Processus d`intensification et de comblement explosifs du cyclone

Sujet de stage M2 OASC
Titre du stage : Processus d’intensification et de comblement explosifs du cyclone tropical Hellen
Nom et statut du (des) responsable (s) de stage : Marie-Dominique LEROUX (Ingénieur des Travaux de la
Météorologie Météo-France, chercheur), David Barbary (ITM, Météo-France, Ingénieur de recherche), et
Sébastien Langlade (ITM, Météo-France, prévisionniste).
Coordonnées (téléphone et email) du (des) responsable (s) de stage :
[email protected] (02 62 92 11 85) [email protected] (02 62 92 11 84)
[email protected] (02 62 92 11 80)
Lieu du stage : Météo-France/DIRRE/CRC (Cellule Recherche Cyclones) intégré au Laboratoire de l'Atmosphère
et des Cyclones (LACy, UMR 8105, CNRS/Météo-France/Université de La Réunion).
Sujet du stage :
La prévision d’intensité des cyclones tropicaux est un enjeu opérationnel majeur qui connaît encore de graves
déficiences. Cette étude vise à mieux comprendre les mécanismes d’intensification et de comblement sur un
cas d’étude particulièrement intense qui a défié les prévisions des modèles numériques mais aussi les records
d’observation sur le bassin sud-ouest de l’Océan Indien.
Il est d’autant plus important de comprendre les processus en jeu dans ces cas extrêmes puisqu’il est de plus
en plus vraisemblable qu’ils deviennent la norme à l’horizon de quelques décades. L’enjeu est à la fois humain,
sociétal et économique comme le démontrent régulièrement les cyclones qui s’intensifient rapidement à
l’approche d’une côte habitée (exemple de Katrina qui toucha la Louisiane en 2005). Être capable de prédire
correctement l’évolution de l’intensité d’un cyclone c’est permettre de mettre à l’abri une population à risque
avec le plus grand délai de prévoyance possible. Ces recherches ont pour objectif de soutenir la fonction de
Centre Météorologique Régional Spécialisé (CMRS) responsable du suivi cyclonique du sud-ouest de l'océan
Indien qui incombe à la Direction Interrégionale de Météo-France à La Réunion (DIROI).
Jusqu’ici les recherches sur les changements d’intensité se sont focalisées sur le rôle des deux agents
principaux que sont :
1) Les facteurs environnementaux nommés « forçages externes ». Ils comprennent :
a) Les flux de chaleur océanique (Shay et al. 2014)
b) Les forçages atmosphériques de grande échelle (Leroux et al. 2014) qui incluent le cisaillement
vertical de vent, l’air sec de moyenne troposphère, et les interactions avec d’autres systèmes météorologiques
comme les thalwegs d’altitude originaire des moyennes latitudes qui peuvent déferler dans les tropiques et
moduler l’intensité du cyclone.
2) Les processus internes se déroulant au cœur du vortex à petite échelle, qui sont susceptibles de modifier la
structure et donc l’intensité du système (Stern et al. 2014).
Si certains processus ont été identifiés, beaucoup de questions restent en suspens quant aux mécanismes
physiques précis responsables de l’intensification rapide d’un cyclone. Les rapports cités ci-dessus du 8ème
atelier de l’OMM sur les cyclones tropicaux (International Workshop on Tropical Cyclones, IWTC8) font le point
sur les dernières avancées dans ces domaines. Il a été mis en évidence que processus internes et asymétries
jouent un rôle dans les changements d’intensité observés, bien que les relations qui existent entre ces
processus et les changements d’intensité demeurent encore incertaines. Les recherches se poursuivent pour
tenter de comprendre leur impact global sur l’intensification cyclonique puisque l’on pourra dans un futur
proche prévoir les instances individuelles de ces mécanismes internes, grâce à l’augmentation de résolution
des modèles opérationnels.
