel à ce schéma moins fréquemment qu’à chaque pas de temps.

8 Microphysique de Schultz: Schéma extrêmement efficace et simplifié, prévu pour s’exécuter rapidement et être facile à configurer pour des systèmes de prévision en temps réel. Il contient des processus pour la grêle et la glace.

Schéma de rayonnement

En météorologie, on considère essentiellement le rayonnement solaire et le rayonnement terrestre (émis par la terre et l’atmosphère).

Le nom du paramètre MM5 est IFRAD.

Les valeurs possibles sont:

0 aucune: pas de tendances moyennes appliquées à la température de l’atmosphère, c’est irréaliste pour les simulations de temps longs.

1 Refroidissement simple: le taux de refroidissement de l’atmosphère dépend seulement de la température. Pas de cycle diurne ni d’interaction avec les nuages.

2 Schéma de rayonnement des nuages: assez sophistiqué pour prendre en compte les interactions à ondes longues et courtes avec les nuages ou le ciel dégagé. En plus de tendance de la température, cela fournit des flux de rayonnement à la surface.

ANNEXES mémoire de fin d’étude

3 Schéma de rayonnement CCM2: bandes spectral multiples en ondes courtes de rayonnement des nuages. Ceci convient pour des grille relativement grossière, et plus précises pour les longues assimilations. Ce schéma fournit les flux à la surface.

4 Schéma de grandes ondes RRTM: Il est combiné avec le schéma des ondes courtes de rayonnement des nuages. Ce schéma à grandes ondes est une nouvelle méthode très précise et efficace proposé par AER Inc. C’est un modèle de transfert rapide du rayonnement (RRTM) représentant les effets du spectre d’absorption prenant en compte la vapeur d’eau, le dioxyde de carbone et l’ozone. C’est implémenté de manière à interagir avec les bancs de nuages et précipitation.

Schéma de surface:

Nom du paramètre MM5 ISOIL

Valeurs possibles:

0 Schéma Blackadar: Une seule couche et une température fixe au niveau de la sous- couche, la température de la couche prend en compte le bilan énergétique et les variations diurnes.

1 Le modèle de surface Noah: Ce modèle est capable de prédire la température et l’humidité du sol sur les quatre couches (10, 30, 60, 100 cm), ainsi l’écoulement à la surface et en sous sol et l’échelle d’enneigement. Le modèle utilise la végétation et le type du sol pour appréhender l’évapotranspiration. Pour utiliser ce modèle, cela nécessite en entrée des données à savoir des coefficients correspondant à la faculté de rayonnement de la couche superficielle.

2 Le modèle de surface Pleim-Xiu: ce modèle représente la température et l’humidité du sol sur deux couches (couche de surface à 1cm et à un 1 m). Ce modèle utilise aussi les données terrestres de TERRAIN pour raffiner les propriétés du sol et de la végétation plus que d’utiliser un seul type dominant. Il a une option pour prévoir l’évolution et le développement des plantes et des feuilles pour des simulations à long termes. Ce modèle est couplé avec le modèle de surface de Pleim-chang (IBLTYP=1).

ANNEXES mémoire de fin d’étude

N°2: Programme TERRAIN terrain.deck

#!/bin/csh -f # terrain.csh # set echo # # Set this if you would like to ftp terrain data # #set ftpdata = true set ftpdata = false # # Set the following for ftp'ing 30 sec elevation data from USGS ftp site # set Where30sTer = ftp #set Where30sTer = /your-data-directory if ( $Where30sTer == ftp) then # # Use this if you are ftping from other places # # set users = Others # # Use this if you are ftping from MMM/NCAR # #set users = MMM else set users = endif # # Uncomment the following line if using the 30 - 100 cm layer soil file # # set BotSoil # # ------# 1. Set up parameter statements If you change these parameter statements you need to recompile # ------# cat > src/parame.incl.tmp << EOF C IIMX,JJMX are the maximum size of the domains, NSIZE = IIMX*JJMX PARAMETER ( IIMX = 100, JJMX = 100 , NSIZE = IIMX*JJMX) EOF cat > src/paramed.incl.tmp << EOF C ITRH,JTRH are the maximum size of the terrain data. C NOBT = ITRH*JTRH, here assuming C ITRH= 270 ( 45 deg. in north-south direction, 10 min. resolution) C JTRH= 450 ( 75 deg. in north-south direction, 10 min. resolution) C NOTE: C IF USING GLOBAL 30SEC ELEVATION DATASET FROM USGS, NEED TO SET C BOTH ITRH AND JTRH BIG. TRY THE COMMENTED PARAMETER LINE FIRST. C THIS WILL REQUIRE APPROXI 0.9 GB MEMORY ON A 32-BIT IEEE MACHINE. C AN ESTIMATE OF THE DIMENSION SIZE CAN BE MADE FROM Data30s/rdem.out C AFTER THE FIRST JOB FAILS. USE (XMAXLAT-XMINLAT)*120 TO ESTIMATE C ITRH, AND (XMAXLON-XMINLON)*120 TO ESTIMATE JTRH. C PARAMETER ( ITRH = 500, JTRH = 500 , NOBT = ITRH*JTRH) C PARAMETER (ITRH = 1500, JTRH = 1800, NOBT = ITRH*JTRH) EOF # # ------# 2. Set up NAMELIST # ------# if ( -e terrain.namelist ) rm terrain.namelist cat > terrain.namelist << EOF &MAPBG PHIC = -15.0,; LATITUDE CENTRAL DU DOMAINE XLONC = 45.0,;LONGITUDE CENTRAL DU DOMAINE IEXP = .F.,; .T. EXPANDED COARSE DOMAIN, .F. NOT EXPANDED.

