Cycle of a Tropical Cyclone

La Cyclogenèse des systèmes dépressionnaires tropicaux Tropical cyclone formation

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P. Caroff Operations Manager RSMC La Reunion LaLa cyclogénèsecyclogénèse desdes systèmessystèmes dépressionnairesdépressionnaires tropicauxtropicaux Tropical cyclone formation

Cyclogenesis in the South-West Indian Ocean (15-20 January 2002)

Cyclogénèse dans le Sud-Ouest de l’Océan Indien (15-20 janvier 2002) LaLa cyclogénèsecyclogénèse desdes systèmessystèmes dépressionnairesdépressionnaires tropicauxtropicaux

Tropical cyclone formation

Cyclogenesis in the South-West Indian Ocean (24-28 January 2000)

Cyclogénèse dans le Sud-Ouest de l’Océan Indien (24-28 janvier 2000) LaLa cyclogénèsecyclogénèse desdes systèmessystèmes dépressionnairesdépressionnaires tropicauxtropicaux

Tropical cyclone formation

Cyclogenesis in the South-West Indian Ocean (24-28 January 2000)

Cyclogénèse dans le Sud-Ouest de l’Océan Indien (24-28 janvier 2000) TC CONNIE LaLa cyclogénèsecyclogénèse desdes systèmessystèmes dépressionnairesdépressionnaires tropicauxtropicaux

Cyclogenesis in the South-West 28/03/2014 Indian Ocean (28-30 April 2014) 0730 utc

Cyclogénèse dans le Sud-Ouest de l’Océan Indien (28 - 30 avril 2014) LaLa cyclogénèsecyclogénèse desdes systèmessystèmes dépressionnairesdépressionnaires tropicauxtropicaux

Cyclogenesis in the South-West 28/03/2014 Indian Ocean (28-30 March 2014) 0730 utc

Cyclogénèse dans le Sud-Ouest de TC HELLEN l’Océan Indien (28 - 30 mars 2014) 30/03/2014 0615 utc LaLa cyclogénèsecyclogénèse desdes systèmessystèmes dépressionnairesdépressionnaires tropicauxtropicaux

Hurricane Harvey in the Gulf of Mexico (23-24 August 2017)

23/08/2017 2356 utc

Ouragan Harvey dans le Golfe du Mexique (23 - 24 août 2017)

24/08/2017 2158 utc 05/01/1996 06/01/1996

07/01/1996 08/01/1996 LesLes systèmes systèmes dépressionnairesdépressionnaires tropicauxtropicaux : :

nomenclaturenomenclature des des classificationsclassifications et et dénominations dénominations utiliséesutilisées suivant suivant les les différentesdifférentes régions régions OMM. OMM.

WMO classifications of tropical disturbances and associated terminology being used in the different tropical cyclone basins.

34 kt 64 kt

Genesis Intensification ActivitéActivité cycloniquecyclonique dansdans lele Sud-OuestSud-Ouest dede l’océanl’océan IndienIndien

Time-evolution of the annual numbers of tropical storms (in yellow) and tropical cyclones (in red) in the South-West Indian Ocean basin (since 1967). ZonesZones dede cyclogénèsecyclogénèse

Areas of tropical cyclone formation

LesLes points points représentent représentent les les positions positions où où ont ont été été détectées détectées les les perturbations perturbations initialesinitiales de de tous tous les les cyclones cyclones observés observés sur sur une une période période de de 20 20 ans ans (GRAY, (GRAY, 1975) 1975)..

Dots represent initial detection of pre-hurricane tropical disturbances. ReprésentationReprésentation schématique schématique des des ZCIT ZCIT d’alizé d’alizé et et de de mousson. mousson.

ZCIT d’alizé ZCIT de mousson Trade Wind ITCZ Monsoon ITCZ

Talweg de mousson

ZCIT Flux de basses couches Low level flow ZCIT Talweg de mousson

Flux d’altitude Upper level flow

Dorsale subtropicale Subtropical ridge

d’Ouest d’Ouest d’Est Talweg (Face polaire) de ZCIT Cisaillement vertical mousson d’Ouest Monsoon d’Ouest d’Est Talweg de Vertical shear trough (Face polaire) mousson

Schematics of tradewind and Situation type de janvier dans le Situation type du mois d’août Situation type de janvier dans le Situation type du mois d’août bassin Australie/Océan Indien dans le Pacifique Nord-Ouest. monsoon-type ITCZ flow regimes. bassin Australie/Océan Indien dans le Pacifique Nord-Ouest. DistributionDistribution océanique océanique desdes positions positions saisonnièressaisonnières moyennesmoyennes de de la la ZCIT ZCIT dede type type mousson mousson

Representative seasonal locations of the oceanic monsoon-type ITCZ. Near equatorial trough

ITCZ # Monsoon trough

MeanMean surface surface streamlinesstreamlines during during SH SH summersummer ( Source(Source : : Saddler,Saddler, 1975) 1975) Near equatorial trough

ITCZ # Monsoon trough

MeanMean surface surface streamlinesstreamlines during during SH SH summersummer ( Source(Source : : Saddler,Saddler, 1975) 1975)

1st Jan 2000 – 07 utc LesLes conditionsconditions climatologiquesclimatologiques nécessaires nécessaires à à la la cyclogenèse cyclogenèse Climatological conditions for tropical cyclone formation

1. Existence d’une perturbation préexistante dans les basses couches de l’atmosphère. Presence of a pre-existing disturbance in the lower atmosphere.

2. Force de Coriolis suffisante. Significant value of planetary vorticity.

3. Cisaillement vertical de vents horizontaux faibles. Weak vertical shear of the horizontal winds.

4. SST supérieures à 26°C sur une épaisseur suffisante. SST exceeding 26°C and a deep thermocline.

5. Conditions d’instabilité conditionnelle sur une large portion de la troposphère. Conditional instability through a deep atmospheric layer.

6. Humidité relative importante dans les couches inférieures et moyennes de la troposphère. Large values of relative humidity in the lower and middle troposphere. ZonesZones dede cyclogénèsecyclogénèse etet forceforce dede CoriolisCoriolis Tropical cyclone formation and planetary vorticity

Areas of tropical cyclone formation

Dots represent initial detection of pre-hurricane tropical disturbances. ZonesZones dede cyclogénèsecyclogénèse etet forceforce dede CoriolisCoriolis Tropical cyclone formation and planetary vorticity

Areas of tropical cyclone formation

Dots represent initial detection of pre-hurricane tropical disturbances. CyclogénèseCyclogénèse etet forceforce dede CoriolisCoriolis

Tropical cyclone formation and planetary vorticity

TRMM 85GHz 26/12/2001 0059 UTC

GMS-5 Vis 26/12/2001 0031 UTC

SDTSDT Vamei Vamei se se formant formant à à l’est l’est de de Singapour Singapour près près de de l’équateur. l’équateur.

TC Vamei developing east of Singapore close to the Equator CyclogénèseCyclogénèse etet forceforce dede CoriolisCoriolis

TRMM 85GHz 27/12/2001 0003 UTC

GMS-5 Vis 27/12/2001 0031 UTC

CTCT Vamei Vamei à à l’est l’est de de Singapour Singapour près près de de l’équateur. l’équateur.

TC Vamei east of Singapore close to the Equator. CyclogenèseCyclogenèse d’Agni d’Agni près près de de l’Equateur. l’Equateur. Cyclogenesis of Agni near the Equator. CyclogénèseCyclogénèse etet forceforce dede CoriolisCoriolis

QuikScat 27/11/2004 0107 utc

Météosat 5 28/11/2004 04 utc

AGNIAGNI : :tempête tempête tropicale tropicale par par 0.7°N. 0.7°N. Cyclogenèse Cyclogenèse à à partir partir d’un d’un minimum minimum dépressionnairedépressionnaire initial initial ayant ayant temporairement temporairement changé changé d’hémisphère d’hémisphère la la veille veille ! !

