A. Intérêt scientifique et état de l`art

AO LEFE/IDAO 2010
VOASSI (J. Vialard, F. Roux)
AO INSU 2011
Section « Océan-Atmosphère »
Dossier scientifique
Le document fait 18 pages dont 3 pages de références et 2 pages de tableaux récapitulatifs.
Référence du projet : AO2011- 640598
Nom du porteur du projet : Jérôme Vialard (LOCEAN) et Franck Roux (LA)
Titre du projet : Variabilité Océan-Atmosphère du Secteur Sud-ouest de l'océan Indien
(VOASSI)
A. Intérêt scientifique et état de l’art
1 Pourquoi s’intéresser au sud-ouest de l’océan Indien ?
Motiva tion. Le tiers de la population mondiale vit sur le pourtour de l’Océan Indien. Ces pays
ont souvent une population encore très rurale, à forte activité agricole (20% du PIB mais 60% des
emplois en Inde), et vulnérable à la variabilité climatique. Cette vulnérabilité, criante à l’échelle de
temps des cyclones, apparaît également au pas de temps interannuel (e.g. Gadgil et Gadgil, 2006) ou
intrasaisonnier (e.g. Ingram et al. 2002). En outre, la France est présente dans le sud-ouest de l’Océan
Indien (La Réunion, Mayotte, les îles éparses) ou bien entretient des liens historiques avec certains pays
(Madagascar, Seychelles). Enfin, Météo France est un C.M.R.S. (Centre Météorologique Régional
Spécialisé) pour les cyclones tropicaux depuis 1993, et à ce titre est responsable du suivi (analyse et
prévision) de tous les systèmes dépressionnaires tropicaux dans le secteur sud-ouest de l’océan Indien
(30°-90°E/0-40°S). Or cette région a paradoxalement été peu étudiée, que ce soit en termes de
cyclogenèse ou bien des conséquences régionales des modes climatiques de large échelle. Plusieurs
équipes de recherche Françaises ont exprimé leur intérêt pour cette région lors du « Colloque
Tropiques » organisé à Toulouse en Juin 2010, à l'occasion de la prospective de la Commission
Spécialisée Océan Atmosphère (CSOA) de l'INSU. Ce projet est le résultat de cet intérêt. Il vise à
documenter de manière plus précise la variabilité atmosphérique et océanique dans cette région à de
multiples échelles temporelles (synoptique, intrasaisonnier, interannuel, décennal et changement
climatique).
U ne ré g io n de f ort co u pl ag e a ir - mer . La bande 5°S-15°S dans l’ouest de l’Océan Indien
est une région très particulière. En raison de la structure des vents, la thermocline y est proche de la
surface (voir Fig. 1) et la couche de mélange est peu profonde, ce qui induit une forte réactivité de la
température de surface de l’océan (TSO) aux sollicitations de l’atmosphère. De plus, la TSO en été
austral est élevée, impliquant une sensibilité accrue de l’atmosphère à de petites variations de
température. Ces deux facteurs augmentent le couplage océan atmosphère dans cette région qui a une
variabilité très marquée aux échelles synoptiques (cyclones), intrasaisonnières (OMJ) et interannuelle
(réponse à El Niño, mais aussi au DOI) (Vialard et al 2009a1). Nous baptiserons par la suite cette région
clef, grossièrement comprise dans 15°S-5°S, 60°E-90°E TRIO pour « Thermocline Ridge of the Indian
Ocean ».
Var ia bilité synoptique et c ycloge nèse.
nès e. La région TRIO est la région où se forme les
dépressions dont certaines deviendront ensuite plus au sud des tempêtes tropicales et/ou des cyclones.
Certains de ces cyclones (voir Fig. 1) vont aller affecter La Réunion, Madagscar, Mayotte, et vont
parfois aller toucher les côtes Africaines après avoir traversé le canal du Mozambique (Cyclone Eline,
2000). Cette région a paradoxalement été peu étudiée en comparaison avec l’Atlantique tropical, par
exemple. Cette région est également une région de fortes interactions entre tropiques et les latitudes
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Toutes les références co-signées par un membre de l’équipe du présent projet apparaîtront en bleu dans le texte.
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tempérées. Todd et Washington (1999) estiment que ces interactions représentent de l'ordre de 30% du
total des précipitations d'Afrique Australe en octobre-décembre (60% en janvier).
Figure 1. Valeurs climatologiques pour Décembre-Mars (été boréal) de la différence de
température entre la surface et 100m (gauche) et de la température de surface (droite). Les
trajectoires des cyclones et tempêtes tropicales répertoriés dans la base ibTracs depuis
2000 ont été superposés. Le rectangle bleu indique la région TRIO. Le rectangle noir
indique en gros la région d’intérêt du présent projet.
Var ia bilité intra saisonnière . L’ouest de l’Océan Indien est également source de variabilité
intrasaisonnière, ce qui constitue une autre motivation forte pour le remettre au-devant la scène.
L’oscillation de Madden-Julian (OMJ, e.g. Zhang, 2005) est une oscillation de la convection profonde
atmosphérique qui se développe dans l’Océan Indien tropical pour se propager ensuite vers l’est à
environ 5 m/s. L’OMJ joue un rôle essentiel dans la modulation des moussons Indienne et Asiatique
(été boréal) et Indonésienne et Australienne (été austral). La découverte récente de très fortes variations
de TSO associées à l’OMJ dans la région TRIO (e.g. Duvel et al. 2004 ; Duvel et Vialard 2007 ; Vialard
et al. 2008) appelle une meilleure compréhension des interactions air-mer associées à ce phénomène
dans cette région. Son impact sur le développement de cyclones (Bessafi et Wheeler, 2006) ou bien sur
la pluviométrie régionale (Pohl et al. 2007) appellent à une meilleure compréhension de ses impacts sur
le climat régional.
Var ia bilité intera nnue lle. Le phénomène climatique dominant de notre planète aux échelles
interannuelles est El Niño. Si ce phénomène prend sa source dans le Pacifique tropical, ses
conséquences climatiques souvent dévastatrices s’étendent à l’échelle du globe (voir, e.g., McPhaden et
al. 2006). L’Océan Indien se réchauffe globalement pendant un El Niño. La dynamique océanique et
les interactions air-mer locales dans la région TRIO maintiennent ce réchauffement au-delà de la fin
d’El Niño, prolongeant ainsi ses impact climatiques dans le temps (e.g. Schott et al. 2009 ; Xie et al.
2009). Mais l’Océan Indien a aussi son « El Niño ». Le dipôle de l’Océan Indien (DOI) est un
phénomène couplé océan-atmosphère intrinsèque à l’Océan Indien ayant des conséquences climatiques
marquées à l’échelle régionale. Les anomalies créées par El Niño ou le DOI dans le sud-ouest de
l’Océan Indien ont diverses conséquences climatiques assez nettes : elles influencent par exemple
l’intensité de la mousson suivante sur la façade occidentale de l’Inde (Izumo et al. 2008). Il a aussi été
suggéré (Xie et al. 2002) que ces modifications du contenu thermique de la région TRIO après les DOI /
El Niño modifiait la distribution des cyclones dans le sud Ouest de l’Océan Indien. Il existe toutefois
assez peu d’études essayant de démêler régionalement l’influence de ces différents modes de
variabilité : certains signaux traditionnellement reliés à El Niño, pourraient en fait être dus au DOI, en
raison de la forte coïncidence de ces deux phénomènes. Un autre objectif de ce projet est d’étudier
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l’influence de ces modes de variabilité (El Niño, DOI) sur le climat régional, mais aussi de comprendre
mieux l’influence de cette région sur le climat de l’océan Indien.