ANNEXES mémoire de fin d’étude

; USEFUL IF RUNNING RAWINS/little_r AEXP = 360.,; APPROX EXPANSION (KM) IPROJ = 'MERCAT',;TYPE DE PROJECTION LAMBERT-CONFORMAL MAP PROJECTION ;IPROJ = 'POLSTR',; POLAR STEREOGRAPHIC MAP PROJECTION ;IPROJ = 'MERCAT',; MERCATOR MAP PROJECTION &END &DOMAINS ; MAXNES = 2,; NUMBER OF DOMAINS TO PROCESS NESTIX = 74,91, 136, 181, 211, 221,; GRID DIMENSIONS IN Y DIRECTION NESTJX = 74,94, 181, 196, 211, 221,; GRID DIMENSIONS IN X DIRECTION DIS = 30.,10., 9., 3.0, 1.0, 1.0,; GRID DISTANCE NUMNC = 1, 1, 2, 3, 4, 5,; MOTHER DOMAIN ID NESTI = 1, 10, 28, 35, 45, 50,; LOWER LEFT I OF NEST IN MOTHER DOMAIN NESTJ = 1, 17, 25, 65, 55, 50,; LOWER LEFT J OF NEST IN MOTHER DOMAIN RID = 1.5, 1.5, 1.5, 3.1, 2.3, 2.3,; RADIUS OF INFLUENCE IN GRID UNITS (IFANAL=T) NTYPE = 2, 3, 4, 6, 6, 6,; INPUT DATA RESOLUTION ; ; 1: 1 deg (~111 km) global terrain and landuse ; 2: 30 min ( ~56 km) global terrain and landuse ; 3: 10 min ( ~19 km) global terrain and landuse ; 4; 5 min ( ~9 km) global terrain and landuse ; 5; 2 min ( ~4 km) global terrain and landuse ; 6; 30 sec ( ~.9 km) global terrain and landuse ; NSTTYP = 1, 2, 2, 2, 2, 2,; 1 -- ONE WAY NEST, 2 -- TWO WAY NEST &END &OPTN IFTER = .TRUE.,; .T.-- TERRAIN, .F.-- PLOT DOMAIN MAPS ONLY IFANAL = .F.,; .T.-- OBJECTIVE ANALYSIS, .F.-- INTERPOLATION ISMTHTR = 2 ,; 1: 1-2-1 smoother, 2: two pass smoother/desmoother IFEZFUG = .F.,; .T. USE NCAR GRAPHICS EZMAP WATER BODY INFO TO FUDGE THE LAND USE ; .F. USE LANDWATER MASK DATA IFTFUG = .F.,; .T. DON'T DO EZFUDGE WITHIN THE USER-SPECIFIED ; LAT/LON BOXES, need to define namelist fudget IFFUDG = .F.,; .T. POINT-BY-POINT FUDGING OF LANDUSE, ; need to define namelist fudge IPRNTD = .F.,; PRINT OUT LAT. AND LON. ON THE MESH IPRTHT = .F.,; PRINT OUT ALL PROCESSING FIELDS ON THE MESH IPRINT = 0,; = 1: A LOT MORE PRINT OUTPUT IN terrain.print.out FIN = 100., 100., 100., 100., 100., 100.,; CONTOUR INTERVAL (meter) FOR TERRAIN HEIGHT PLOT ;TRUELAT1=91.,; TRUE LATITUDE 1 ;TRUELAT2=91.,; TRUE LATITUDE 2, use this if IPROJ='LAMCON' IFILL = .TRUE.,; .TRUE. --- color filled plots LSMDATA = .FALSE.,; .TRUE. --- Create the data for LSM VEGTYPE = 1,; LANDUSE DATA TYPE: =0: old 13 cat; =1: 24 cat USGS; =2: 16 cat SiB VSPLOT = .TRUE.,; .TRUE. --- plot Vege., Soil, Vege. Frc. percentages. IEXTRA = .FALSE.,; .TRUE. --- Create extra data for Pleim-Xiu LSM &END &FUDGE ; USE ONLY IF IFFUDG = .T., POINT-BY-POINT FUDGING OF LANDUSE, ; IFFUG FOR EACH OF THE NESTS: .F. NO FUDGING, .T. FUDGING IFFUG = .F.,.F.,; FUDGE FLAGS ; NDFUG: THE NUMBER OF FUDGING POINTS FOR EACH OF NESTS NDFUG = 0,0, ; LOCATION (I,J) AND LANDUSE VALUES FOR EACH OF THE NESTS ; NOTE: REGARDLESS OF IFFUG AND NDFUG, 200 VALUES MUST BE GIVEN FOR ; EACH NEST, OR ELSE THE INDEXING WILL GET MESSED UP ; The example below is for two domains. Add more for domain 3 and up ; if needed. Do not remove 0 values for domain 1 and/or 2 even ; they are not used. ; IFUG(1,1)= 200*0,; I location for fudge points in domain 1 IFUG(1,2)= 200*0,; I location for fudge points in domain 2 JFUG(1,1)= 200*0,; J location for fudge points in domain 1 JFUG(1,2)= 200*0,; J location for fudge points in domain 2 LNDFUG(1,1)= 200*0,; land-use value at fudge points for domain 1 LNDFUG(1,2)= 200*0,; land-use value at fudge points for domain 2 &END &FUDGET ; USE ONLY IF IFTFUG=.T., WHICH MEANS TERRAIN WON'T DO EZFUDGE WITHIN ; THE USER-SPECIFIED LAT/LON BOXES. THIS OPTION IS USED WHEN THERE ; ARE INLAND BODIES OF WATER THAT ARE DEFINED IN THE LAND USE ; DATA SET BUT NOT IN THE EZMAP DATA SET. THIS OPTION PREVENTS ; THOSE BODIES OF WATER FROM BEING WIPED OUT BY EZFUDGE NFUGBOX = 2; NUMBER OF SUBDOMAINS IN WHICH TO

