Modélisation Mésoéchelle Des Cyclones Tropicaux Dans Le Sud-Ouest De L’Océan Indien Avec Méso-NH
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UNIVERSITE DE LA REUNION Laboratoire de l’Atmosphère et des Cyclones – UMR 8105 Modélisation mésoéchelle des cyclones tropicaux dans le Sud-Ouest de l’Océan Indien avec Méso-NH. Cas d’étude DINA. par Samuel Jolivet tel-00462517, version 1 - 10 Mar 2010 en vue de l’obtention du grade de Docteur de l’Université de La Réunion (spécialité Physique de l’Atmosphère) Soutenue le 15 juillet 2008 Directeur de Thèse : M. Fabrice Chane-Ming (MCF HDR, Université de La Réunion) Composition du jury : Rapporteurs : M. Jean-Philippe Duvel (Directeur de recherche CNRS) M. Frank Roux (Professeur, Université Toulouse III) Examinateurs : M. Robert Delmas (Directeur de recherche CNRS) M. Matthieu Plu (Ingénieurs des Ponts et Chaussées, LACy, Météo-France) tel-00462517, version 1 - 10 Mar 2010 tel-00462517, version 1 - 10 Mar 2010 Remerciements Avant tout je tiens à remercier mon directeur de thèse Fabrice Chane-Ming pour m’avoir permis de mener ce projet à terme sous sa direction. La route fut longue mais terriblement intéressante à ses côtés. Merci de m’avoir donné la chance de réaliser ce rêve, rien n’aurait été possible autrement. Je remercie aussi les membres du jury d’avoir accepté de juger mon travail et d’avoir accepté d’assister à ma soutenance en cette période de vacances ! Plus particulièrement je suis très reconnaissant à Frank Roux d’avoir traversé l’équateur spécialement pour ma soutenance ! Je tiens à remercier Serge Baldy et Robert Delmas de m’avoir accueilli au sein du Laboratoire de l’Atmosphère et des Cyclones de l’Université de La Réunion anciennement Laboratoire de Physique de l’Atmosphère. De même je remercie Gérard Therry de m’avoir accueilli dans les locaux de Météo-France alors même que la Cellule de Recherche Cyclone ne faisait pas partie du LACy. Merci également à Samuel Westrelin pour m’avoir véritablement considéré comme un membre à part entière de la CRC. tel-00462517, version 1 - 10 Mar 2010 Je remercie La Région Réunion pour avoir financé ma thèse, et plus généralement de soutenir et de croire en la jeunesse Réunionnaise ! Je tiens à remercier spécialement Frank Roux pour tout ce qu’il aura pu représenter pendant cette thèse : un co-auteur, un collaborateur, un mentor et plus encore ! Merci de m’avoir accompagné dans cette aventure scientifique cyclonique. Un ENORME merci à David Barbary pour m’avoir formé à cette fabuleuse machine qu’est Méso-NH. Sans lui je serais encore en train d’essayer de faire tourner des cas tests … Merci pour sa disponibilité et sa continuelle bonne humeur. Je n’oublie pas toutes les personnes du LACy et de l’Université qui m’ont permis de travailler dans de très bonnes conditions et surtout dans une constante bonne humeur : Jean Marc, Françoise, Joyce, Monique, Céline, Lolita, France-Anne, Béa, Gaëlle, Pétronille, le M2 Géosphère, Rémy, Ghislain et tous les autres. Une spéciale dédicace à mes colocataires du 3ème Dr Denis, Guillaume, Dr Vidya, et Dorothée. « Un esprit sain dans un corps sain. » Une petite pensée pour le Sainte-Marie Volley Ball club et à mes coéquipiers. Merci pour tous ces moments sportifs de transpiration ! Un énorme bisou doux à tous les Moniteurs 2004, tous les Doctorants de la promo « Dos d’Ane » et les autres, les membres de la DJST, et tous ceux qui de près ou de loin ont contribué à la mise en place d’un environnement favorable à l’aboutissement de cette thèse : Safia, Audrey, Fred, Aline, Lo, Ruth, Seb, Julie MC, Hanna, Jennifer, Delphine, Dan, Eve, Alex, Gé, Nini, Aurélie, Lilian, Tony, Teddy, Gio, Gilles, Cédric, Pinchok, Nahouda, Chou, Nours, Chinois, Olivier, Fred Mad, Sygrid et j’en oublie sûrement … Une petite pensée pour toutes les personnes avec qui j’ai partagé mon repas favori, le Steak- Haricots Verts ! tel-00462517, version 1 - 10 Mar 2010 Merci à Tonton Serge et Tatie Marie Claude pour m’avoir procuré un havre de paix et de tranquillité pour ma rédaction. Je remercie aussi mon frère qui a toujours été là pour moi, malgré la distance, et qui m’a accompagné dans cette longue et grande aventure. Enfin j’aimerais dédicacer ce travail à mes parents, car ce sont eux qui m’ont inculqué le goût du travail! Ils m’ont donné l’envie et la force de réussir. Je les remercie aussi pour m’avoir soutenu et pour avoir cru en moi pendant toutes ces longues années d’étude ! MERCI ! tel-00462517, version 1 - 10 Mar 2010 Résumé Les cyclones tropicaux sont des phénomènes météorologiques hors normes qui participent efficacement à l’équilibre énergétique du système Terre. Ils redistribuent en effet l’excédent énergétique des océans tropicaux vers les régions du globe les plus froides. Ils peuvent malheureusement causer des dégâts considérables et entraîner de véritables tragédies quand