Le cyclone tropical Hellen, formé le 27 mars 2014 au voisinage de la côte Nord du Mozambique, a eu une
rapidité d’évolution inédite, malgré des conditions de cyclogenèse non optimales. Enchaînant les différents
stades de dépression à cyclone à un rythme effréné, Hellen culmine au stade de cyclone tropical très intense en
fin de journée du dimanche 30 mars avec un vent maximal moyen sur 10 min évalué à 125 nœuds (soit des
rafales maximales sur mer dépassant les 320 km/h). Les estimations d’intensité suggèrent un renforcement des
vents maximaux explosif de 70 nœuds en 24h, répondant à un creusement du minimum de pression centrale
de 70 hPa en 24h... En fin de journée du 31 mars, Hellen revient aussi brutalement qu’il s’était creusé au stade
de dépression, en arrivant sur Madagascar. Sans conteste un des phénomènes les plus intenses qu’ait connu le
Nord du Canal de Mozambique depuis le début de l’ère satellitaire (1967), Hellen figure aussi parmi les
systèmes ayant connu les taux d’intensification et d’affaiblissement les plus extrêmes observés ces dernières
décennies, tous bassins cycloniques confondus.
L’équipe Cyclones du LACy a développé sa propre configuration recherche du modèle Arome de Météo-France
pour l’océan Indien, à 2.5 km de résolution et avec assimilation de données 3DVar et couplage océanique 1D.
Des simulations à haute résolution du cyclone Hellen avec Arome-Ocean Indien et/ou Méso-NH, en mode
couplé à l’océan, seront réalisées dans le cadre de ce stage pour tenter de comprendre les processus mis en jeu
dans l’évolution débridée du cyclone. Ni le contenu énergétique de l’océan associé à la vitesse de déplacement
du système, ni l’amplitude du cisaillement vertical de vent, ne paraissent a priori suffisant pour expliquer ces
taux d’intensification et d’affaiblissement hors normes et éloignés de la limite maximale sur l’échelle
d’intensité de Dvorak, surtout pour un affaiblissement non lié à un atterrissage sur un continent ou sur une île !
Outre l’analyse des paramètres environnementaux, nous diagnostiquerons les changements de structure
d’Hellen (ondes de Rossby de vortex notamment), généralement corrélés aux changements brusques
d’intensité cyclonique. Par des tests de sensibilité aux paramètres du modèle, au couplage océanique ou
encore à la structure initiale du vortex cyclonique, nous mettrons aussi en évidence le rôle des conditions
initiales pour la prévision cyclonique.
Un poste de travail informatique sera fourni sous Linux. L'étudiant aura accès au serveur LACY974x de l'équipe
avec tous les logiciels et moyens de calculs afférents. Le stagiaire devra utiliser un ou plusieurs logiciels
informatiques (NCL, Python, awk) et une bonne connaissance de la programmation est ainsi requise.
References :
Leroux, M.-D., and coauthors, 2014. Intensity change: external influences. Rapporteur Report, Topic 2.5, Eight
WMO International Workshop on Tropical Cyclones (IWTC-VIII), 2-10 December 2014, Jeju, Republic of Korea,
Publication
no.
WMO/TD-No.
2.5.0–2.5.8,
Disponible
sur
http://www.iwtc8.org/documents/Topic2.5_IntensityChange_ExternalInfluences.pdf
Shay, L.K., M. Ali, S. Chen, I. Ginis, G. Halliwell, H-S Kim, M.-D. Leroux, I-I Lin and A. Wada, 2014. Oceanic
influences and the air-sea interface. Rapporteur Report, Topic 4.4, Eight WMO International Workshop on
Tropical Cyclones (IWTC-VIII), 2-10 December 2014, Jeju, Republic of Korea, Publication no. WMO/TD-No.
2.5.0–2.5.8,
Disponible
sur
http://www.wmo.int/pages/prog/arep/wwrp/new/documents/topic4.4_AirSeaInterfaceandOceanicInfluences.pdf
Stern, D., Dunion, J., and coauthors, 2014. Intensity change: internal influences. Rapporteur Report, Topic 2.6,
Eight WMO International Workshop on Tropical Cyclones (IWTC-VIII), 2-10 December 2014, Jeju, Republic of
Korea,
Publication
no.
WMO/TD-No.
2.5.0–2.5.8,
Disponible
sur
http://www.wmo.int/pages/prog/arep/wwrp/new/documents/Topic2.6_IntensityChange_InternalInfluences.pdf