ANNEXES mémoire de fin d’étude

; TURN OFF EZMAP LAND USE FUDGING STARTLAT=45.0,44.0,; LATITUDES OF LOWER-LEFT CORNERS OF SUBDOMAINS ENDLAT =46.5,45.0,; LATITUDES OF UPPER-RIGHT CORNERS OF SUBDOMAINS STARTLON=-95.0,-79.8,; LONGITUDES OF LOWER-LEFT CORNERS OF SUBDOMAINS ENDLON =-92.6,-78.5,; LONGITUDES OF UPPER-RIGHT CORNERS OF SUBDOMAINS &END &EZFUDGE ; USE ONLY IF IFEZFUG=.T., WHICH TURNS ON EZMAP WATER BODY FUDGING OF LANDUSE. ; USERS: FEEL FREE TO ADD ANY MORE LAKE SURFACE HEIGHTS THAT YOU'LL NEED. ; HTPS IS THE HEIGHT IN METERS AND THE INDEX OF HTPS CORRESPONDS TO THE ID ; OF THE 'PS' AREA IN THE FILE ezmap_area_ids. ; HTPS(441) = -.001; Oceans -- Do NOT change this one HTPS(550) = 183.; Lake Superior HTPS(587) = 177.; Lakes Michigan and Huron HTPS(618) = 176.; Lake St. Clair HTPS(613) = 174.; Lake Erie HTPS(645) = 75.; Lake Ontario HTPS(480) = 1897.; Lake Tahoe HTPS(500) = 1281.; Great Salt Lake &END EOF # # ------# # END OF USER MODIFICATION # # ------# # Check to see if recompilation is needed # Need to make here so that rdnml may be used # cd src ../Templates/incldiff.sh parame.incl.tmp parame.incl ../Templates/incldiff.sh paramed.incl.tmp paramed.incl cd .. make >& make.terrain.out # # Create a namelist without comments # sed -f Templates/no_comment.sed terrain.namelist | grep "[A-Z,a-z]" > terlif.tmp mv terlif.tmp terrain.namelist # # Set default script variables # set LandUse = OLD # set DataType = `src/rdnml < terrain.namelist` echo $DataType # if ( $DataType[4] == 1 ) set IfProcData if ( $DataType[4] == 0 ) set ftpdata = false if ( $DataType[5] == 1 ) set LandUse = USGS if ( $DataType[5] == 2 ) set LandUse = SiB if ( $DataType[3] == 1 ) set IfUsgsTopo # # reset LandUse if $BotSoil is set # -- use bottom soil files # if ( $?BotSoil ) set LandUse = USGS2 # # link to Fortran units # set ForUnit = fort. rm ${ForUnit}1* ${ForUnit}2* ${ForUnit}4* # if ( $LandUse == OLD ) cat Data/namelist.usgsdata >> terrain.namelist if ( $LandUse == USGS ) cat Data/namelist.usgsdata >> terrain.namelist if ( $LandUse == USGS2 ) cat Data/namelist.usgsdata2 >> terrain.namelist if ( $LandUse == SiB ) cat Data/namelist.sibdata >> terrain.namelist cat > endnml << EOF &END EOF cat endnml >> terrain.namelist rm endnml #