ils approchent des pays des régions tropicales, comme celle du Myanmar avec le passage de NARGIS en Mai 2008. L’interaction de ces systèmes avec le relief environnant est reconnue pour influencer la trajectoire mais aussi l’intensité comme par exemple l’île de Taiwan qui interagit fortement avec les typhons passant à proximité du fait d’un relief important. Des cas de modifications de trajectoires, comme des déviations soudaines à l’approche de l’île ou encore des boucles se créant à proximité de l’île en l’absence de flux directeur, ont été observés aux abords de La Réunion. Ce travail de thèse porte sur l’étude de l’interaction entre l’île et le cyclone DINA qui avait bénéficié pour la première fois d’une couverture radar Doppler lors de son passage en Janvier 2002. Des simulations hautes résolutions ont été menées avec le modèle Méso-NH. Il a été montré que la présence de l’île induit une tendance générale à la stabilisation de la circulation cyclonique naturelle en relation avec un affaiblissement du système. Il a aussi été montré que la circulation des vents et la localisation des précipitations sur l’île en cas cyclonique sont entièrement définies par la topographie. De plus une étude approfondie a montré que l’évolution de la structure du mur de l’oeil en tel-00462517, version 1 - 10 Mar 2010 interaction avec le relief découlait de perturbations de l’anneau cyclonique de PV par des bandes de PV anticyclonique générées par l’île. L’étude d’autres types de cyclone (intensité, passage direct) pourrait permettre de valider et d’approfondir les résultats obtenus sur le forçage orographique de l’île. Mots clés : cyclone tropical, simulation haute résolution, forçage orographique, relief, précipitations. Abstract Tropical cyclones are amazing meteorological phenomena which contribute to equilibrate the energy budget of the Earth. Indeed they play an important role in exporting ocean energy from tropical regions to polar ones. Sometimes they can be unfortunately very dangerous inducing very strong damages and killing hundred thousands of people such as the landfall of NARGIS in May 2008 in Myanmar. Track and intensity of these systems are known to be influenced by the topography such as the case of Taiwan. Tracks modifications such as deviations and circular tracks occurring without any steering current have been already observed near Réunion island. This thesis work focuses on the interaction between the island and TC DINA (2002) which was also analysed by a Doppler radar. High resolution modeling have been run using Méso-NH model. The presence of the island is observed to stabilize the cyclonic circulation by damping the natural cyclonic circulation and so the intensity of the vortex. It was also shown that the local circulation of wind and the rainfall distribution are strongly controlled by the topography. Moreover an analysis of eyewall structure evolution has shown that the interaction with the island produced anticyclonic PV bands generated over the island which disturb the annular PV pattern. The study of different cyclones in term of intensity or with a closer track could help in defining better the orographic forcing of the island. Keywords: tropical cyclone, high resolution simulation, orographic forcing, tel-00462517, version 1 - 10 Mar 2010 precipitation. Remarques Préliminaires Cette thèse est publiée en format PDF. Des signets vous permettent de naviguer et de revenir au début, à la table des matières et aux listes de figures et tableaux. Ces trois derniers éléments étant eux même dynamiques. tel-00462517, version 1 - 10 Mar 2010 Table des matières Introduction 1 Première partie : Les cyclones tropicaux 5 Chapitre 1 : Généralités 7 1.1 Les cyclones tropicaux 8 1.1.1 Définitions et climatologie 8 1.1.2 Les mécanismes de la cyclogénèse et de 14 l’intensification 1.1.3 Structure d’un cyclone à maturité 20 tel-00462517, version 1 - 10 Mar 2010 1.2 Cas du Bassin Sud Ouest de l’Océan Indien 31 1.2.1 Climatologie 33 1.2.2 Les cyclones historiques et la saison 33 cyclonique 2001/2002 Chapitre 2 : Le cyclone tropical intense DINA 39 2.1 Un cyclone mémorable à La Réunion 40 vii Table des matières 2.1.1 Récit d’un phénomène marquant 40 2.1.2 Bilan météorologique 43 2.1.3 Bilan non météorologique 48 2.2 Un cyclone sous surveillance 51 2.2.1 Les différents types de données 51 2.2.2 Analyse des données Doppler par la 52 méthode GB-EVTD Deuxième partie : Modélisation du cyclone DINA : Principes et 57 méthodologies Chapitre 3 : La modélisation 59 3.1 La modélisation des cyclones 60 3.1.1 Les modèles statistiques 60 tel-00462517, version 1 - 10 Mar 2010 3.1.2 Les modèles globaux 61 3.1.3 Les modèles à aire limitée 62 3.1.4 Les contraintes 63 3.2 La modélisation méso-échelle 66 3.2.1 L’historique 66 3.2.2 L’influence du relief 69 viii 3.2.3 La modélisation haute résolution 72 Chapitre 4 :