AGNI : tropical storm by 0.7°N. Cyclogenesis from a low pressure area having temporarily shifted hemisphere on the previous day! CyclogénèseCyclogénèse etet forceforce dede CoriolisCoriolis

Météosat 5 28/11/2004 04 utc Aqua 89 GHz 30/11/2004 0915 utc

AGNIAGNI : :tempête tempête tropicale tropicale par par 0.7°N 0.7°N et et cyclone cyclone tropical tropical par par 6°N 6°N deux deux jours jours plus plus tard. tard.

AGNI : tropical storm by 0.7°N and tropical cyclone by 6°N two days later ZonesZones dede cyclogénèsecyclogénèse vs.vs. SSTSST

Areas of tropical cyclone formation

Dots represent initial detection of pre-hurricane tropical disturbances. TempératuresTempératures moyennes moyennes de de surface surface de de la la mer mer sursur les les océans océans Indien Indien et et Pacifique, Pacifique, au au mois mois de de février février..

SST of the Indian and Pacific Oceans (average for February)

Février TempératuresTempératures moyennes moyennes de de surface surface de de la la mer mer sursur les les océans océans Indien Indien et et Pacifique, Pacifique, au au mois mois d’août. d’août.

SST of the Indian and Pacific Oceans (average for August)

Août RépartitionRépartition moyenne moyenne desdes températures températures de de surfacesurface de de la la mer mer dansdans les les différents différents bassinsbassins cycloniques cycloniques pendantpendant le le mois mois le le plusplus chaud chaud de de l’année.l’année.

Latitudinal variations of SST in the various formation regions during the warmest summer month. Répartition méridienne des positions initiales des perturbations s’étant ensuite intensifiées en tempêtes tropicales

FréquenceFréquence annuelle annuelle par par 2.5° 2.5° de de latitude. latitude.

Latitudes at which initial disturbances that later became tropical storms were detected. CyclogénèsesCyclogénèses dansdans lele Sud-OuestSud-Ouest dede l’océanl’océan IndienIndien AbaqueAbaque donnant donnant la la pression pression centrale centrale minimale minimale suivant suivant les les températures températures de de lala mer mer (T (TSS) )et et de de la la tropopause tropopause (T (TOO) )dans dans un un cycle cycle de de Carnot Carnot idéal. idéal.

Minimum sustainable central pressure as a function of sea-surface temperature (TS ) and mean outflow temperature (TO), assuming an ambient surface pressure of 1015 hPa and an ambient near-surface relative humidity (RH) of 75%.

CeciCeci pour pour une une pressionpression en en surface surface de de 10151015 hPa hPa et et une une humiditéhumidité relative relative près près dede la la surface surface de de 75% 75% dansdans l ’environnement. l ’environnement. IntensitéIntensité maximale maximale potentielle potentielle des des cyclones cyclones tropicaux tropicaux

ExpriméeExprimée par par le le minimum minimum de de pression pression centrale centrale sous sous des des conditions conditions climatologiques climatologiques de de septembreseptembre et et comparaison comparaison avec avec quelques quelques pressions pressions centrales centrales de de cyclones cyclones parmi parmi les les plus plus puissantspuissants répertoriés répertoriés dans dans le le Pacifique Pacifique Nord-Ouest Nord-Ouest et et le le Golfe Golfe du du Mexique Mexique (valeurs(valeurs de de pressions pressions minimales minimales en en italique italique et et croix croix associées) associées)

Minimum sustainable central pressure of tropical cyclones under September climatological conditions. The central pressures of some of the most intense tropical cyclones on record are shown by italicized numbers and crosses. IntensitéIntensité maximale maximale potentielle potentielle des des cyclones cyclones tropicaux tropicaux

CarteCarte d’intensité d’intensité maximale maximale potentielle potentielle pour pour le le Sud-Ouest Sud-Ouest de de l’océan l’océan Indien Indien (exprimée(exprimée par par le le minimum minimum de de pression pression centrale). centrale). Maximum potential intensity map for SouthWest Indian Ocean. IntensitéIntensité maximale maximale potentielle potentielle des des cyclones cyclones tropicaux tropicaux

LienLien entre entre les les intensités intensités maximales maximales observées observées dans dans l’Atlantique l’Atlantique Nord Nord et et la la températuretempérature de de surface surface de de la la mer. mer.

Relationship between observed max intensities and Sea Surface Temperature. ETE

HIVER

PotentielPotentiel de de convection convection Pe = e (surface) - e (500 hPa)

Répartition océanique des valeurs moyennes du potentiel de convection pendant l’été (août/sept en HN, janv/fev en HS) et pendant l’hiver (janv/fev en HN et août /sept en HS). Valeurs en Kelvin.

Mean oceanic potential instability during summer (resp. winter), i.e. during aug/sept in NH (resp. SH) and during Jan/Feb in SH (resp NH). LesLes ""ingrédientsingrédients"" pré-requispré-requis nécessairesnécessaires àà uneune possiblepossible cyclogenèsecyclogenèse

Background requirement to make tropical cyclone formation a possibility…

1. La situation/l’environnement sont climatologiquement favorables. Climatology is right (i.e. region, season, SST, etc…)

2. La configuration synoptique est favorable du point de vue dynamique. Synoptic flow pattern is right (monsoon trough or high vorticity with small vertical wind shear, etc…).

3. Un Système Convectif de Méso-échelle est présent au sein d’un amas nuageux. Active Mesoscale Convection System (MCS) is present within a cloud cluster.

Ingrédients nécessaires, mais pas suffisants… Even when all these basic background requirement are met, cyclogenesis is not guaranteed… ConditionsConditions synoptiquessynoptiques dede lala cyclogenèsecyclogenèse (1)(1) Dynamical conditions associated with tropical cyclone formation (1)

1. Existence d’une perturbation nuageuse initiale présentant de la convection profonde en abondance. Pre-existing disturbance containing abundant deep convection.

2. Accroissement préalable du tourbillon relatif en basse troposphère sur une échelle horizontale de 1000 à 2000 km. Previous spin-up of lower tropospheric relative vorticity over a horizontal scale of 1000 to 2000 km.

3. La perturbation initiale doit acquérir une structure à cœur chaud à travers l’ensemble de la troposphère. The pre-existing disturbance must acquire a warm core thermal structure throughout the troposhere.

4. Environnement présentant un cisaillement vertical de vent horizontal faible. Large-scale environment with weak vertical shear of the horizontal wind. ConditionsConditions synoptiquessynoptiques dede lala cyclogenèsecyclogenèse (2)(2) Dynamical conditions associated with tropical cyclone formation (2)

5. Interaction fréquente entre la perturbation naissante et un talweg d’altitude. Frequent interaction between an upper-tropospheric trough and the incipient disturbance.

6. Un indicateur précoce du début de cyclogénèse est l’apparition de bandes nuageuses de convection au sein de la perturbation naissante. An early indicator that cyclogenesis has begun is the appearance of curved banding features of deep convection within the incipient disturbance.

7. Le cœur central du futur cyclone peut avoir pour origine un méso-vortex en moyenne troposhère formé en association avec une zone d’altostratus pré- existante à méso-échelle. The inner core of the cyclone may originate as a mid-level meso-vortex that has formed in association with a pre-existing meso-scale area of altostratus. ConditionsConditions synoptiquessynoptiques dede lala cyclogenèsecyclogenèse (1)(1) Dynamical conditions associated with tropical cyclone formation (1)

1. Existence d’une perturbation nuageuse initiale présentant de la convection profonde en abondance. Pre-existing disturbance containing abundant deep convection.