ANNEXES mémoire de fin d’étude ln -s terrain.namelist ${ForUnit}15 ln -s ezids ${ForUnit}18 ln -s raobsta.ieee ${ForUnit}16 # ------# # Update parameter statements for vegetation dataset # (may require partial recompilation) # if ( $LandUse == SiB ) then cp src/paramesv0.incl src/paramesv.incl.tmp ./Templates/incldiff.sh src/paramesv.incl.tmp src/paramesv.incl cp src/vs_data0.incl src/vs_data.incl.tmp ./Templates/incldiff.sh src/vs_data.incl.tmp src/vs_data.incl make >& make2.print.out else if ( $LandUse == USGS ) then cp src/paramesv1.incl src/paramesv.incl.tmp ./Templates/incldiff.sh src/paramesv.incl.tmp src/paramesv.incl cp src/vs_data2.incl src/vs_data.incl.tmp ./Templates/incldiff.sh src/vs_data.incl.tmp src/vs_data.incl make >& make2.print.out endif # ------# # should I ftp the data? # if ( $ftpdata == true && $?BotSoil ) then # ftp other data plus top soil data echo 'about to start ftping' cp Data/ftp2.csh ftp.csh chmod +x ftp.csh ./ftp.csh >& ftp.out # rm ftp.csh ftp.out else # ftp other data plus bottom soil data echo 'about to start ftping' cp Data/ftp.csh ftp.csh chmod +x ftp.csh ./ftp.csh >& ftp.out # rm ftp.csh ftp.out endif # if ( $?IfUsgsTopo && $?IfProcData ) then echo 'about to start ftping 30 sec tiled elevation data from USGS' cp Data/ftp30s.csh . chmod +x ftp30s.csh ./ftp30s.csh $Where30sTer $users >& ftp30s.out # rm ftp30s.csh ftp30s.out endif # ------# # Execute terrain # unlimit date ./terrain.exe >&! terrain.print.out # rm ${ForUnit}*

N°3: Programme REGRID Ce programme est constitué de deux sous programmes à savoir pregrid et regridder. Programme pregrid:

!/bin/csh -f # set echo # # Put your input files for pregrid into the directory you specify as DataDir: # set DataDir = /usr/tmp/username/REGRID; ici on met l’endroit là où il y a regrid

ANNEXES mémoire de fin d’étude

# # Specify the source of 3-d analyses # # set SRC3D = ON84 # Old ON84-formatted NCEP GDAS analyses # set SRC3D = NCEP # Newer GRIB-formatted NCEP GDAS analyses set SRC3D = GRIB # Many GRIB-format datasets # InFiles: Tell the program where you have put the analysis files, # and what you have called them. If SRC3D has the value "GRIB", # then the Vtables you specify below in the script variable VT3D will # be used to interpret the files you specify in the ${InFiles} variable. set InFiles = ( ${DataDir}/ NCEP* ); on met l’emplacement des données d’entrées # # Specify the source of SST analyses # # set SRCSST = ON84 set SRCSST = NCEP # set SRCSST = NAVY # set SRCSST = $SRC3D # # InSST: Tell the program where the files with SST analyses are. Do # this only if SST analyses are coming from files not named above in # InFiles. If SRCSST has the value "GRIB", then the Vtables you # specify below in the script variable VTSST will be used to interpret # the files you specify in the ${InSST} variable. # set InSST = ( ) # # Select the source of snow-cover analyses (entirely optional) # # set SRCSNOW = $SRC3D # set SRCSNOW = ON84 set SRCSNOW = GRIB # InSnow: Set InSnow only if the snow-cover analyses are from files # not listed in InFiles. If SRCSNOW has the value "GRIB", then the # Vtables you specify below in the script variable VTSNOW will be used # to interpret the files you specify in the ${InSnow} variable. set InSnow = () # # Select the source of soil model analyses (entirely optional) # # set SRCSOIL = $SRC3D # InSoil: Set InSoil only if the soil analyses are from files # not listed in InFiles. If SRCSOIL has the value "GRIB", then the # Vtables you specify below in the script variable VTSOIL will be # used to interpret the files you specify in the ${InSoil} variable. # set InSoil = () # # Build the Namelist # if ( -e ./pregrid.namelist ) then rm ./pregrid.namelist endif cat << End_Of_Namelist | sed -e 's/#.*//; s/ *$//' > ./pregrid.namelist &record1 # # Set the starting date of the time period you want to process: # START_YEAR = 2004 # Year (Four digits) START_MONTH = 01 # Month ( 01 - 12 ) START_DAY = 22 # Day ( 01 - 31 ) START_HOUR = 00 # Hour ( 00 - 23 ) END_YEAR = 2004 # Year (Four digits) END_MONTH = 01 # Month ( 01 - 12 ) END_DAY = 26 # Day ( 01 - 31 ) END_HOUR = 18 # Hour ( 00 - 23 ) # # Define the time interval to process. # INTERVAL = 21600 # Time interval (seconds) to process. # This is most sanely the same as the time interval for # which the analyses were archived, but you can really # set this to just about anything, and pregrid will # interpolate in time and/or skip over time periods for # your regridding pleasure. End_Of_Namelist #