Var ia bilité dé cenna le et c ha ngeme nt c limatique. L’Océan Indien est le siège d’un
réchauffement de surface très net (environ 0.5°C sur les 5 dernières décennies), attribué au
réchauffement climatique. De nombreuses études ont toutefois montré que la structure complexe de ce
réchauffement ne pouvait pas s’expliquer simplement par les flux de surface, et que l’on devait faire
intervenir la dynamique océanique pour expliquer, par exemple, la diminution du niveau de la mer dans
la région TRIO alors qu’il augmente partout ailleurs (e.g. Han et al. 2010). L’analyse de ces tendances
est par ailleurs rendue plus complexe par l’existence d’un signal décennal marqué, et qui semble
concerner l’ensemble du bassin Indo-Pacifique (e.g. Lee and McPhaden, 2008). Un facteur
complémentaire de complexité dans cette région est l’emprise conjuguée des changements de la
circulation tropicale (avec des études parfois contradictoires sur le changement des circulations de
Walker et Hadley, e.g. Vecchi and Soden 2007 ; Lu et al. 2007 ; Song et Zhang 2007) et des plus hautes
latitudes. Ainsi une migration en direction des hautes latitudes des vents d'ouest et des jets subtropicaux
en été austral semble liée à une tendance inter-décennale de l'Oscillation Antarctique (Thompson et
Solomon 2002, Arblaster et Meehl 2006). Une évaluation plus précise de la contribution de ces
différents facteurs aux changements dans cette région semble nécessaire.
Str ucture d e ce d oc ume n t. Cette brève présentation illustre à quel point le secteur SudOuest de l’Océan Indien (SOOI par la suite) est affecté par des phénomènes à de multiples échelles de
temps, dont un grand nombre semblent faire intervenir la dynamique océanique à un certain niveau.
Dans la section 2, nous présenterons les questions scientifiques abordées en relation avec la variabilité
synoptique et les cyclones. Dans la section 3, nous nous intéresserons à l’influence des modes
climatiques de large échelle (e.g. OMJ, DOI, El Niño) sur cette région. Nous nous intéresserons
également à l’impact de cette région sur le climat régional et global. Dans la section 4, nous parlerons
de la partie expérimentale de ce projet (campagne en mer TRIO), ayant une forte insertion
internationale (RAMA, Argo, Cindy-Dynamo). La section 5 fournit la liste des références citées dans
les sections 1 à 4. La section 6 donne un tableau récapitulatif des collaborateurs Français et étrangers
impliqués dans le projet, ainsi qu’une liste des outils utilisés.
2 Variabilité synoptique et cyclogenèse
2.1
Variabilité synoptique et interactions tropiques-extratropiques
In f luenc e du dé f e r l ement d ’ondes de Rossby ext r a t ropi c a l es sur l ’ a c t ivi t é des
ondes équatoria les e t l’ a c tivité convec tive au se in du c ana l du Moz ambique . Funatsu et
Waugh (2008) et Allen et al. (2009) ont mis en évidence le lien entre déferlement d’ondes de
Rossby extratropicales (DOR par la suite) et convection dans l’est du Pacifique tropical et le nordouest de l'Australie. Il n’existe pas de travaux similaires dans la région Sud-Ouest Océan Indien.
La convection dans la bande 15°N-15°S est fortement influencée par l’activité des ondes
équatoriales (e.g. Wheeler et Kiladis, 1999). Le premier objet de cette étude est d’améliorer la
compréhension des processus dynamiques liant le DOR et l’activité des ondes équatoriales (Kelvin,
mixtes Rossby-gravité, Rossby équatoriale) couplées à la convection profonde dans les tropiques. Le
déferlement des ondes de Rossby se caractérise par la déformation irréversible des contours d’isoVorticité Potentielle sur les surfaces isentropes. Un algorithme de détection de contours permettra
d’identifier les événements DOR à partir des données ERA-Interim sur la période 1989-2010. Une
analyse composite des événements détectés selon les phases du cycle de chaque onde (Bessafi et
Wheeler, 2006) sera réalisée, permettant de mettre en évidence les relations systématiques entre
ces deux phénomènes.
Les données OLR indiquent une activité convective forte dans la gamme 6-25jours, qui est
aussi la période dominante de l’activité ondulatoire dans les régions extratropicales au sud du canal du
Mozambique. La variabilité de la convection dans le canal de Mozambique sera étudiée par une
méthode composite (cycle type de 8 phases de la convection, comportant principalement une phase de
forte convection et une phase d’inhibition de la convection) établies sur la base des données OLR. Les
anomalies induites par ces perturbations seront construites à partir des paramètres météorologiques
(réanalyses modèle ECMWF) et leurs dérivées (PKE, Flux d’Eliassem-Palm, …). Les composites
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permettront d’étudier les liens entre la variabilité convective dans le canal du Mozambique et les
évènements de DOR. Ils permettront de caractériser l’impact des DORs sur la circulation locale et
les mécanismes présidant à son influence sur la convection locale.
Int erac ti o ns tr op ica le s - te m pérée s a ssoc iée s aux TT T. Les interactions tropicalestempérées (thalwegs tropicaux-tempérés ou
T T T, Streten 1973) dans le SOOI se manifestent
sous la forme de bandes nuageuses orientées nordouest sud-est (Fig. 2). Les mécanismes sousjacents à leur formation (la conjonction entre
une dépression frontale des moyennes latitudes et
une perturbation de basse couche tropicale :
Harrison 1984) restent largement méconnus,
malgré leur importance dans les pluies régionales.
De fortes incertitudes subsistent également quant
au calage longitudinal de ces TT T, élément
indispensable pour déterminer leur impact sur les
pluies saisonnières totales sur l'Afrique du sud-est
ou le canal de Mozambique (Todd et al. 2004,
Fauchereau et al. 2009).
Les TTT ont jusqu'à présent essentiellement
suscité des analyses statistiques basées sur des
observations et/ou des données satellitales. Nous
adopterons ici une démarche basée sur la
modélisation numérique régionale (WRF sur un
bassin SOOI, voir liste des outils en section 6). Le
Figure 2. Anomalies d'OLR pour deux calages
longitudinaux différents de TTT (Fauchereau et
but est d'isoler le poids des différents facteurs
al. 2009)
relevant de la variabilité tropicale ou de la
dynamique des moyennes latitudes et contribuant à
la genèse, la propagation, la durée de vie et la morphologie des TTT. Dans ce dessein, des expériences
numériques permettront de distinguer le rôle respectif des latitudes tempérées et tropicales dans la
formation, l'évolution et la localisation des TTT. Ce travail s'insère pour partie dans le post-doc de un
an de Nicolas Vigaud financé par l'université de Bourgogne.