4. Environnement présentant un cisaillement vertical de vent horizontal faible. Large-scale environment with weak vertical shear of the horizontal wind. LaLa perturbation perturbation nuageuse nuageuse initiale initiale The pre-existing disturbance

« We observe universally that tropical storms form only within pre-existing disturbances… An initial disturbance therefore forms part of the starting mechanism. A weak circulation, low pressure, and a dep moist layer are present at the beginning ». Riehl (1954) LaLa perturbation perturbation nuageuse nuageuse initiale initiale The pre-existing disturbance

A cloud cluster consists of several Mesoscale Convective Systems (MCS) that are evolving on time scales of 6-18h and are subject to the diurnal cycle of convection. The MCSs are associated with a number of cumulonimbus elements that feed moisture to deep altostratus decks. LaLa perturbation perturbation nuageuse nuageuse initiale initiale The pre-existing disturbance

 Cloud clusters within low pressure area  meso-scale ascent (vertical motion 100 hPa/day over a 4° square area for pre-genesis disturbances)  upper-tropospheric warm core  Larger rotational circulation (1000-1500 km) 1st Jan 2000 – 07 utc

An important An important Zehr found 72 cloud clusters that lasted more than two requirementrequirement is is that that the the pre-cyclone cloud cluster days in the North Pacific in 1983-1984 : 22 non-developing pre-cyclone cloud cluster vs. 50 that became tropical storms (developers). mustmust be be « persistent » . « persistent » . Hence a 70% probability of cyclogenesis. ConditionsConditions synoptiquessynoptiques dede lala cyclogenèsecyclogenèse (1)(1) Dynamical conditions associated with tropical cyclone formation (1)

1. Existence d’une perturbation nuageuse initiale présentant de la convection profonde en abondance. Pre-existing disturbance containing abundant deep convection.

4. Environnement présentant un cisaillement vertical de vent horizontal faible. Large-scale environment with weak vertical shear of the horizontal wind. CarteCarte moyenne moyenne du du tourbillon tourbillon relatif relatif en en surface surface

Unité = 10-6 s-1

PourPour les les mois mois d’août d’août dans dans l’hémisphère l’hémisphère Nord Nord et et janvier janvier dans dans l’hémisphère l’hémisphère Sud. Sud. LesLes valeurs valeurs extrêmes extrêmes (+12, (+12, -12) -12) sont sont observées observées dans dans l’hémisphère l’hémisphère Nord Nord au au mois mois d’août d’août en en liaisonliaison avec avec l’hiver l’hiver austral. austral.

Chart of mean surface relative vorticity during August in the northern hemisphere and during January in the southern hemisphere. Extreme values (+12, -12) are found in the northern hemisphere during August and linked with austral winter. ComparaisonComparaison des des circulationscirculations tangentielles tangentielles D-vs-NDD-vs-ND

EnEn (m/s) (m/s) autour autour de de perturbations perturbations compositescomposites du du Pacifique Pacifique Nord-Ouest, Nord-Ouest, respectivementrespectivement pour pour des des futurs futurs typhons, typhons, 18h18h avant avant leur leur genèse genèse (en (en haut), haut), etet pour pour des des amas amas nuageux nuageux durables durables ayant ayant ensuiteensuite avorté avorté (en (en bas). bas).

Tangential winds (m/s) for West Pacific composites of pre-typhoon cloud clusters about 18h prior to genesis (GN) and non-developing, long lasting cloud clusters (PN).

Stronger middle- and lower-level cyclonic circulations from 2-8° lat. radius and larger inward eddy fluxes of momentum in the middle levels for developpers compared to non-developpers. EvolutionEvolution temporelle temporelle de de la la coupe coupe verticale verticale du du tourbillon tourbillon relatif, relatif, dans dans un un rayon rayon dede 300 300 km km autour autour de de la la perturbation perturbation initiale initiale de de la la future future IRMA, IRMA, en en janvier janvier 1987. 1987. IRMA

TIME

10-6 s-1, valeurs négatives pour le tourbillon cyclonique

Time-height sections of relative vorticity (cyclonic is negative) over a 300 km radius circle surrounding the disturbance that developed into TC Irma during the Australian Monsoon Experiment (Jan 1987).

MesuresMesures lors lors de de la la campagne campagne AMEX AMEX (Australian (Australian Monsoon Monsoon Experiment). Experiment). CC : :moment moment du du premier premier maximum maximum de de convection. convection. C C : :beginning beginning of of the the early early convective convective maximum maximum VV : :début début de de renforcement renforcement rapide rapide du du tourbillon. tourbillon. V V : :start start of of the the rapid rapid spin-up spin-up of of the the outer outer circulationcirculation TCGENTCGEN : :moment moment où où les les vents vents maximaux maximaux ont ont atteint atteint 34 34 nœuds. nœuds. TCGEN TCGEN : :TC TC genesis genesis EvolutionEvolution temporelle temporelle de de la la coupe coupe verticale verticale du du tourbillon tourbillon relatif, relatif, dans dans un un rayon rayon de de 300300 km km autour autour de de la la perturbation perturbation initiale initiale du du futur futur Jason Jason (janvier-février (janvier-février 1987). 1987).

TIME

10-6 s-1, cyclonic relative vorticity is negative JASON

Time-height sections of relative vorticity (cyclonic is negative) over a 300 km radius circle surrounding the disturbance that developed into tropical cyclone JASON in January-February 1987.

MesuresMesures lors lors de de la la campagne campagne AMEX AMEX (Australian (Australian Monsoon Monsoon Experiment). Experiment). CC : :moment moment du du premier premier maximum maximum de de convection. convection. C C : :beginning beginning of of the the early early convective convective maximum maximum VV : :début début de de renforcement renforcement rapide rapide du du tourbillon. tourbillon. V V : :start start of of the the rapid rapid spin-up spin-up of of the the outer outer circulationcirculation TCGENTCGEN : :moment moment où où les les vents vents maximaux maximaux ont ont atteint atteint 34 34 nœuds. nœuds. TCGEN TCGEN : :TC TC genesis genesis CarteCarte de de surface surface idéalisée idéalisée représentant représentant les les "poussées" "poussées" d’alizés d’alizés et et de de moussonmousson produites produites dans dans l’hémisphère l’hémisphère Sud Sud par par les les évolutions évolutions des des centrescentres d’action d’action associés. associés.

Les indices 1, 2, 3 Les indices 1, 2, 3 indiquentindiquent les les positions positions 1,1, 2, 2, et et 3 3 jours jours avant avant la la cyclogénèse.cyclogénèse.

Axe de la dorsale subtropicale Idealized surface (Axis of STR) chart showing the positions of Equateur important synoptic Flux de mousson renforcé (enhanced Lieu de scale features and westerlies) cyclogénèse (Genesis point) related surges Alizés renforcés (enhanced 3 days to 1 day trade easterlies) before cyclogenesis Axe de la dorsale (for southern subtropicale hemisphere). (Axis of STR)

SubscriptsSubscripts 1,2,3 1,2,3 on on the the highshighs (H) (H) and and lows lows (L) (L) denote days before Longitude de denote days before (Ouest de LC) cyclogénèse (Est de LC) genesis.genesis. IdemIdem que que précédemment précédemment mais mais pour pour l’hémisphère l’hémisphère Nord Nord

Axe de la dorsale subtropicale Alizés renforcés (enhanced (Axis of STR) trade easterlies) Lieu de (Genesis point) cyclogénèse ITCZ (enhanced Flux de mousson renforcé Hausse westerlies)

de pression (Surface pressure rises) en surface

Axe de la dorsale subtropicale (Axis of STR)

GENESIS (West of GL) (East of GL) LONGITUDE Analyses des champs de vent à 850 hPa par le modèle du CEP les 3, 4, 5 oct 1983 à 12 utc, lors de la phase initiale de genèse du futur typhon OGDEN.

Durant toute cette période, les vents maximaux au sein de la perturbation sont demeurés inférieurs à 15 m/s.

ECMWF 850 hPa analyses during the early stages of formation of pre-typhoon OGDEN at 12Z on October the 3rd, 4th, and 5th 1983. Maximum winds in the disturbance at this stage were less than 15 m/s during the whole period. CyclogenèsesCyclogenèses des des typhons typhons Rammasun Rammasun et et Chataan Chataan dans dans le le Pacifique Pacifique Nord-Ouest Nord-Ouest lele 30 30 juin juin 2002 2002 (vents (vents et et tourbillon tourbillon absolu absolu à à 850 850 hPa). hPa).

Cyclogenesis of typhoons Rammasun and Chataan in the NWP on 30 June 2002 (850 hPa winds and absolute vorticity). SchémaSchéma illustrant illustrant une une forme forme particulière particulière dede "wind "wind surge" surge" (poussée (poussée de de flux). flux). A specific case of wind surge

SchémaSchéma illustrant illustrant comment comment uneune "poussée "poussée de de flux" flux" relative, relative, peutpeut être être générée générée par par un un amas amas nuageuxnuageux se se déplaçant déplaçant vers vers l’ouestl’ouest et et pénétrant pénétrant dans dans une une ZCITZCIT de de mousson mousson stationnaire. stationnaire.