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# Tell the pregrid programs which Vtables to use. Do this only # if you have selected GRIB-formatted input using SRC___ = GRIB above. # The directories referenced here are relative to REGRID/pregrid/. # # The Vtable files specified in VT3D will be applied to the files # specified in the InFiles variable. Similarly, the Vtable files # specified in VTSST, VTSNOW, and VTSOIL will be applied to the files # listed above in InSST, InSNOW, and InSoil, respectively. # set VT3D = ( grib.misc/ Vtable.NNRP3D ) set VTSST = ( grib.misc/ Vtable.NNRPSST ) set VTSNOW = ( grib.misc/ Vtable.xxxxSNOW ) set VTSOIL = ( grib.misc/ Vtable.xxxxSOIL ) ######################################################################## ######################################################################## ###### ###### ###### END USER MODIFICATION ###### ###### ###### ######################################################################## ######################################################################## if ( ! $?SRC3D ) then set SRC3D endif if ( ! $?SRCSST ) then set SRCSST endif if ( ! $?SRCSNOW ) then set SRCSNOW endif if ( ! $?SRCSOIL ) then set SRCSOIL endif if ( ! $?VTSOIL ) then set VTSOIL endif if ( ! $?VTSNOW ) then set VTSNOW endif if ( ! $?VTSST ) then set VTSST endif if ( ! $?VT3D ) then set VT3D endif if ( ! $?InFiles ) then set InFiles = () endif if ( ! $?InSST ) then set InSST = () endif if ( ! $?InSnow ) then set InSnow = () endif if ( ! $?InSoil ) then set InSoil = () endif if ( $SRCSST == $SRC3D) then if ( $#InSST == 0 ) then set InSST = ( ${InFiles} ) endif endif if ( $SRCSNOW == $SRC3D) then if ( $#InSnow == 0 ) then set InSnow = ( ${InFiles} ) endif endif if ( $SRCSOIL == $SRC3D) then if ( $#InSoil == 0 ) then set InSoil = ( ${InFiles} ) endif endif set LETTERS = ( A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z ) foreach SourceType ( 3D SST SNOW SOIL) printf "\nProcessing for SourceType = %s\n\n" $SourceType if ( ( $SourceType == SOIL ) && ( $SRCSOIL == ON84) ) then printf "\n\nSoil fields not available in ON84 Dataset.\n"

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printf "Do not request soil fields or select another source for soil fields.\n\n" exit (1) endif if ( ( $SourceType == SOIL ) && ( $SRCSOIL == NCEP) ) then printf "\n\nSoil fields not available in NCEP GDAS Dataset." printf "Do not request soil fields or select another source for soil fields.\n\n" exit (1) endif ############################################################################## if ( ( ( $SourceType == 3D ) && ( $SRC3D == ON84) ) || \ ( ( $SourceType == SST ) && ( $SRCSST == ON84) ) || \ ( ( $SourceType == SNOW ) && ( $SRCSNOW == ON84) ) ) then printf "\n\nStarting ON84 processing for type %s\n\n" $SourceType # # Go down to the "on84" directory. # printf "cd %s\n\n" `pwd`/on84 cd on84 # # Remove whatever files may be leftover from a prior job. Redirect # printout to supress warnings if there is nothing to remove. # rm ON84FILE* >&! /dev/null rm PSST:* >&! /dev/null rm PSNOW:* >&! /dev/null rm -f pregrid.namelist rm -f Vtable # # Build the Vtable: # touch Vtable if ($SourceType == 3D) then cat Vtable.ON84 >> Vtable else if ($SourceType == SST) then cat Vtable.SST >> Vtable else if ($SourceType == SNOW) then cat Vtable.SNOW >> Vtable endif # # Link the requested input files to "ON84FILE.A", "ON84FILE.B", etc. # set Num = 0 if ($SourceType == 3D) then foreach file ( $InFiles ) @ Num ++ printf " ln -s %s %s\n" $file ON84FILE${LETTERS[$Num]} ln -s $file ON84FILE${LETTERS[$Num]} end endif

if ($SourceType == SST) then foreach file ( $InSST ) @ Num ++ printf " ln -s %s %s\n" $file ON84FILE${LETTERS[$Num]} ln -s $file ON84FILE${LETTERS[$Num]} end endif if ($SourceType == SNOW) then foreach file ( $InSnow ) @ Num ++ printf " ln -s %s %s\n" $file ON84FILE${LETTERS[$Num]} ln -s $file ON84FILE${LETTERS[$Num]} end endif # # Link the pregrid.namelist file and run the program. # ln -s ../pregrid.namelist pregrid.namelist pregrid_on84.exe # # Move the output up to the "pregrid" directory. # if ($SourceType == 3D) then foreach file ( ON84:* ) printf " mv %s ../%s\n" $file $file mv $file ..