Un autre volet s'attachera plus spécifiquement à la description et la caractérisation de la
dépression thermique semi-permanente de l'Angola ("Angola Low"), tant du point de vue de sa
dynamique moyenne que de sa variabilité. Cet Angola Low est cité dans un grand nombre d'études
focalisant sur la région, en raison de son implication possible dans une partie de la variabilité
pluviométrique et convective pendant l'été austral. Il n'a pourtant jamais été étudié en tant que tel, alors
qu’il est généralement admis qu'il constitue la composante continentale des TTT. Grâce à ses états de
surface réalistes, le modèle régional WRF peut permettre de l'appréhender de manière relativement fine.
Il s'agira de comparer des données de réanalyses et les sorties des simulations régionales pour
documenter les structures de variabilité associées et détailler dans quelle mesure elles sont reliées aux
TTT et à leur composante océanique.
2.2
Cyclones tropicaux
Un projet sur les cyclones tropicaux dans l’Océan Indien a déjà été soumis en 2009 par M.
Lengaigne du LOCEAN (Influence du couplage océan-atmosphère sur les caractéristiques des
cyclones dans l’Océan Indien), avec deux régions cible : baie du Bengale et sud-ouest de l’Océan
Indien. Le présent projet fournit un cadre plus large pour les travaux effectués dans le sud-ouest de
l’Océan Indien, et apporte de nouveaux acteurs (LA, CNRM, LPO). Nous ne présentons ci-dessous
que les nouvel l es actions qui n’étaient pas décrites dans le projet de M. Lengaigne. De même, les
ETP affichés dans le présent projet tiennent compte de ceux du projet de M. Lengaigne (par
exemple, les thésitifs et postdoc affichés à 100% dans le projet de M. Lengaigne sont affichés
comme experts dans le présent projet, J. Vialard est affiché à 30% dans chacun des deux projets,
etc…).
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2.2.1 Processus des cyclones tropicaux
Conditions atmosphé riques de l a cyc logenèse . Si les facteurs environnementaux
favorables à la cyclogenèse tropicale (fort contenu thermique de l'océan superficiel, faible
cisaillement de vent, troposphère humide, instabilité convective modérée, circulation cyclonique et
convergente dans les basses couches, anticyclonique et divergente en altitude) sont bien connus, les
mécanismes conduisant effectivement au développement d'un cyclone sont moins bien identifiés.
Le rôle des ondes d'Est sur l'Atlantique, celui de la dépression de mousson sur le Pacifique nord-ouest
ont été discutés par de nombreux auteurs. En ce qui concerne le sud-ouest de l'océan Indien, s'il
n'existe pas de processus nettement dominant, les travaux de Bessafi & Wheeler (2006), Frank &
Roundy (2006), Ho et al. (2006) ont montré que l'oscillation de Madden-Julian (MJO), les ondes de
Rossby équatoriales et, dans une moindre mesure, les ondes de Kelvin modulent l'activité
cyclonique. Néanmoins ces auteurs reconnaissent qu'il est difficile de donner une cause unique à un
phénomène aussi variable et complexe que la cyclogenèse tropicale.
Afin de préciser les conditions de cyclogenèse sur le sud-ouest de l'océan Indien, l'objet de
cette étude est double :
(i) identifier les caractéristiques de grande échelle, en relation notamment avec les
perturbations nommées ci-dessus, qui permettent l'émergence et le maintien de zones étendues
favorables à la fois à l'humidification de la troposphère par la convection persistante, et à la mise
en place d'une circulation cyclonique équilibrée au sens du vent thermique, à l'abri des effets
délétères du cisaillement de vent et de l'air sec ;
(ii) évaluer l'impact de la circulation cyclonique naissante sur les développements et
l'organisation convective, notamment avec la présence de nuages convectifs très intenses et/ou de
"vortical hot towers" associées à des circulations localement très marquées. Réciproquement, il
faudra quantifier la réaction de l'environnement plus ou moins équilibré à moyenne échelle à ces
violentes et sporadiques perturbations.
Ces questions seront examinées à partir de l'étude des analyses opérationnelles avec les
modèles IFS du CEPMMT et Aladin-Réunion de Météo-France dans le but d'identifier les
perturbations synoptiques et leur influence positive ou négative sur la cyclogenèse tropicale dans le
sud-ouest de l'océan Indien. Les années 2006 et au-delà seront privilégiées en raison de haute
résolution spatiale du modèle IFS (T799 - environ 25 km horizontalement depuis 2006, T1279 environ 15 km depuis 2010). Les images du satellite géostationnaire Meteosat-5 puis 7 permettent
de suivre les développements convectifs dans les canaux infrarouge et vapeur d'eau, et celles des
satellites défilants donnent des informations complémentaires, en micro-ondes (identifiant les
zones précipitantes) et pour le vent de surface. Le cyclone Dora (voir ci-dessous) fera l’objet d’un
examen particulier.
Que l l e est l’ inf luenc e du D OI sur la r éponse océ anique aux cyclones ? Lors de la
campagne Cirene en Janvier-Février 2007, nous avons eu la chance d’observer directement la
formation de la tempête tropicale puis du cyclone Dora (Vialard et al. 2009, Duvel et al. 2009). Or
la campagne Cirene a eu lieu suite à un DOI en octobre 2006, qui a entraîné de fortes anomalies
positives de contenu de chaleur dans la région TRIO. Ce cas-là, documenté par des observations
détaillées (Navire, profileurs PROVOR, mouillage ATLAS, etc…) fournit un cas idéal pour tester
l’hypothèse que les anomalies liées au dipôle peuvent influencer le développement d’un cyclone.
Des analyses préliminaires (stage de M1 de Mathilde Jammet) montrent que les forçages
actuellement utilisés pour les modèles d’océan sous-estiment nettement les vents dans la région
proche de l’œil du cyclone (à moins de 2-3 rayons de vent maximal). Nous allons effectuer des
simulations dans NEMO-Indien ¼° en prescrivant une forme analytique de cyclone le long de la
trace de Dora, et effectuer des expériences de sensibilité (avec/sans cyclone et DOI) afin de tester
notre hypothèse. Les résultats seront analysés en relation avec les observations Cirene. Nous
généraliserons ensuite cette étude de cas à une période plus longue. Ce travail sera effectué dans le
cadre de l’année de césure de M. Bador.
G éné r a t ion d’ondes int e rnes pa r l es cyclones t ropic aux. L’étude des données
collectées lors de Cirene a également permis de mettre en évidence la génération de paquets d’onde
de gravité dans le domaine-proche inertiel dans et sous la thermocline (Le Vaillant et al., 2010), et
leur impact très net sur le mélange vertical pendant 2-3 périodes d’inertie. Les ondes d’inerties dans
le proche inertiel sont une source majeure de mélange dans l’océan profond (e.g. Munk et Wunsh,
1998), mais il est difficile d’estimer leur impact à long terme à partir de mesures isolées comme
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celles prélevées lors de la campagne Cirene. L’analyse des simulations décrites ci-dessus permettra
de resituer les résultats de Cirene dans un contexte grande échelle et basse fréquence.
2.2.2 Interaction d’échelles avec la variabilité climatique
Le thème de l’ influe nce du c oupla ge de la var ia bilité inter annue lle (E l N iño, DO I,
dipôle subtr opica l) sur la c ycl oge nè se est déjà traité dans le projet LEFE de M. Lengaigne, mais
ce projet permettra des interactions avec le CNRM sur ce thème. Le CERFACS propose également une
nouvelle action dans ce sens. Le rôle du couplage océan-atmosphère sur l'activité cyclonique peut être
étudie a l'aide de deux simulations d’Arpège de résolution 0.5x0.5 degré globale, l'une forcée par les
SST climatologiques et l'autre couplée avec NEMO 1/4 de degrés en configuration couche de mélange.