Illustration of a westward moving cloud cluster (shaded) entering a stationary ITCZ monsoon trough, wherein the steady westerly winds on the equatorward of the trough act as an effective wind surge. Talweg de mousson Le cercle représente la circulation (Monsoon trough) dépressionnaire de la perturbation initiale (4° de diamètre). La croix représente le centre du vortex de méso- échelle associé.

Poussée de flux (Surge)

18 sept 1983, 03 utc 18 sept 1983, 09 utc 18 sept 1983, 15 utc 18 sept 1983, 21 utc MSLP = 1005 hPa MLSP = 1005 hPa MLSP = 1005 hPa MSLP = 1004 hPa

EvolutionEvolution toutes toutes les les 6 6 heures heures des des lignes lignes de de flux flux analysées analysées à à 850 850 hPa, hPa, lors lors de de la la phasephase 1 1 de de la la cyclogénèse cyclogénèse du du typhon typhon FORREST FORREST..

Six hourly sequence of 850 hPa streamline analyses during Stage 1 of tropical cyclogenesis for typhoon FORREST, showing time evolution of the surge, the monsoon trough and the broadscale cyclonic circulation centre location of the pre-stage 1 disturbance (4° diameter circle). (the mesoscale vortex location is denoted by an « x » symbol). ConditionsConditions synoptiquessynoptiques dede lala cyclogenèsecyclogenèse (1)(1) Dynamical conditions associated with tropical cyclone formation (1)

1. Existence d’une perturbation nuageuse initiale présentant de la convection profonde en abondance. Pre-existing disturbance containing abundant deep convection.

5. Interaction fréquente entre la perturbation naissante et un talweg d’altitude. Frequent interaction between an upper-tropospheric trough and the incipient disturbance.

Meteosat 7 03/12/2012 0830 utc

Some Mesoscale Convective Systems (MCS) develop an inertially stable, warm core vortex that is referred to as a Mesoscale Convective Vortex (MCV). MCVs do form in the altostratus decks of MCSs. Horizontal scale ~ 100 to 200 km. MCVMCV associated associated to to MCS MCS

« The MCC-generated warm-core vortex may play a catalytic and crucial role in initiating tropical storm development » (Velasco and Fritsch 1987) Meteosat 7 03/12/2012 0830 utc

Meteosat 7 03/12/2012 0830 utc 5 m/s

1° (110 km) 6° (660 km)

-5 -5 -5 f = 4 x 10 ζr = 20 x 10 ζr = 2 x 10

Smaller diameter vortex associated to a Mesoscale Convective Vortex (MCV) with 5 m/s wind can have mean vorticity values that are 10 times greater than the larger disturbance system in which it is embedded. Première poussée de flux

CoupesCoupes verticales verticales des des processus processus Etat initial du MCS Etat final du MCS idéalisésidéalisés intervenant intervenant dans dans un un SystèmeSystème Convectif Convectif de de Méso-échelle Méso-échelle (MCS)(MCS) (1) (1)

ProcessusProcessus idéalisés idéalisés intervenant intervenant durant durant desdes forçages forçages successifs successifs liés liés à à des des pousséespoussées de de flux flux dans dans l’environnement l’environnement extérieurextérieur ("surges"), ("surges"), avec, avec, de de haut haut en en bas, bas, lesles nuages, nuages, les les structures structures des des surfaces surfaces isobaresisobares et et des des anomalies anomalies de de température, température, etet les les profils profils de de divergence. divergence.

Idealized vertical cross-sections of processes occuring with the early and late development stages of a MCS which is initiated by a wind surge.

Diagrams show, from top to bottom, the cloudiness, the slope of pressure surfaces with temperature anomalies, and the typical divergence profiles. EvolutionEvolution d’un d’un Système Système Convectif Convectif dede Méso-échelle Méso-échelle (MCS) (MCS) sur sur 3 3 jours jours

3-days evolution of a Meso-scale Convective System (MCS)

30/12/2002 10Z

29/12/2002 05Z

01/01/2003 09Z CoupesCoupes verticales verticales des des processus processus idéalisés idéalisés Deuxième poussée de flux intervenantintervenant dans dans un un SystèmeSystème Convectif Convectif de de Méso-échelle Méso-échelle (MCS) (MCS) (2) (2)

Après 1 à 3 jours

UneUne deuxième deuxième poussée poussée de de flux flux vient vient intéresser intéresser la la région région dudu MCS MCS pré-existant. pré-existant. DuDu fait fait de de la la stabilité stabilité inertielle inertielle des des couches couches moyennes, moyennes, la la pousséepoussée de de flux flux vient vient se se concentrer concentrer dans dans les les basses basses couches.couches. IlIl en en résulte résulte un un "spin-up" "spin-up" plus plus important important des des basses basses couchescouches que que des des couches couches moyennes, moyennes, et et la la mutation mutation d’un d’un systèmesystème à à cœur cœur froid froid de de basses basses couches couches en en un un système système àà cœur cœur chaud. chaud.

During this stage, a second wind surge impinges on the region of a prior MCS. Inertial stability of the middle layers causes much of the deep layer wind surge to become concentrated at lower levels. This acts to spin-up the lower levels more than the mid-levels and to change the system from a low-level cold core to a warm core. EvolutionEvolution temporelle temporelle de de la la convection convection profonde profonde Pourcentage de la surface enen phase phase de de genèse genèse Pourcentage de la surface s’étendants’étendant jusqu’à jusqu’à 2° 2° du du centre centre dede la la future future tempête tempête tropicale tropicale JOE,JOE, couverte couverte par par les les nuages nuages présentant une température IR Dépression Tempête présentant une température IR tropicale tropicale Typhon inférieureinférieure à à -65°C. -65°C. Tropical Tropical Typhoon Exemple représentatif des depression storm Exemple représentatif des pousséespoussées de de convection convection Second maximum de convection observées 2/3 jours avant Secondary convective maximum observées 2/3 jours avant intensificationintensification et et baptême baptême d’und’un système système (Zehr, (Zehr, 1992). 1992). e

c Maximum convectif initial

a Percent of the area extending out to f Early convective maximum r 220 km (2°) radius from pre- u

S tropical storm Joe wherein IR % temperatures were less than -65°C.

This example is typical of many other pre-cyclone disturbances which exhibit blowups of deep convection 2-3 days before the intensification to named storm. (Zehr, 1992) Temps (mois/jour) EvolutionEvolution temporelle temporelle type type de de la la convection convection profonde profonde lors lors d’uned’une perturbation perturbation tropicale tropicale au au cours cours de de son son existence existence

ChaqueChaque ligne ligne verticale verticale correspond à 10h locales. Genèse Intensification Affaiblissement correspond à 10h locales. Genesis Weakening L’ évolution de la Intensité maximum L’ évolution de la Maximum de convection initial convection profonde est Early convective maximum Maximum intensity convection profonde est représentéereprésentée par par l’évolution de la surface jours jours jours jours l’évolution de la surface 1.8 1.1 1.5 1.5 couverte,couverte, dans dans un un rayon rayon days days days days dede 2° 2° autour autour du du centre, centre, parpar les les nuages nuages à à température IR les plus

e température IR les plus

c froides (d’après a froides (d’après f r Zehr, 1992) u Zehr, 1992) s %

Typical time series of 0-2° radius cold IR areas during the life- cycle of a tropical cyclone.

Each vertical line is equivalent to 10 a.m. local time.

Temps (Date/Time) ModèleModèle conceptuel conceptuel de de la la cyclogénèse cyclogénèse

CeCe schéma schéma résume résume les les modifications modifications caractéristiquescaractéristiques de de convection convection (Cb), (Cb), de de minimumminimum de de pression pression (MSLP) (MSLP) et et de de vent vent maximaxi ( Vmax)(Vmax), ,ainsi ainsi que que leurs leurs valeurs valeurs numériquesnumériques approximatives approximatives respectives, respectives, durantdurant la la cyclogénèse cyclogénèse d ’un d ’un système système dépressionnairedépressionnaire tropical. tropical. Les Les nombres nombres T T d ’intensitésd ’intensités Dvorak Dvorak correspondantes correspondantes sontsont également également indiqués indiqués en en bas bas..