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end else if ($SourceType == SST) then foreach file ( SST:* ) printf " mv %s ../ON84_%s\n" $file $file mv $file ../ON84_$file end else if ($SourceType == SNOW) then foreach file ( SNOW:* ) printf " mv %s ../ON84_%s\n" $file $file mv $file ../ON84_$file end endif # # Go back up to the "pregrid" directory. # printf "\ncd %s\n" `pwd`/.. cd .. printf "\nDone with ON84 processing for type %s\n\n" $SourceType endif ############################################################################### if ( ( ( $SourceType == 3D ) && ( $SRC3D == NCEP) ) || \ ( ( $SourceType == SST ) && ( $SRCSST == NCEP) ) || \ ( ( $SourceType == SNOW ) && ( $SRCSNOW == NCEP) ) ) then # # Go down to the "ncep.grib" directory. # printf "\ncd %s\n" `pwd`/ncep.grib cd ncep.grib # # Remove whatever files may be leftover from a prior job. Redirect # printout to supress warnings if there is nothing to remove. # rm GRIBFILE* >&! /dev/null rm -f pregrid.namelist rm -f Vtable # # Build the Vtable: # touch Vtable if ($SourceType == 3D) then cat Vtable.NCEP >> Vtable else if ($SourceType == SST) then cat Vtable.SST >> Vtable else if ($SourceType == SNOW) then cat Vtable.SNOW >> Vtable endif # # Link the requested input files to "GRIBFILE.A", "GRIBFILE.B", etc. # set Num = 0 if ( $SourceType == 3D ) then foreach file ( $InFiles ) @ Num ++ ln -s $file GRIBFILE${LETTERS[$Num]} end endif if ($SourceType == SST) then foreach file ( $InSST ) @ Num ++ ln -s $file GRIBFILE${LETTERS[$Num]} end endif if ($SourceType == SNOW) then foreach file ( $InSnow ) @ Num ++ ln -s $file GRIBFILE${LETTERS[$Num]} end endif # # Link the pregrid.namelist file and run the program. # ln -s ../pregrid.namelist pregrid.namelist pregrid_ncep.exe # # Move the output up to the "pregrid" directory. #

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if ($SourceType == 3D) then mv NCEP:* .. else if ($SourceType == SST) then foreach file ( SST:* ) mv $file ../NCEP_$file end else if ($SourceType == SNOW) then foreach file ( SNOW:* ) mv $file ../NCEP_$file end endif # # Go back up to the "pregrid" directory. # echo "cd `pwd`/.." cd .. endif ############################################################################### if ( ($SourceType == SST) && ( $SRCSST == NAVY ) ) then printf "\n\nStarting NAVYSST processing.\n\n" # # Go down to the "navysst" directory. # echo "cd `pwd`/navysst" cd navysst # # Remove whatever files may be leftover from a prior job. Redirect # printout to supress warnings if there is nothing to remove. # rm -f pregrid.namelist rm NAVYFILE* >&! /dev/null # # Link the requested files to "NAVYFILE.A", "NAVYFILE.B", etc. # set Num = 0 foreach file ( $InSST ) @ Num ++ ln -s ${file} NAVYFILE${LETTERS[$Num]} end # # Link the pregrid.namelist file and run the program. # ln -s ../pregrid.namelist pregrid.namelist pregrid_navy.exe # # Move the output files up to the "pregrid" directory. # foreach file ( SST:* ) mv $file ../NAVY_$file end # # Go back up to the "pregrid" directory. # echo "cd `pwd`/.." cd .. printf "\n\nDone with NAVYSST processing.\n\n" endif ############################################################################### if ( ( ( $SourceType == 3D ) && ( $SRC3D == GRIB) ) || \ ( ( $SourceType == SST ) && ( $SRCSST == GRIB) ) || \ ( ( $SourceType == SNOW ) && ( $SRCSNOW == GRIB) ) || \ ( ( $SourceType == SOIL ) && ( $SRCSOIL == GRIB) ) ) then printf "\n\nStarting GRIB processing for type %s\n\n" $SourceType # # Go down to the "grib.misc" directory. # echo "cd `pwd`/grib.misc" cd grib.misc # # Remove whatever files may be leftover from a prior job. Redirect # printout to supress warnings if there is nothing to remove. # rm FILE:* >&! /dev/null rm GRIBFILE* >&! /dev/null rm -f Vtable rm -f pregrid.namelist