Une correction de flux préalablement calculée permet au modèle couplé de conserver un état moyen très
proche des observations. La comparaison entre les simulations couplées et forcées permet d'isoler
l'impact du couplage local sur l'intensité, le nombre, les zones de genèse etc. des cyclones. Cette
configuration couplée simplifiée permet d'isoler spécifiquement le rôle des échanges air-mer, tout en
s'affranchissant des dérives des modèles climatiques ; en revanche, elle ne tient pas en compte du rôle
de l'advection océanique. Le Cerfacs mettra a disposition 30 ans de simulations couplées/forcées
d’Arpège-TL359/NEMO025.
Infl ue nce d u cha n ge me nt c li mat i que s ur la cyc lo ge nè se d an s l e s ud - o ue st de
l’océa n I ndie n. Les projections d’indices de cyclogenèse construits à partir de variables
d’environnement des cyclones (Royer et al. 1998, Royer et Chauvin 2009, Chauvin et Royer 2010)
suggèrent une augmentation du nombre de cyclones associée au changement climatique dans le sudouest de l’océan Indien. Ces indices de cyclogenèse sont toutefois construits à partir du climat actuel, et
il semble donc préférable de compléter leur examen par des simulations numériques à suffisamment
haute résolution pour reproduire certains aspects de la cyclogenèse sur la région d’intérêt. Cela peut se
faire en utilisant un modèle régional couplé (WRF-NEMO, approche suivie au LOCEAN LOCEAN et
WRF-ROMS, approche suivie au LEGOS) ou un modèle global « étiré » régionalement (approche
suivie au CNRM). La technique de la grille basculée/étirée est une caractéristique du modèle ARPEGE,
et son utilisation dans les études climatiques a, depuis plusieurs années, largement utilisée, notamment
dans les études de régionalisation du changement climatique. Concernant l’activité cyclonique, le
recours à une grille dont le pôle est situé à l’Ouest de l’océan Atlantique (20°N – 60°W) et dont le
facteur d’étirement de 2.5, a permis d’aborder la réponse des ouragans au réchauffement climatique
dans cette région (Chauvin et al. 2006) par le biais de la détection directe des trajectoires de cyclones.
Très récemment, une adaptation du système couplé océan-atmosphère qui servira dans les simulations
du GIEC a été adaptée à la technique de l’étirement régional, et des simulations climatiques en mode
pré-industriel, 20e siècle et scénario ont été lancées pour l’Atlantique tropical. Nous envisageons, pour
ce projet, de réaliser des simulations identiques avec le pôle d’intérêt sur l’Océan indien Sud-Ouest. En
réutilisant les TSO obtenues dans les simulations couplées pour forcer ARPEGE, nous comptons
quantifier l’apport du couplage dans la réponse de l’activité cyclonique au réchauffement anthropique
sur ce bassin, comme nous l’avons entrepris sur l’océan atlantique. Nous disposons d’un logiciel de
détection et de suivi des cyclones tropicaux, permettant d’étudier les conditions atmosphériques ou
océaniques associées aux phénomènes cycloniques. Nous attacherons une importance particulière aux
précipitations associées aux cyclones, dont plusieurs études ont montré qu’elles devraient augmenter
avec le réchauffement climatique (Chauvin, et al. 2006).
3 Variabilité climatique du sud-ouest de l'océan Indien
3.1 Influence de la variabilité climatique de large échelle sur le
climat local
3.1.1 Construction d’une base de données d’observations locales
Dans le Sud Ouest de l'Océan Indien, nombreuses sont les séries climatiques largement sousexploitées. Cela concerne en particulier:
6
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(i)
une trentaine de séries à Madagascar (provenant de la Direction Générale de la
Météorologie Malgache);
(ii)
5 stations situées sur le littoral du Mozambique fournies par l’Institut National de
Météorologie du Mozambique (INAM)
(iii)
des séries insulaires (Météo France) relevant des îles éparses (Europa, Juan de Nova,
Glorieuses et Tromelin), de Mayotte (Panmandzi aéroport, Cocono Ouangani et
Combani Tsingoni) et de La Réunion.
Ces séries (précipitations et température en général, mais parfois aussi vent et pression), qui
pour la plupart débutent dans les années 50 ou 60, seront pré-traitées, à partir des métadonnées et
de techniques statistiques d'homogénéisation (e.g. Mestre, 2000), afin de constituer une base de
donnée homogène et fiable. Dans un premier temps, il s’agira d’établir une climatologie de la
pluviométrie sur le SOOI, à partir des données stations. Cette première partie aura pour objectif de
valider les données en comparant les résultats obtenus avec ceux qu’on trouve déjà dans la
littérature (GPCP, TRMM, CMAP par exemple). La base de données ainsi obtenue sera ensuite utilisée
dans le cadre de l’étude de la variabilité régionale, en relations avec les modes de variabilité de grande
échelle (3.1.2 et 3.1.3).
La mise en place de cette base de donnée, ainsi que son exploitation, se fera en collaboration et
concertation avec nos collègues Malgaches, en proposant dès que possible une formation de nos
collègues du sud (e.g. thèses proposées à de jeunes chercheurs du sud, séjours en France de chercheurs
confirmés pour maîtriser une nouvelle technique comme la modélisation régionale). Ceci pourra se faire
par exemple au travers des appels d’offre BEST et BSTD de l’IRD.
3.1.2 Ondes tropicales et MJO
Figure 3. Composite des anomalies de flux infra-rouge au sommet de l’atmosphère (un indicateur de
la convection) pour deux phases de l’OMJ. Pour ces deux phases, il existe une anomalie
statistiquement significative sur la région de Madagascar, qui illustre les impacts de l’OMJ dans
cette région.
La figure 3 (Pohl et al. 2007) illustre l’influence de l’OMJ sur la convection profonde dans le
SOOI (augmentation / diminution de la convection sur de larges portions de Madagascar ou bien du
domaine océanique). Il reste toutefois à préciser les impacts de l’OMJ sur les précipitations ellesmêmes, et cela à plus fine échelle régionale ; ainsi que l’impact éventuel des ondes équatoriales sur
la convection dans cette région.
D’une part, des analyses similaires à Pohl et al. (2007) pourront être appliquées à des jeux de
données à plus fine résolution et/ou plus directement liés aux précipitations (e.g. données Météosat
7, TRMM etc.). Mais surtout, nous analyserons les données in situ (cf 3.1.1) selon la méthodologie
développée par Barlow et al. (2005) sur une autre région. L’étude de l’influence des oscillations
tropicales sera effectuée sur l’ensemble des stations, puis sur les régions établies pour déterminer
finalement les localités dans lesquelles la pluviométrie est modulée par les ondes équatoriales et l’OMJ.
Ce travail devrait permettre de mieux estimer la prévisibilité de la pluie à l’échelle saisonnière.