Conceptual model of cyclogenesis summarizing the important changes of Cb, MSLP and Vmax during tropical cyclogenesis with estimates of the approximate numerical values. The associated Dvorak intensity T- numbers are also shown below. ModèleModèle conceptuel conceptuel de de la la cyclogénèse cyclogénèse tropicale tropicale en en deux deux phases phases (1) (1)

Avant Maximum de convection Après Before Convective maximum After

Première phase Stage one

Perturbations d’échelle Circulation cyclonique Amas nuageux de Circulation cyclonique synoptique large et/ou onde d’est convection active et large et/ou onde d’est Broad, cyclonic proéminente Broad, cyclonic Synoptic-scale circulation and/or Prominent, active circulation and/or disturbances easterly wave cloud cluster easterly wave

Faible, avec peu ou Vortex de méso-échelle pas de convection Aucun Initiation None profonde Mesoscale vortex Weak, with little or no deep convection

Convection totale Faible à modérée Importante Faible à modérée Weak to moderate Strong Weak to moderate Overall convection ModèleModèle conceptuel conceptuel de de la la cyclogénèse cyclogénèse tropicale tropicale en en deux deux phases phases (2) (2)

Avant Maximum de convection Après Before Convective maximum After

Deuxième phase Stage two

Amas nuageux de convection Stade minimal de la Circulation cyclonique active et proéminente, avec tempête tropicale Perturbations d’échelle large et/ou onde d’est des bandes nuageuses (vent moyen synoptique Broad, cyclonic de faible courbure maximal de 34 kt) circulation and/or Prominent, active cloud cluster Minimal tropical storm Synoptic-scale easterly wave disturbances with slightly curved cloud bands Max winds 17.5 m/s

Faible, avec peu ou Faible, avec de la pas de convection convection profonde Vortex de méso-échelle S’intensifiant profonde près du centre Intensifying Mesoscale vortex Weak, with little or no Weak, with deep deep convection convection near its centre

Convection totale Faible à modérée Importante Modérée à forte Overall convection Weak to moderate Strong Moderate to strong LeLe rôle rôle des des "wind "wind surges" surges" (poussées (poussées de de flux). flux).

The role of wind surges

AA crucial crucial factor factor determining determining whether whether a a system system will will develop develop or or not not is is the the presencepresence or or lack lack of of concentrated concentrated wind wind convergence convergence to to the the centre centre of of the the initialinitial disturbance. disturbance.

EnvironmentallyEnvironmentally driven driven asymmetrical asymmetrical wind wind surges surges are are able able to to trigger trigger intense intense convectiveconvective outbreaks outbreaks at at locations locations where where previous previous MCS MCS convection convection has has establishedestablished a a concentration concentration of of high high relative relative vorticity. vorticity.

A tropical disturbance cannot and does not intensify over its entire domain. It is much more efficient if the initial intensification occurs over a small central area where strong vorticity increase takes place through externally forced convergence.

The rapid wind spin-up in this restricted area of convergence then spreads outward to larger radius. MCVMCV associated associated to to pre-genesis pre-genesis of of TC TC CLAUDIA CLAUDIA

Meteosat 7 03/12/2012 0830 utc GenesisGenesis of of TC TC CLAUDIA CLAUDIA

Meteosat 7 06/12/2012 06 utc IntensificationIntensification of of TC TC CLAUDIA CLAUDIA

Meteosat 7 08/12/2012 09 utc Le concept de "tours chaudes"

UneUne "tour "tour chaude" chaude" est est un un nuage nuage convectifconvectif précipitant précipitant qui qui atteint atteint ouou dépasse dépasse la la tropopause. tropopause. QuelquesQuelques ordres ordres de de grandeur grandeur caractéristiquescaractéristiques : : - -échelle échelle verticale verticale : :15 15 à à 18 18 km km - -échelle échelle horizontale horizontale : :5 5 à à 10 10 km km - -durée durée de de vie vie : :1 1 h h (jusqu’à (jusqu’à 3h). 3h). CesCes cheminées cheminées nuageuses nuageuses sont sont ditesdites “chaudes” “chaudes” car car elles elles produisentproduisent d’énormes d’énormes quantités quantités dede chaleur chaleur latente latente par par condensation.condensation. J. Simpson referred to hot towers as “undilute or nearly undilute penetrative cumulonimbus clouds

that carried high θe air from the subcloud layer to the upper troposphere”. Que sont ces "tours chaudes" ?

Tours chaudes dans l’ouragan Katrina

Reconstitution du champ de précipitations 3D d’après données du radar de précipitations du satellite TRMM 1998 : la première "tour chaude" réellement observée et documentée

LesLes mesures mesures avion avion ontont révélé révélé l’existencel’existence d’une d’une forteforte subsidence subsidence versvers l’intérieur l’intérieur de de l’œill’œil associée associée à à cettecette flèche flèche nuageuse.nuageuse.

Heymsfield et al. ER-2 Doppler Radar Investigations of the Eyewall of Hurricane Bonnie During CAMEX- 3, Journal of Applied Meteorology 2001 Un lien clair entre "tours chaudes" et intensification des cyclones

UnUn cyclone cyclone avec avec présence présence d’une d’une tour tour chaude chaude au au voisinage voisinage du du mur mur de de l’œil l’œil a a deux deux fois fois plus plus de de chanceschances de de s’intensifier s’intensifier dans dans les les 6h 6h suivantes suivantes qu’un qu’un cyclone cyclone sans sans tour tour chaude. chaude. Kelley and Stout : "Convective towers in eyewalls of tropical cyclones observed by the TRMM precipitation radar in 1998-2001", AMS, janvier 2004, Seattle. Un lien clair entre "tours chaudes" et intensification des cyclones

Une unique tour chaude n’indique rien en soi, mais une succession rapide de plusieurs tours chaudes suggère que quelque chose de spécial est en train de se passer au cœur du cyclone : la probabilité d’une intensification imminente devient alors très importante.

UneUne étude étude statistique statistique a a trouvé trouvé que que si si sur sur une une période période de de 3h, 3h, des des tours tours chaudes chaudes étaient étaient présentes présentes dansdans le le mur mur de de l’oeil l’oeil durant durant au au moins moins 1/3 1/3 du du temps, temps, les les vents vents en en surface surface associés associés au au cyclone cyclone mature mature avaientavaient 82% 82% de de chances chances de de se se renforcer. renforcer. Cette Cette probabilité probabilité d’intensification d’intensification chute chute à à 17% 17% sinon. sinon.

Kelley, Stout, and Halverson : "Tall precipitation cells in tropical cyclone eyewalls are associated with tropical cyclone intensification". Geophys. Res. Lett., Vol 31, 2004 Tour chaude lors de la pré-genèse de la tempête tropicale 09 (fév 2006) Tour chaude lors de la pré-genèse de la tempête tropicale 09 (fév 2006) La structure des "tours chaudes" vue par la simulation numérique

Une bonne proportion des ascendances générées dans les simulations développent des caractéristiques de type "tours chaudes" durant de brèves périodes de leur cycle de vie et ce parfois à plusieurs reprises.

- -Taille Taille caractéristique caractéristique : :5 5 - -10 10 km km - -Vitesse Vitesse verticale verticale : :  10 10 m/s m/s - -Taux Taux de de réchauffage réchauffage diabatiquediabatique max max : :# # 150 150 K/h K/h - -Durée Durée de de vie vie : :  1h 1h (mais(mais occasionnellement occasionnellement jusqu’à jusqu’à 3h) 3h)

The Role of “Vortical” Hot Towers in the Formation of Tropical Cyclone Diana (1984) Hendricks et al. J.A.S, Vol 61, 2004. La structure des "tours chaudes" vue par la simulation numérique

LesLes "V "Vorticalortical Hot Hot Towers Towers"" (VHT) (VHT) constituentconstituent le le mode mode préférentiel préférentiel d’organisationd’organisation de de la la convection convection et et se se distinguentdistinguent de de la la convection convection profonde profonde classiqueclassique tropicale tropicale par par l’existence l’existence d’uned’une forte forte vorticité vorticité associée. associée.