ANNEXES mémoire de fin d’étude

# # Build the Vtable: # touch Vtable if ( $SourceType == 3D ) then foreach file ( $VT3D ) cat ../$file >> Vtable end else if ( $SourceType == SST ) then foreach file ( $VTSST ) cat ../$file >> Vtable end else if ( $SourceType == SNOW ) then foreach file ( $VTSNOW ) cat ../$file >> Vtable end else if ( $SourceType == SOIL ) then foreach file ( $VTSOIL ) cat ../$file >> Vtable end endif # # Link the requested files to "GRIBFILE.AA", "GRIBFILE.AB", etc. # set NUM = 0 set num = 1 if ( $SourceType == 3D ) then foreach file ( $InFiles ) @ NUM ++ if ( $NUM == 27 ) then set NUM = 1 @ num ++ endif printf " ln -s %s %s\n" $file GRIBFILE.${LETTERS[$num]}${LETTERS[$NUM]} ln -s ${file} GRIBFILE.${LETTERS[$num]}${LETTERS[$NUM]} end else if ( $SourceType == SST ) then foreach file ( $InSST ) @ NUM ++ if ( $NUM == 27 ) then set NUM = 1 @ num ++ endif printf " ln -s %s %s\n" $file GRIBFILE.${LETTERS[$num]}${LETTERS[$NUM]} ln -s ${file} GRIBFILE.${LETTERS[$num]}${LETTERS[$NUM]} end else if ( $SourceType == SNOW ) then foreach file ( $InSnow ) @ NUM ++ if ( $NUM == 27 ) then set NUM = 1 @ num ++ endif printf " ln -s %s %s\n" $file GRIBFILE.${LETTERS[$num]}${LETTERS[$NUM]} ln -s ${file} GRIBFILE.${LETTERS[$num]}${LETTERS[$NUM]} end else if ( $SourceType == SOIL ) then foreach file ( $InSoil ) @ NUM ++ if ( $NUM == 27 ) then set NUM = 1 @ num ++ endif printf " ln -s %s %s\n" $file GRIBFILE.${LETTERS[$num]}${LETTERS[$NUM]} ln -s ${file} GRIBFILE.${LETTERS[$num]}${LETTERS[$NUM]} end endif # # Link the pregrid.namelist file and run the program. # ln -s ../pregrid.namelist pregrid.namelist pregrid_grib.exe # # Move the output files up to the "pregrid" directory. # if ( $SourceType == 3D ) then

ANNEXES mémoire de fin d’étude

mv FILE:* .. else foreach file ( FILE:* ) printf "mv %s %s\n" $file ../${SourceType}_${file} mv $file ../${SourceType}_${file} end endif # # Go back to the "pregrid" directory. # echo "cd `pwd`/.." cd .. printf "\n\nDone with GRIB processing for type %s\n\n" $SourceType endif # # Print out five lines of # as a delimiter between ${SourceType}s # repeat 5 printf \ "################################################################################\n" end printf "\n"

Programme regridder

&record1 start_year = 2004 start_month = 01 start_day = 22 start_hour = 00 end_year = 2004 end_month = 01 end_day = 26 end_hour = 18 interval = 21600 /

&record2 ptop_in_Pa = 10000 new_levels_in_Pa = 95000 , 92500 , 90000 , 80000 , 75000 , 65000 , 60000 , 55000 , 45000 , 35000 sst_to_ice_threshold = -9999 linear_interpolation = .FALSE. /

&record3 root = '../pregrid/ON84' '../pregrid/ON84_SST' '../pregrid/ON84_SNOW' terrain_file_name = '../../TERRAIN/TERRAIN_DOMAIN1' / constants_full_name = '../pregrid/SST_FILE:2004-01-22_00'

&record4 print_echo = .FALSE. , print_debug = .FALSE. , print_mask = .FALSE. , print_interp = .FALSE. , print_link_list_store = .FALSE. , print_array_store = .FALSE. , print_header = .FALSE. , print_output = .FALSE. , print_file = .FALSE. , print_f77_info = .TRUE. /

&record5 insert_bogus_storm = .FALSE. num_storm = 1 latc_loc = 36. lonc_loc = -35. vmax = 50.

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N°4: Programme INTERPF

&record0 input_file = '../LITTLE_R/LITTLE_R_DOMAIN1'/ ! objective analysis or ! First-guess file name

&record1 start_year = 2004 ! The starting and start_month = 01 ! ending dates to start_day = 22 ! process start_hour = 00 ! end_year = 2004 ! end_month = 01 ! end_day = 26 ! end_hour = 18 ! interval = 21600 ! time difference (s) less_than_24h = .FALSE. / ! if input is less than 24 h

&record2 sigma_f_bu = 1.00,0.99,0.98,0.96,0.93,0.89, ! full sigma, bottom-up, 0.85,0.80,0.75,0.70,0.65,0.60, ! start with 1.0, end 0.55,0.50,0.45,0.40,0.35,0.30, ! with 0.0 0.25,0.20,0.15,0.10,0.05,0.00 ! ptop = 1000 isfc = 0 / ! # sigma levels to spread ! surface information

&record3 p0 = 1.e5 ! base state sea-level pres (Pa) tlp = 50. ! base state lapse rate d(T)/d(ln P) ts0 = 275. ! base state sea-level temp (K) tiso = 0./ ! base state isothermal stratospheric temp (K)

&record4 removediv = .TRUE. ! T/F remove integrated mean divergence usesfc = .TRUE. ! T/F use surface data wrth2o = .TRUE. ! T/F specific humidity wrt H2O psfc_method = 0 / ! 0 => (Tsfc+Tslv)/2 , 1 => diurnally avg temp

&record5 ifdatim = -1 / ! # of IC time periods to outpu

N°5: Programme MM5toGrADS

Ce programme transforme les données de sorties du modèle après la simulation en données GrADS.