Dans un second temps, il s'agira d'étudier dans quelle mesure un modèle régional parvient à
simuler ces anomalies dans le champ de pluie et dans la dynamique atmosphérique, et comment ces
dernières sont modulées / interagissent avec le relief sur des régions cibles. Nous proposons
d’analyser les résultats d'expériences WRF-SOOI (cf 2.1) avec et sans rappel (vers les basses
fréquences et grandes échelles spatiales caractéristiques de l'OMJ) dans le but d'identifier les
"courroies" par lesquelles le signal associé affecte la région (e.g. modulation intrasaisonnière
approximativement barotrope de l'anticyclone des Mascareignes vs. modulation des flux d'humidité
de basses couches sur l'Afrique australe, Pohl et al. 2007). Différentes configurations des modèles
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climatiques régionaux disponibles dans ce projet, avec TSO couplées ou prescrites, pourront être
inter-comparées, y compris en ayant recours à des domaines imbriqués ("nesting") pour des études
fines sur des terrains à la topographie contrastée tels que la Réunion ou Madagascar.
3.1.3 Variabilité interannuelle : El Niño, DOI, « dipôle subtropical »
Que ls sont les mé c anismes océ aniques de la r éponse au DOI / à El Niño dans la
r égion TR I O ? Les travaux de (Xie et al. 2002, 2009) ont mis en évidence l’importance
essentielle de la dynamique océanique dans l’établissement d’anomalies de TSO persistantes dans la
région TRIO. Leurs travaux ne précisent toutefois pas clairement les rôles respectifs d’El Niño et
du DOI dans l’établissement de ces anomalies. Alors que les anomalies de contenu thermique liées au
DOI semblent affecter fortement la région TRIO, celles associées à El Niño semblent être décalées
vers le sud (e.g. Yu et al. 2005). En outre, les analyses préliminaires des données prélevées lors de la
campagne Cirene suggèrent des mécanismes plus complexes d’établissement de ces anomalies que
ceux suggérés par Xie et al. (2002), mettant notamment en cause l’advection. Etant donné
lesconséquences climatiques marquées (e.g. Annamalai et al. 2005, 2007 ; Izumo et al. 2008) de ces
anomalies de TSO, il semble nécessaire de se pencher plus en détail sur leurs mécanismes exacts et
leurs liens respectifs avec le DOI / El Niño. Nous explorerons cette question à l’aide d’analyse
d’observations et de runs forcés dans cette région. Ce travail est effectué dans le cadre de la thèse de
Praveen Kumar.
In f luen c e des modes de va r iabilité inte r annuelle sur la pluviométr ie dans le
S OOI . Nous avons déjà vu précédemment que le SOOI est affecté à la fois par El Niño et le DOI.
Mais il existe en outre un troisième mode de variabilité marqué dans l’Océan Indien : le « dipôle
subtropical » (Behera et Yamagata, 2001). Ce mode est associé à des anomalies de TSO et de vent
entre 15°S et 40°S dans l’Océan Indien, généralement plus marquées de Février à Avril. Étant donné
la corrélation non négligeable entre DOI et El Niño, il est délicat d’extraire les signaux associés à
chacun de ces modes en utilisant des simples méthodes de régression. De nombreuses études mettant
essentiellement El Niño en cause pour les anomalies de précipitations observées de septembre à
novembre en Afrique de l’est (Hastenrath et al., 2004) ou bien à partir de novembre en Afrique du
Sud (Nicholson, 1988) ont été plus récemment attribuées au DOI (e.g. Yamagata et al. 2005).
Nous souhaitons donc dans ce travail remettre à plat les influences relatives des différents
modes de variabilité de la SST sur la pluviométrie dans le SOOI. Nous effectuerons cela via : 1)
l’analyse statistique des observations in situ et satellitales à partir de méthodes plus complexes
(méthodes non linéaires, méthodes de régression multiple) ; 2) la mise en place d’expérience de
sensibilité dédiées avec un AGCM forcé (Arpege : expériences forcées par des anomalies de SST sur
l’Indien et ou le Pacifique uniquement, voir section 3.2) ; 3) des approches non-linéaires de
désagrégation statistique des modèles et des observations (e.g. via des régimes de temps ou de
circulation) pour décrire les effets régionaux associés).
In f luenc e des modes de va r i abil it é int e r annuell e su r l a c i r cul a t ion océ anique
r égionale dans le S O O I . La circulation océanique régionale dans le sud-ouest de l’Océan Indien
est relativement mal connue. Cette partie visera à utiliser une combinaison de modélisation
(simulations longues de modèles de l’Océan Indien au ¼° et modèle du SOOI au 1/12°), en
combinaison avec les observations disponibles (courants géostrophiques et hauteur de la mer dérivés
de l’altimétrie), afin de décrire la circulation moyenne dans le sud-ouest de l’océan Indien, et la
manière dont elle est affectée par la variabilité interannuelle. La campagne Cirene avait déjà illustré
le fort impact du DOI sur la bande 5°S-15°S, mais il s’agira ici d’explorer de manière plus vaste la
variabilité interannuelle dans cette région.
3.1.4 Variabilité décennale et changement climatique
Évolution obse rvé e de l’ a tmosphè r e dans le S OOI . À partir des données in situ
homogénéisées (cf. 3.1.1), il s'agira de replacer les tendances / ruptures / signaux basse fréquence
détectés dans des mécanismes de plus large échelle, pouvant éventuellement impliquer un
réchauffement climatique global d'origine anthropique. Plus spécifiquement, on s'attachera à
distinguer les évolutions climatiques dans la partie tropicale (évolution observée et simulée de
lacirculation de Hadley, position et intensité des hautes pressions dynamiques sub-tropicales) et la
partie sub-tropicale et tempérée (positionnement latitudinal des vents d'ouest, en lien possible avec
une tendance dans le Mode Annulaire Austral). Les conséquences sur les interactions tropicales-
8
AO LEFE/IDAO 2010
VOASSI (J. Vialard, F. Roux)
tempérées seront détaillées (localisation, intensité, variabilité de la zone de convergence sudindienne en été austral). Les runs couplés CMIP5, avec runs de contrôle ("hindcast"), seront enfin
confrontés aux réanalyses NCEP-NCAR et/ou ERA40 dans un optique d'attribution (concentrations
en gaz à effet de serre, trou d'ozone stratosphérique).
M é c anismes r ég ionaux de l a r éponse a tmosphé rique au changement climatique .
La variabilité décennale est étudiée au Cerfacs dans le cadre du prochain exercice CMIP5 à la base
du GIEC AR5. Il est proposé ici de quantifier la prévisibilité de manière détaillée sur le bassin indien.
Les sources de prévisibilité sont de deux natures : la première est liée aux changements de forçage
(gaz à effet de serre, aérosols, volcanisme etc.), la deuxième est liée aux conditions océaniques
initiales dont l'influence peut perdurer sur l'échéance de la prévision. Le poids respectif de ces deux
sources sera quantifié. Un accent sera mis sur la rupture de 1976 (Nitta et Yamada 1989) afin
d'évaluer le caractère prévisible ou non de ce changement de phase décennal, et si prévisibilité il y a,
d'extraire les mécanismes à l'oeuvre. Des analyses seront également conduites afin d'évaluer l'impact
de la méthode d'initialisation des modèles couples pour la prévision décennale (nudging vers les réanalyses en mode couple, initialisation par anomalie etc.)