LesLes anomalies anomalies de de tourbillon tourbillon cyclonique cyclonique associéesassociées aux aux VHT VHT sont sont significativement significativement plusplus importantes importantes que que la la vorticité vorticité ambiante ambiante pré-existantepré-existante dans dans l’environnement l’environnement local local desdes ascendances ascendances qui qui les les ont ont générées générées (de (de 3 3 à à 100 100 fois fois plus plus fortes fortes en en valeur valeur absolue).absolue).

Champ de vent horizontal typique d’une VHT (ici vent à 0.67 km d’altitude) : le mini vortex de 10-20 km d’échelle horizontale est associé à une forte circulation tangentielle (maximum de 18 m/s du côté nord et de 8 m/s du côté sud). Hendricks et al. La structure des "tours chaudes" vue par la simulation numérique

LaLa forte forte vorticité vorticité associée associée aux aux "V"Vorticalortical Hot Hot Towers Towers"" (VHT) (VHT) inhibe inhibe l’entraînementl’entraînement latéral latéral et et rend rend de de fait fait la la convectionconvection plus plus efficace. efficace.

L’évolution du tourbillon potentiel y est pilotée par le gradient vertical de réchauffage diabatique :

 64 PVU/h  45 K/h/km dans la tranche −6 2 −1 −1 (1 PVU =10 m s K kg ) 0-5 km

From a vorticity dynamics perspective, the strong updrafts in the hot towers converge and stretch existing low-level vertical vorticity into intense small-scale vortex tubes. (Hendricks et al. ) La structure des "tours chaudes" vue par la simulation numérique

"V"Vorticalortical Hot Hot Towers Towers"" (VHT) (VHT) = = cores cores of of deep deep cumulonimbus cumulonimbus convection convection possessingpossessing strong strong vertical vertical vorticity, vorticity, that that arise arise from from buoyancy-induced buoyancy-induced stretchingstretching of of local local absolute absolute vertical vertical vorticity vorticity in in a a vorticity-rich vorticity-rich pre- pre- hurricanehurricane environment environment *. *.

 * *un un pré-requis pré-requis à à la la formation formation de de VHTs VHTs par par les les processus processus de de convection convection profonde profonde estest donc donc que que l’environnement l’environnement de de pré-genèse pré-genèse soit soit associé associé à à une une CAPE CAPE suffisante suffisante et et à à l’existencel’existence d’un d’un tourbillon tourbillon relatif relatif cyclonique cyclonique déjà déjà significatif significatif dans dans les les basses basses couches. couches.

Maxi 15 m/s

Warming sup à 5 K

Évolution du champ de tourbillon absolu, montrant la fusion de deux tubes de vorticité aboutissant à la genèse de DIANA. Le nouveau paradigme de la cyclogenèse par les "tours chaudes".

Tour chaude à t=23h Vortex de DIANA à t=36h LeLe processus processus évolutif évolutif en en deuxdeux étapes étapes évoqué évoqué précédemmentprécédemment (qui(qui s’est s’est opéré opéré en en conjonctionconjonction avec avec une une convergenceconvergence de de moment moment angulaireangulaire relatif relatif en en basses basses couchescouches – – produit produit par par le le chauffagechauffage diabatique diabatique de de l’ensemblel’ensemble des des tours tours chaudes),chaudes), permet permet de de faire faire grossirgrossir en en cascade cascade le le tourbillontourbillon vertical, vertical, de de l’échellel’échelle de de la la tour tour chaude chaude jusqu’àjusqu’à celle celle de de la la dépressiondépression tropicale. tropicale.

Cyclogenesis through an upscale growth mechanism where small- scale vortical hot towers are the building blocks.

Moyennes azimuthales du tourbillon relatif (unité : 10−4 s−1) Le rôle des "tours chaudes" dans la cyclogenèse

MontgomeryMontgomery et et al. al. dans dans " "AA Vortical Vortical Hot Hot Tower Tower route route to to Tropical Tropical CyclogenesisCyclogenesis"" (J.A.S., (J.A.S., Vol Vol 63, 63, Janvier Janvier 2006 2006 ), ), se se sont sont intéressés intéressés à à la la formationformation d’une d’une dépression dépression à à cœur cœur chaud chaud à à partir partir d’un d’un MCV MCV et et ont ont retrouvéretrouvé des des résultats résultats similaires, similaires, montrant montrant que que les les VHTs VHTs y y jouent jouent un un rôle rôle primordial,primordial, fabriquant fabriquant ainsi ainsi en en un un délai délai réaliste réaliste de de 1 1 à à 2 2 jours jours une une dépressiondépression tropicale. tropicale.

MCVMCV can can undergo undergo a a metamorphosis metamorphosis to to a a tropical tropical depression depression vortex vortex on on meteorologically meteorologically realistic realistic (order(order 1–2 1–2 days) days) time time scales. scales. TheThe metamorphosis metamorphosis is is demonstrated demonstrated to to occur occur in in association association with with the the generation generation of of intense intense VHTs VHTs withinwithin the the cyclonic cyclonic vorticity-rich vorticity-rich environment environment of of the the initial initial MCV, MCV, mid-to-upper-level mid-to-upper-level moistening moistening by by thethe VHTs, VHTs, diabatic diabatic mergers mergers between between VHTs, VHTs, and and the the near-surface near-surface and and mid- mid- to to upper-level upper-level inflow inflow onon the the system system scale scale that that is is induced induced by by the the ensemble ensemble of of VHTs. VHTs. TheThe initial initial MCV MCV provides provides an an environment environment rich rich in in horizontal horizontal and and vertical vertical vorticity. vorticity. As As the the first first updraft updraft forms,forms, it it tilts tilts ambient ambient horizontal horizontal vorticity vorticity into into the the vertical vertical while while at at the the same same time time stretching stretching MCV-generated MCV-generated verticalvertical vorticity. vorticity. As As the the updraft updraft intensifies intensifies to to become become a a hot hot tower, tower, both both ambient ambient and and tilting-generated tilting-generated verticalvertical vorticity vorticity is is stretched stretched even even more, more, leading leading to to a a strong strong convectively convectively generated generated vertical vertical vorticity vorticity anomaly.anomaly. At At later later times times in in the the simulation(s) simulation(s) the the convergence/stretching convergence/stretching of of near near surface surface (0 (0 < < z z < < 2 2 km) km) vorticityvorticity by by the the convective convective plumes plumes dominates dominates the the generation generation of of vorticity vorticity by by tilting tilting processes. processes. ConditionsConditions synoptiquessynoptiques dede lala cyclogenèsecyclogenèse (1)(1) Dynamical conditions associated with tropical cyclone formation (1)

1. Existence d’une perturbation nuageuse initiale présentant de la convection profonde en abondance. Pre-existing disturbance containing abundant deep convection.

4. Environnement présentant un cisaillement vertical de vent horizontal faible. Large-scale environment with weak vertical shear of the horizontal wind. Janvier

Avril

CartesCartes moyennes moyennes du du cisaillement cisaillement troposphérique troposphérique du du vent vent zonal zonal

U = U200 - U850 Unité = kt U = U200 - U850 Mean vertical wind shear of the zonal wind (January and April). Août

Octobre

CartesCartes moyennes moyennes du du cisaillement cisaillement troposphérique troposphérique du du vent vent zonal zonal

U = U200 - U850 Unité = kt U = U200 - U850 Mean vertical wind shear of the zonal wind (August and October). CisaillementCisaillement vertical vertical du du vent vent zonal zonal entre entre 200 200 et et 900 900 hPa hPa observé observé pour pour 2 2 systèmessystèmes du du bassin bassin Atlantique, Atlantique, lors lors de de la la saison saison cyclonique cyclonique 1975. 1975.