#!/bin/csh

set infilename = "/home/MM5_v35/MM5/Run/MMOUT_DOMAIN1" set outfilename = "test"

############################################################### ############################################################### ##### ##### ##### END OF USER MODIFICATIONS ##### ##### ##### ############################################################### ###############################################################

#------SET THE SYMBOLIC LINKS ------# echo ....setting links to data.... echo dset ^${outfilename}.dat > ${outfilename}.ctl

ANNEXES mémoire de fin d’étude rm -f fort.10 rm -f fort.80 rm -f fort.81 ln -s ${infilename} fort.10 ln -s ${outfilename}.dat fort.80 ln -s ${outfilename}.ctl fort.81 ###assign -a ${outfilename}.dat -F null fort.80

#------RUN THE PROGRAM ------# echo ....running.... ./grads.exe

#------CLEAN UP ------# rm -f fort.10 rm -f fort.80 rm -f fort.81 echo ....Program finished....

BIBLIOGRAPHIE mémoire de fin d’étude

BIBLIOGRAPHIE

Jimy Dudhia, Dave Gill, Kevin Manning, Wei Wang, et Cindy Bryere PSU/NCAR Mesoscal Modeling system Tutorial class Note and user guide.

Mouton François, étude de la cyclogenèse en méditerranée à l’aide des données de l’expérience alpex

Gray, W.M., 1975: Tropical cyclone genesis

AA.VV., le grand livre des cyclones et ouragans, ed. orphie, LEE, 1996.156p

The genesis of tropical cyclone Diana (1984) using the MM5 run at cloud-resolving li.2 km resolution over a regional-scal domain (130-140)

Brun, S.A., 2002: A cloud-resolving simulation of hurricane: Strom structure and eyewell buoyancy. Mon, Wea.Rev, 130, 1573, 1592.

Davis, CA. and L.F. Bosart, 2002: Numerical simulation of the genesis of Hurricane Diana. Part I: Control simulation. Mon. Wea. Rev 129, 1859-1881 (40-50)

Grell, G.A., J., Dudhia, and D.R. Stauffer, 1995: A Description of the Fifth-Generation Penn State/NCAR Mesoscal Model (MM5), NCAR Tech.Note TN-398+STR, 122p.

Liu, Y.,D.L. Zhang, and M.K.Yau, 1997: A multiscal numerical stady of Hurricane Andrew (1992). Part I: Explicit simulation and verification. Mon.Wea.Rev 125, 3073-3093

Marshall, .J., Molteni, F., 1993, Toward a dynamical understanding of planetary-scale flow regime, Journal of the atmosphere Science, 50, 1792-1818

Holton, J.R, 1992, An Introduction to dynamic Meteorology, Academic Press

RAKOTOVAZAHA Olivier (ESPA): Cours de météorologie dynamique, prévision numérique et analyse des systèmes.

Hajji, Hafedh, 1991: Etude de la cyclogenèse en méditerranée à l’aide du modèle periodot.

J. Enagonio, 1998: Tropical cyclogenesis via convectivety forced vortex Rossby Waves in a three-dimensional quasigeostrophic model

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WEBOGRAPHIE ftp://ftpprd.ncep.noaa.gov/pub/cmc/mmab/history/SST http://SCribd.com/doc/2077402/these-de-Guillaume-Maze http://www.eumetcal.org/euromet/french/navig/glossf.htm http://www.firing.free.fr/Archives/Elita_2004.htm http://www.meted.ucar.edu/resource_modlist.php#french . http://www.mmm.ucar.edu/mm5/document/tutorial-v3-notes-html . http://www.myroms.org http://www.vets.ucar.edu/vg/Diana/index.shtml

Auteur : CHAMSOUDINE Charani

Titre : « CONTRIBUTION A LA SIMULATION NUMERIQUE DE LA CYCLOGENESE

DANS LE CANAL DE MOZAMBIQUE EN UTILISANT LE MODELE MM5 : CAS DU CYCLONE ELITA DU 24 JANVIER 2004 AU 13 FEVRIER 2004 »

Nombre de figures : 66

Nombre de pages : 85

Nombre de tableaux : 06

RESUME

MM5 est un modèle à Méso-échelle conçu par l’Université de Pennsylvanie et au Centre National de la Recherche Atmosphérique. Nous avons utilisé la version 3.7 qui est la dernière version de ce modèle pour simuler les paramètres météorologiques qui engendrent la formation des cyclones dans le Canal de Mozambique. Nous avons choisi la formation du cyclone ELITA du 24 Janvier 2004 jusqu’au 13 Février 2004 pour faire l’étude.

Les données sont téléchargées au site du FNL (Final NCEP Analysis) pour la simulation du 22 Janvier 2004 jusqu’au 26 Janvier 2004. Le programme MM5 2 GrADS est utilisé pour représenter les résultats après la simulation.

Mots clés : Canal de Mozambique, cyclogenèse, MM5

Encadreur : RAKOTOVAZAHA Olivier, Maître de Conférences à l’Ecole Supérieure

Polytechnique d’Antananarivo

Adresse de l’auteur : Mitsamiouli – Comores

Adresse e-mail : [email protected]