M é c anismes oc é aniques de la va r iabilité déc ennale e t de la r éponse au
changement c l imat ique . La variabilité décennale océanique dans le bassin indien a pour le
moment été peu étudiée. Une étude récente (Lee and McPhaden 2008) basée sur l’analyse des
observations satellitaires de niveau de la mer montre que la variabilité décennale dans le bassin
indien est anti-correlée avec celle du Pacifique sur la période récente, suggérant des teleconnections
atmosphériques et/ou océaniques entre les deux bassins. En particulier, l’Indien Sud tropical présente
une variabilité décennale marquée. Ces variations pourraient donc entre autre modifier l’amplitude
des interactions océan-atmosphère dans cette région à ces échelles de temps. Nous nous proposons
donc de poursuivre l’étude de la variabilité décennale dans le bassin indien sud à partir de donnèes in
situ (marégraphe), d’observations satellitaires (TOPEX/POSEIDON) et de modèles de circulation
générale. L’utilisation de simulations océaniques forcées sur la période 1958-2007, la réalisation de
simulations de sensibilité où la variabilité décennale du forçage atmosphérique est supprimée dans
certaines régions ainsi que l’analyse de certaines simulations CMIP4 et CMIP5 nous permettrons de
vérifier si les liens mis en évidence dans l’étude de Lee et McPhaden (2008) se confirment sur des
périodes de temps plus longue. De plus, ces outils nous permettrons aussi d’analyser en détail les
mécanismes atmosphériques et/ou océaniques responsables de la variabilité océanique décennale dans
cette région clé de l’océan indien.
3.2 Influence des perturbations locales de TSO et de convection sur
la circulation à grande échelle
Bien qu’elle ne soit pas récente (e.g. Webster et Yang, 1992), l’idée que la variabilité
interannuelle de l’Océan Indien ne soit pas totalement assujettie à El Niño fait depuis quelques
années l’objet d’une attention redoublée. D’une part, l’existence d’un mode de variabilité IOD
(Indian Ocean Dipole, Saji et al. 1999) propre à l’Océan Indien est aujourd’hui admise. D’autre
part, diverses études statistiques ou numériques suggèrent l’existence de précurseurs de la mousson
Indienne (Terray et al. 2003) voire d’El Niño (Annamalai et al. 2005, Terray et al. 2007, Izumo et
al. 2010) existent dans l’Océan Indien. Enfin, l’Océan Indien semble également jouer un rôle actif
dans la variabilité extratropicale de l’Hémisphère Nord, notamment via la modulation des
téléconnexions d’El Niño (Annamalai et al., 2005 et 2007).
C’est ce dernier point que nous proposons d’examiner ici via la réalisation de simulations
atmosphériques globales visant à distinguer le rôle des forçages océaniques Indien et Pacifique. A une
expérience de contrôle (CTL) pilotée par des TSO climatologiques, nous comparerons pour commencer
3 autres expériences d’ensemble (saisons DJFMAM initialisées au 1er décembre à partir des différentes
années du contrôle) dans lesquelles nous superposerons au forçage océanique climatologique des
anomalies de TSM sur la région tropicale Indo-Pacifique (TIP), puis seulement sur le Pacifique (TPO)
ou l’Indien (TIO). Ces anomalies seront obtenues en réalisant une analyse composite sur la région SudOuest de l’Océan Indien où la variance des TSO est particulièrement forte et semble en partie prévisible
à l’échelle saisonnière. Si la réponse atmosphérique régionale devait s’avérer peu réaliste, nous
pourrions avoir recours à la technique de nudging en point de grille (Bielli et al. 2009, Douville 2010,
Douville et al. 2010) pour guider régionalement le modèle atmosphérique vers les réanalyses ECMWF.
L’objectif de ces simulations est de mieux comprendre en quoi la variabilité océanique de l’Océan
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AO LEFE/IDAO 2010
VOASSI (J. Vialard, F. Roux)
Indien tropical et les anomalies atmosphériques associées dans cette région du globe modulent les
téléconnexions ENSO aux moyennes latitudes de l’Hémisphère Nord.
L’ensemble des simulations sera effectué au CNRM avec la version 5.2 du modèle spectral
Arpège-Climat en troncature T63 (2.8° de résolution horizontale) et avec 31 niveaux verticaux
(jusqu’à 10 hPa). Si nécessaire, les réanalyses ERA40 (toutes les 6 heures) ont déjà été interpolées
(horizontalement et verticalement) sur cette grille et pourront être utilisées pour guider le modèle
dans des études de cas sélectionnées entre 1958 et 2002 (voire au delà en utilisant ERA-Interim).
Dans le cadre du projet européen DYNAMITE, des expériences coordonnées incluant 5
AGCMs (ARPEGE/HADAM/ECHAM/CAM/IAP) ont également été menées afin d'étudier l'impact
sur la dynamique atmosphérique globale du shift des années 70's (Nitta et Yamada 1989). Deux
séries d'expériences de 30 ans chacune ont été produites, l'une avec les conditions de SST moyenne
[1950-1975] prescrite pour l'atmosphère dans l'Indien (les autres bassins étant forces par la
climatologie [1950-2000]), et l'autre avec les conditions de [1976-2000]. Des analyses poussées
ont été déjà menées pour l'hiver boréal en termes de téléconnections et il serait intéressant
d'investiguer plus en détails le rôle des anomalies de SSTs sur l'activité intra-saisonnière de type
MJO, mais aussi sur la dynamique des moussons d'été et les connexions planétaires. Ces expériences
sont complétées par deux autres séries ou les anomalies de SST prescrites s'étalent sur toute la
warmpool Indo-Pacifique. Ces expériences permettent d'isoler l'influence de l'océan Indien vs celle
de l'ensemble du système convectif au dessus de la warmpool Indo-Pacifique.
Les expériences réalisées au CNRM permettront donc d’évaluer le rôle de la TSO de l’océan
Indien sur la variabilité climatique à l’échelle interannuelle, alors que celles menées au CERFACS
s’intérèsseront aux tendances à plus long terme.
4 Partie expérimentale : la campagne océanographique
TRIO
Le projet VOASSI comporte une partie expérimentale : la campagne TRIO. Le document
soumis à la commission flotte il y a quelque jours est disponible sous : http://www.loceanipsl.upmc.fr/~jv/trio.html et nous ne résumerons ici que les aspects principaux de cette campagne.
Cette campagne en mer profite d’un créneau de disponibilité du Marion-Dufresne entre le 15
janvier et le 15 mars 2012 pour entreprendre les actions qui suivent.
Figure 4. Trajet proposé pour la campagne TRIO début 2012 (en vert). Le smarqueurs
rouges et jaunes indiquent les positions de plusieurs mouillages RAMA qui seront
10
AO LEFE/IDAO 2010
VOASSI (J. Vialard, F. Roux)
entretenus lors de la campagne. Les marqueurs rouges et verts indiquent des sites occupés
en collaboration avec le projet Cindy-Dynamo. Le marqueur orange montre un site de
fortes ondes internes de gravité liées à la marée barocline.