AMY (26/06/1975) BLANCHE (24/07/1975)

+10 e d u

t 0 i t a L

-10

+10 0 -10 +10 0 -10 Longitude Longitude

PerturbationsPerturbations initiales initiales des des futures futures AMY AMY et et BLANCHE, BLANCHE, 60 60 h h avant avant leur leur formation. formation. LesLes régions régions de de cisaillement cisaillement d ’Est d ’Est sont sont en en grisé. grisé. Les Les systèmes systèmes de de coordonnées coordonnées sont sont centrés centrés sur sur lesles positions positions des des perturbations perturbations (repérées (repérées par par les les croix). croix). Cisaillement Cisaillement vertical vertical du du vent vent zonal zonal en en nœuds.nœuds. Vertical shear of the zonal wind (kt) between 200 hPa and approximately 900hPa for pre-tropical cyclone disturbances in the Atlantic Ocean.

Maps are 60h prior to formation of AMY and BLANCHE during 1975. Easterly wind shear regions are shaded and storm positions are indicated by crosses at the origin of coordinate system. CisaillementCisaillement de de vent vent et et cyclogenèse cyclogenèse

Pre-genèsePre-genèse de de Kesiny Kesiny (02/05/2002 (02/05/2002 à à 03 03 UTC). UTC). Vertical wind shear and cyclogenesis CisaillementCisaillement de de vent vent et et cyclogenèse cyclogenèse

03 UTC

KesinyKesiny 3.0 3.0 et et pre-genese pre-genese mer mer d’Arabie d’Arabie (05/05/2002). (05/05/2002). Vertical wind shear and cyclogenesis CisaillementCisaillement de de vent vent et et cyclogenèse cyclogenèse

09/05/2002 03 UTC 03 UTC

KesinyKesiny 4.0 4.0 et et jumeau jumeau mer mer d’Arabie d’Arabie + + pre-genese pre-genese Errol Errol Vertical wind shear and cyclogenesis ConditionsConditions synoptiquessynoptiques dede lala cyclogenèsecyclogenèse (2)(2) Dynamical conditions associated with tropical cyclone formation (2)

5. Interaction fréquente entre la perturbation naissante et un talweg d’altitude. Frequent interaction between an upper-tropospheric trough and the incipient disturbance.

7. Le cœur central du futur cyclone peut avoir pour origine un méso-vortex en moyenne troposhère formé en association avec une zone d’altostratus pré- existante à méso-échelle. The inner core of the cyclone may originate as a mid-level meso-vortex that has formed in association with a pre-existing meso-scale area of altostratus. LaLa divergence divergence d’altitude d’altitude (1) (1) Single-channelSingle-channel poleward poleward outflowoutflow

SchémaSchéma idéalisé idéalisé d’un d’un flux flux sortant sortant d’altituded’altitude associé associé à à un un seul seul canal canal d’évacuationd’évacuation côté côté polaire, polaire, avec avec le le centre centre anticycloniqueanticyclonique d’altitude d’altitude (200 (200 hPa) hPa) directementdirectement positionné positionné au au dessus dessus du du centrecentre du du cyclone. cyclone.

Idealized sketch of a single 200 mb poleward outflow channel with the 200 mb anticyclone centre located directly over the cyclone centre, like for tropical storm NANCY (18 Sept 1979). A C LignesLignes de de flux flux à à 200 200 hPa hPa le le 18 18 sept sept 19791979 pour pour la la tempête tempête tropicale tropicale NANCY NANCY E quiqui présentait présentait alors alors ce ce type type de de structure.structure. A LaLa divergence divergence d’altitude d’altitude (2) (2) Single-channelSingle-channel equatorward equatorward outflowoutflow

SchémaSchéma idéalisé idéalisé d’un d’un flux flux sortant sortant d’altituded’altitude associé associé à à un un seul seul canal canal d’évacuationd’évacuation vers vers l’équateur, l’équateur, pour pour un un centrecentre de de la la dépression dépression situé situé dans dans l ’Estl ’Est du du centre centre anticyclonique anticyclonique d’altitude.d’altitude.

Idealized sketch of a single A equatorward outflow channel for a cyclone centre to the east of the 200 hPa anticyclone centre.

LignesLignes de de flux flux à à 200 200 hPa hPa le le 13 13 août août 19791979 pour pour le le Typhon Typhon IRVING, IRVING, présentantprésentant alors alors cette cette configuration. configuration. LaLa divergence divergence d’altitude d’altitude (3) (3) Dual-channelDual-channel outflow outflow

SchémaSchéma idéalisé idéalisé d’un d’un flux flux sortant sortant d’altituded’altitude présentant présentant deux deux canaux canaux d’évacuation,d’évacuation, avec avec le le centre centre du du cyclonecyclone positionné positionné à à l’Ouest l’Ouest du du centrecentre anticyclonique anticyclonique d’altitude. d’altitude.

Idealized sketch of a dual outflow channel with the cyclone centre to the west of the anticyclone centre.

LignesLignes de de flux flux à à 200 200 hPa hPa le le 16 16 septembreseptembre 1979 1979 pour pour le le futur futur ouraganouragan HENRI, HENRI, qui qui présentait présentait alorsalors ce ce type type de de configuration. configuration. LaLa divergence divergence d’altitude d’altitude (4) (4) NoNo outflow outflow channel channel

SchémaSchéma idéalisé idéalisé d’un d’un flux flux sortant sortant d’altituded’altitude présentant présentant un un canal canal d’évacuationd’évacuation limité limité avec avec le le centre centre dudu cyclone cyclone positionné positionné dans dans le le SudSud de de l’anticyclone l’anticyclone d’altitude. d’altitude.

Idealized sketch with little outflow channel and with the cyclone centre south of the 200 hPa anticyclone.

LignesLignes de de flux flux à à 200 200 hPa hPa le le 3 3 A novembrenovembre 1979 1979 pour pour le le typhon typhon VERA,VERA, qui qui présentait présentait alors alors ce ce typetype de de configuration. configuration. CasCas de de l’hémisphère l’hémisphère Sud Sud

A A

SixSix situations situations types types d’interaction d’interaction entre entre la la circulation circulation divergente divergente d’altitude d’altitude d’un d’un systèmesystème dépressionnaire dépressionnaire tropical tropical et et la la circulation circulation synoptique synoptique environnante. environnante.

Six types of upper-level interaction between a tropical cyclone (dark centre) and the surrounding circulations (southern hemisphere). CasCas de de l’hémisphère l’hémisphère Nord Nord

Six types of upper-level interaction between a tropical cyclone (dark centre) and the surrounding circulations (northern hemisphere). FluxFlux sortantsortant d’altituded’altitude ExempleExemple de de configuration configuration avec avec deux deux canaux canaux d’évacuation d’évacuation

Ouragan LENNY, le 17 novembre 1999 à 18 utc. Ouragan LENNY, le 17 novembre 1999 à 18 utc. Dual outflow channel (Hurricane Lenny). (Carte(Carte de de cisaillement cisaillement de de vent). vent). FluxFlux sortantsortant d’altituded’altitude

ExempleExemple de de configurationconfiguration avecavec un un canal canal d’évacuationd’évacuation

Single outflow channel (TC Charly)

CycloneCyclone CHARLY, CHARLY, lele 20 20 janvier janvier 2001 2001 àà 03 03 utc utc FluxFlux sortantsortant d’altituded’altitude

ExempleExemple de de configurationconfiguration avecavec un un canal canal d’évacuationd’évacuation

Single outflow channel (TC Charly)

CycloneCyclone CHARLY, CHARLY, lele 22 22 janvier janvier 2001 2001 àà 15 15 utc utc FluxFlux sortantsortant d’altituded’altitude

ExempleExemple de de configurationconfiguration avecavec un un canal canal d’évacuationd’évacuation

CarteCarte de de cisaillement cisaillement de de vent vent

CycloneCyclone CHARLY, CHARLY, lele 23 23 janvier janvier 2001 2001 àà 06 06 utc utc

Single outflow channel (TC Charly)

CarteCarte des des vents vents d’altitude d’altitude FluxFlux sortantsortant d’altituded’altitude

NoNo outflow outflow channelchannel

CarteCarte des des vents vents d’altitude d’altitude

CycloneCyclone DINA, DINA, le le 17 17 janvierjanvier 2002 2002 à à 12 12 utc utc