Cont ribution à RA M A . Le projet international RAMA ambitionne de développer pour l’Océan
Indien un réseau de mouillages similaire à ceux existant déjà dans le Pacifique (TAO) ou l’Atlantique
(PIRATA). Les motivations scientifiques de ce réseau très récents sont décrites par (McPhaden et
al. 2009), par exemple la description des processus contrôlant le cycle saisonnier moyen de la
température de surface dans le SOOI (Foltz et al. 2010) ; les mécanismes de la réponse océanique à
la MJO dans le SOOI (Vialard et al. 2008), ou bien la réponse du SOI à un IOD ou au passage d’un
cyclone (Vialard et al. 2009). Au-delà de cet intérêt scientifique évident pour décrire la variabilité à
long terme dans la région, ces données possèdent un intérêt évident pour la région. La lettre de
soutien de Météo France 2 souligne que les données de pression de surface de RAMA sont essentielles
pour les prévisions cycloniques effectuées au C.M.R.S de La Réunion. Pour toutes ces raisons, un
projet de SO-ORE dont plusieurs organismes seraient partie prenante (IPEV, IRD, INSU, MétéoFrance) est en cours d’élaboration. La campagne TRIO fournit l’occasion d’un « galop d’essai » en
permettant la maintenance de 5 mouillages ATLAS selon les modalités qui seraient celles d’un
Memorandum of Understanding dans le cadre du SO-ORE (tous les coûts liés au mouillage, transport
inclus, à la charge de la NOAA, la France fournissant temps bateau et la moitié du personnel
technique pour le déploiement).
Con tribution à Argo. Le projet Argo est un élément essentiel de l’océanographie opérationnelle
ou bien de la recherche en océanographie actuelle. L’approche suivie dans Vialard et al. (2008)
montre bien la forte synergie qui peut exister entre données satellitales, Argo et RAMA afin de
comprendre les mécanismes de la variabilité océanique. L’Inde est le responsable régional d’Argo
pour l’Océan Indien, au travers de l’INCOIS (Indian National Centre for Ocean Information
Services). En collaboration avec l’INCOIS (voir lettre de soutien jointe à la demande de campagne),
nous déploierons donc les profileurs Argo nécessaires dans la région pour atteindre la couverture
nominale Argo. Nous déploierons en particulier 5 profileurs Iridium dont les capacités (moindre
dérive, programmation possible) nous permettrons des mesures ciblées dans le cadre d’une
expérience de processus (voir ci-dessous).
Cont ribution à Cindy - Dynamo. L’expérience internationale Cindy-Dynamo (PIs : K.
Yoneyama,
Japon,
http://www.jamstec.go.jp/iorgc/cindy/
et
C.
Zhang,
USA,
http://www.eol.ucar.edu/projects/dynamo/) s’inspire sur le modèle de TOGA-COARE, mais se
concentre sur la zone ou se développe initialement la MJO : l’ouest de l’Océan Indien, au sud de
l’équateur. Un autre projet LEFE-IDAO (PI : J-P. Duvel) rassemble les autres contributions
Françaises (uniquement sur des aspects Météo) à Cindy-Dynamo. En fournissant 4 à 8
radiosondages par jour à partir du Marion Dufresne (financés par le CNES dans le cadre de la cal/val
du projet Megha Tropiques), dont une station de 5 jours à l’un des sites de référence de l’expérience
(8°S, 80°E), la campagne TRIO va contribuer à mieux définir les structures à l’échelle du bassin lors
de la campagne et à rallonger la période d’observation intensive (IOP) de Cindy-Dynamo. En outre,
la campagne TRIO permettra de récupérer des instruments déployés par d’autres groupes (Univ.
East Anglia, UK ; Univ. Washington, USA), rallongeant également leur période d’observation de
manière significative. Enfin, l’entretien du réseau RAMA pendant la campagne permet de garantir
des observations de qualité dans une région importante pour l’OMJ, pendant toute la période
d’observation étendue (de forts événement MJO peuvent se produire jusqu’à fin mars).
Expé r ienc es de proc essus. Réponse océ anique aux cyclones e t à la MJO e t mélange
pa r les ondes inte rnes. La campagne TRIO développe enfin ses objectifs propres. Au delà des
multiples études rendues possibles par le maintien de longues séries dans cette importante région,
nous allons en outre effectuer des mesures dans 2 objectifs. Les profileurs Argo Iridum mentionnés
plus haut seront reconfigurés en mode de profils intensifs lors d’un passage de cyclone ou d’une
phase marquée de la MJO, afin d’en examiner la structure verticale avec plus de détails. Nous
échantillonnerons également le mélange lié aux ondes internes dans des situations contrastées.
D’une part, une station relativement longue (5 jours, soit plus que la période d’inertie) permettra
d’obtenir une nouvelle évaluation du mélange lié aux tempêtes et cyclones (site 8°S, 80°E). Ensuite,
2
Les lettres de soutien sont jointes à la demande de campagne, disponible sur http://www.loceanipsl.upmc.fr/~jv/trio.html
11
AO LEFE/IDAO 2010
VOASSI (J. Vialard, F. Roux)
une série de profils de CTD-L-ADCP et de microstructure dans des régions contrastées (fond plat,
forte topographie) permettront d’appréhender l’hétérogénéité spatiale du mélange lié aux marées
baroclines, que nous localiserons grâce à un modèle régional de marée barotrope (TUGO, développé
au LEGOS) qui produira des cartes de générations de ces ondes de marées internes. Ce modèle est
développé dans le cadre d’une collaboration avec le NIO (Goa) pour le projet SARAL/ALTIKA
Soutien institutionnel. Cette expérience est soutenue par l’Indian Ocean Panel et l’AsianAustralian Monsoon Pannel de CLIVAR ; ainsi que par Météo France, l’INCOIS, la NOAA et K.
Yoneyama (PI de Cindy_Dynamo) (voir lettres de référence fournies dans le dossier de demande de
campagne).
Financ ement. Etant donné les nombreuses sources annexes de financement de ce projet dans le
cadre de différents projets Nationaux et Internationaux (INCOIS pour Argo ; NOAA pour RAMA ;
CNES pour Megha-Tropiques / Cindy-Dynamo), le coût de la campagne à la charge de ce projet
reste relativement modeste (39k€ demandé à LEFE/IDAO plus 55k€ estimés en soutien de
campagne DT INSU).
5 Références
La liste ci-dessous reprend l’ensemble des références citées dans cette partie. Pour éviter les
duplications, l es références de l’équipe proposant le projet VOASSI ne sont pas listées
ci-dessous mais dans la parti e F.
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B. Plan de recherche et calendrier de réalisation
Le projet VOASSI est initialement proposé pour une période de 3 ans. C’est en effet l’échelle de
temps pour laquelle nous estimons être en mesure de faire des progrès pour l’ensemble des thématiques
scientifiques proposées ci-dessus (typiquement, la durée d’une thèse). Nous soumettrons chaque année
une demande plus courte mettant à jour les principaux progrès effectués.
Notons que pour une grande partie des outils utilisés, un fort savoir-faire existe dans les équipes
de ce projet et/ou que des outils similaires ont déjà été utilisés sur d’autres régions ; ou bien ces outils
sont d’ores et déjà disponibles. La part de développement par rapport au temps de recherche devrait
donc rester très raisonnable pour l’ensemble du projet.