No outflow channel (TC Dina)

CarteCarte de de cisaillement cisaillement de de vent vent FluxFlux sortantsortant d’altituded’altitude

ExempleExemple de de configuration configuration avecavec un un canal canal principal principal d’évacuationd’évacuation

Single CycloneCyclone DERA, DERA, le le 9 9 mars mars outflow 20012001 à à 03 03 utc utc channel (TC Dera)

CartesCartes des des vents vents d’altitude d’altitude

CycloneCyclone DERA, DERA, le le 9 9 mars mars 20012001 à à 15 15 utc utc FluxFlux sortantsortant d’altituded’altitude

ExempleExemple de de configuration configuration avecavec un un canal canal principal principal d’évacuationd’évacuation

CycloneCyclone DERA, DERA, le le 9 9 mars mars 2001 2001 à à 03 03 utc utc CarteCarte de de cisaillement cisaillement de de vent vent

Single outflow channel (TC Dera)

CycloneCyclone DERA, DERA, le le 9 9 mars mars 2001 2001 àà 15 15 utc. utc. CarteCarte de de tendance tendance sur sur 24 24 heuresheures du du cisaillement cisaillement de de vent vent FluxFlux sortantsortant d’altituded’altitude

ExempleExemple de de configuration configuration avecavec un un canal canal principal principal d’évacuationd’évacuation

Single Cyclone DERA, le 10 mars Cyclone DERA, le 10 mars outflow 2001 à 00 utc 2001 à 00 utc channel (TC Dera)

CartesCartes des des vents vents d’altitude d’altitude

CycloneCyclone DERA, DERA, le le 10 10 mars mars 20012001 à à 12 12 utc utc FluxFlux sortantsortant d’altituded’altitude

ExempleExemple de de configuration configuration avecavec deux deux canaux canaux d’évacuationd’évacuation

dual outflow channel (TC Gafilo)

CartesCartes des des vents vents d’altitude d’altitude

CycloneCyclone GAFILO, GAFILO, le le 5 5 mars mars 20042004 à à 03 03 utc utc FluxFlux sortantsortant d’altituded’altitude

ExempleExemple de de configuration configuration avecavec trois trois canaux canaux d’évacuationd’évacuation

triple outflow channel (TC Gafilo)

CartesCartes des des vents vents d’altitude d’altitude

CreusementCreusement estimé estimé de de 6060 hPa hPa en en 24h 24h (de(de 960 960 hPa hPa le le 5 5 mars mars à à 0606 utc utc à à 900 900 hPa hPa le le 6 6 marsmars à à 06 06 utc). utc).

CycloneCyclone GAFILO, GAFILO, le le 6 6 mars mars 20042004 à à 09 09 utc utc SST

Max SST Potential anomalies Intensity

IntensificationIntensification rapide rapide du du cyclonecyclone GAFILO GAFILO : :les les conditionsconditions énergétiques énergétiques BEJISA : a great success for the models

TCTC BEJISA BEJISA while while affecting affecting ReunionReunion Island Island (02 (02 January January 2014). 2014). BEJISA : a great success for the models

Farquhar 02/01/2014 15H20

BEJISA : first storm born in the Farquhar area to affect La Réunion at tropical cyclone stage Tropical cyclones and tropical storms having passed at less than 100 km from Reunion Island (1967 - 2006)

• Cyclogenesis near the Farquhar Archipelago : unfrequent. • Cyclogenesis near the Farquhar and then threatening the Mascarene Archipelago : exceptional. BEJISA : an amazing predictability

9 days forecast (+216 h) EC model 00Z run 24/12/2013 valid 2 January 2014 at 00Z. BEJISA : an amazing predictability

9 days forecast (+216 h) EC model 00Z run 24/12/2013 valid 2 January 2014 at 00Z.

AsAs long long ago ago as as before before Christmas,Christmas, long long range range forecastsforecasts had had predicted predicted a a cyclogenesiscyclogenesis to to take take place place northeastnortheast of of Madagascar, Madagascar, evolvingevolving thereafter thereafter into into a a maturemature cyclone cyclone seriously seriously threateningthreatening Reunion Reunion Island Island nd onon 2 2nd January. January. ThoseThose predictions predictions would would proveprove amazingly amazingly close close to to realityreality (9 (9 to to 10 10 days days in in advance!)advance!) . . BEJISA : an amazing predictability

Aqua 24/12/2013, 1014 utc

9 days forecast (+216 h) EC model 00Z run 24/12/2013 valid 2 January 2014 at 00Z. BEJISA : an amazing predictability

+ 144h 23/12/2013 at 12Z, valid for 48hours from 02 Jan at 12Z to 04 Jan at 12Z

23/12/2013 at 12Z, valid for 48hours from 28 Dec at 12Z to 30 Dec at 12Z + 264h Strike probabilities from EPS (Ensemble Prediction System from European Centre model) Probability of a tropical + 96h 24/12/2013 at 12Z, valid for 48hours from 02 Jan at 12Z to 04 Jan at 12Z storm passing within 300 km radius

24/12/2013 at 12Z, valid for 48hours from 27 Dec at 12Z to 29 Dec at 12Z + 240h Cyclone season 2013-2014 : Very Intense Tropical Cyclone HELLEN

28/03/2014 • Very unusual cyclogenesis between the African continent and the Comoro Archipelago. • Unprecedented evolution : HELLEN swept past the Dvorak 30/03/2014 intensity scale up and down in just 4 days time… • Short passage overland between Mahajunga and Cape St-André in the evening of 31 March, but the mighty storm had (almost miraculously) underwent a drastic weakening prior to that (only a moderate tropical storm at landfall) • Some fatalities however (in Madagascar mostly).

01/04/2014

THE storm HELLEN : an explosive cyclogenesis and development

Metop 27/03/2014 1910 utc HELLEN : an explosive cyclogenesis and development

Metop Noaa 19 27/03/2014 30/03/2014 1910 utc 1042 utc HELLEN : an explosive cyclogenesis and development

30/03/2014

01/04/2014

Metop+Ascat 28/03/2014, 0649 utc

To-becomeTo-become HELLEN HELLEN : : stillstill a a weak weak tropical tropical disturbance (25 kt). TERRA disturbance (25 kt). (Modis) 28/03/2014 0715 utc HELLEN : an explosive cyclogenesis and development

01/04/2014

AMSR2 89Color 29/03/2014, 0946 utc

HELLENHELLEN reaching reaching minimal minimal stage stage ofof Severe Severe Tropical Tropical Storm Storm (48 (48 kt). kt).

AQUA (Modis) 29/03/2014 0932 utc HELLEN : a very difficult challenge for the models…

27 March run 12 utc

Strike probabilities (probability of a tropical storm passing within 300 km radius) and intensity forecasts from EPS (Ensemble Prediction System from European Centre model) HELLEN : a very difficult challenge for the models…

28 March run 12 utc

29 March run 00 utc

29 March run 12 utc

HELLENHELLEN :: aa bigbig failurefailure forfor thethe ECEC modelmodel.. VirtuallyVirtually unableunable toto predictpredict cyclogenesiscyclogenesis beforebefore itit tooktook place.place. NeverNever envisagedenvisaged thethe developmentdevelopment ofof aa maturemature tropicaltropical cyclone.cyclone. HadHad alsoalso troubletrouble withwith thethe tracktrack forecastforecast (cusp(cusp pointpoint beforebefore approachingapproaching MadagascarMadagascar withwith nono landfall).landfall). HELLEN : a very difficult challenge for the models… and the TC forecasters

MAE (kt) of RSMC intensity Vmax forecast forecasts : ALADIN 24h : 26,7 48h : 31,1 72h : 24,3 96h : 16,1 120h : 9,9

Vmax forecast EC model

Vmax forecast GFS

ComparedCompared to to the the EC EC model, model, the the U.S. U.S. models models (GFS, (GFS, HWRF HWRF not not shown) shown) and and to to a a lesser lesser degree degree Aladin, Aladin, gavegave some some hint hint of of a a more more significant significant intensification, intensification, but but still still far far from from reality. reality.