C. Résultats attendus
Les équipes de recherche participant au présent projet ont exprimé leur intérêt pour le SOOI
lors du « Colloque Tropiques » organisé à Toulouse en Juin 2010, à l'occasion de la prospective de
la Commission Spécialisée Océan Atmosphère (CSOA) de l'INSU. Ce projet vise à favoriser des
collaborations entre ces différentes équipes, notamment en encourageant chaque équipe à utiliser
des outils de modélisation et des bases de données communes pour poursuivre leurs thématiques de
recherche propres. Nous organiserons également un workshop annuel invitant tous les participants
de ce projet et des projets connexes (projet LEFE Megha-Tropiques, projet LEFE Cindy-Dynamo)
à présenter leur travaux et leur plan.
La première étape de ce projet est, bien entendu, de structurer un peu l’action de recherche
Française autour du SOOI. Nous avons déjà établi des liens avec des collègues Malgaches dans le
cadre de l’actuelle proposition de recherche. Nous chercherons dans un second temps à renforcer
ces collaborations régionales (renforcement des collaborations avec Madagascar, élargissement à
une collaboration avec d’autres pays, tels le Mozambique, Maurice ou les Seychelles), notamment
Enfin, rappelons que la composante océanographique de ce projet vise à contribuer à la
maintenance du réseau RAMA, dont les données de pression sont précieuses pour les prévisions
cycloniques effectuées au C.M.R.S de la Réunion.
D. Ressources nécessaires à la réalisation du projet
Tota l: 71k€ (32k€ en fonctionne m ent et missions + 39 k€ campagne TRIO)
Fonctionnement e t missions. Une partie importante du projet couvre des frais de
fonctionnement des équipes de recherches (matériel informatique, publications..) et des missions
pour participer à une réunion-projet par an. Plutôt que d’effectuer une longue liste, nous avons
demandé à chacun d’essayer d’établir un ETP réaliste pour le projet et avons effectué la demande de
financement sur la base de 3k€ par personne à 100%, et un peu arrondi. Le total de la demande
(détaillé par labo dans un tableau en fin de ce document) se monte à 32k€ pour
l’ens e mbl e des équipes pour 2011. Le projet sera reconduit sur 3 ans avec un budget de
fonctionne m ent qui devrait être en gros identique chaque anné e. La répartition par labo se
distribue comme suit : LA (0.6 ETP) 2k€, CRC (2,9 ETP) 9k€, LOCEAN (2,9 ETP) 9k€, Univ La
Réunion (0.4 ETP) 2k€, CERFACS (0,5 ETP) 2k€, CNRM (2 ETP) 6 k€, LEGOS (0,5 ETP) 2 k€
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AO LEFE/IDAO 2010
VOASSI (J. Vialard, F. Roux)
Campagne en me r . Les dépenses à la charge de l’INSU pour la campagne TRIO sont
estimées à 94k€, dont 39k€ sollicités dans le cadre du présent projet et 55 k€ (estimation
haute) sur le budget de soutien de campagne INSU. Les tableaux récapitulatifs ci-joints donnent plus
de détails.
Evaluation des frais directement à la charge de l’équipe demandeuse et de leur financement
Types de coûts
Coûts en Euros
Consommables pour campagne
Missions de 16 embarquants
Transport matériel
Frais d’analyse et de dépouillement à terre
Coût total
39 k€
30 k€
25 k€
0 k€
94 k€ (dont 39k€ LEFE)
Sources et niveaux des
financements envisagés
LEFE/IDAO*
Soutien campagne INSU*
Soutien campagne INSU*
Tableau récapitulatif des dépenses prévues pour TRIO
Chapitre
144 XBTs T7(1 profil XBT tous les 30 milles nautiques)
Fonctionnement VMP (profileur microstructure : capteurs de
rechanges, lest, largueur chimiques, batteries, etc… pour 40 profils)
Transmission ARGOS et communication navire, coût divers
Analyses échantillons biogéochimie
16 Missions AR La Réunion + 2 jours per-diem
Transport du matériel
TOTAL
Coût total
14 k€
17 k€
5 k€
3 k€
30 k€
25 k€
39k€
Financement
LEFE/IDAO
LEFE/IDAO
LEFE/IDAO
LEFE/IDAO
DT INSU soutien campagne
DT INSU soutien campagne
+55 k€ soutien campagne DT INSU
E. Co-financements acquis ou soumis (hors INSU)
Tableau récapitulatif des sources de finacement externes pour la campagne TRIO
Intitulé
Source du finacement
Nature du financement
Mouillages RAMA
NOAA/PMEL (USA)
Profileurs Argo
INCOIS (Inde)
Gliders
Univ. East Anglia
Mouillages, transport, coûts d’opération, personnel pour
le déploiement (1 ingénieur pendant la campagne) et ses
frais de mission.
Profileurs, transport, coûts d’opération, personnel pour le
déploiement (1-2 chercheurs pendant la campagne) et ses
frais de mission.
Gliders, transport (retour), coûts d’opération.
Mouillage CIndyDynamo 76°E, 8°S.
Radiosondes (4 à
8/jour).
NSF
Mouillage, transport (retour), coûts d’opération.
CNES (cal/val Megha
Tropiques)
Radiosondes, transport équippement, personnel pour le
déploiement (2 personnes pendant la campagne) et ses
frais de mission.
Acquis / à
obtenir
Acquis
Acquis.
Réponse en
décembre.
Acquis
Acquis
Le présent projet implique des collaborations internationales dans le cadre des projets RAMA
(collab. NOAA, USA), Argo (collab. INCOIS, Inde) Megha-Tropiques (projet de satellite FrancoIndien qui couvrira les dépenses des radiosondages effectués lors de la campagne) et Cindy-Dynamo
(collabs. Angleterre, USA, Japon). Les accords conclus induisent peu de Frais à la charge de l’équipe
demandeuse. Nous effectuerons une demande de prise en charge des frais de bord à l’ANR début
2011.
F. Valorisation des travaux antérieurs
La liste ci-dessous inclut l’ensemble des références bibliographiques de l’équipe du projet sur
des thématiques liées au projet (région et/ou méthodes).
Arnault, J., Et F. Roux, 2009 : Case study of a developing African easterly wave during NAMMA : An energetic point of view. J. Atmos. Sci.,
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AO LEFE/IDAO 2010
VOASSI (J. Vialard, F. Roux)
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AO LEFE/IDAO 2010
VOASSI (J. Vialard, F. Roux)
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Vialard, J., J-P. Duvel, M. McPhaden, P. Bouruet-Aubertot, B. Ward, E. Key, D. Bourras, R. Weller, P. Minnett, A. Weill, C. Cassou, L.
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16
AO LEFE/IDAO 2010
VOASSI (J. Vialard, F. Roux)
Annexe: Personnes impliquées dans le projet et outils
Liste des collaborateur (niveau National)
Laboratoire
Nom
LA
Franck Roux
X
CRC
Rôle dans projet
ETP (2011)
ETP (2012)
ETP (2013)
Prof.
2.2
30%
30%
30%
Stagiaire M2
2.2
30%
-
-
Benjamin Pohl
CR
2.1, 3.1, modélisation WRF
60%
60%
60%
Yves Richard
Prof.
2.1, 3.1
25%
25%
25%
Pierre Camberlin
Julien Crétat
Clémence Macron
Prof.
3.1
20%
20%
20%
Thésitif
Modélisation WRF
10%
-
-
Thésitive
3.1.4
30%
30%
30%
Post-doc UB
2.1
70%
-
-
2.1
25%
-
-
3.1
25%
-
-
Jérôme Vialard
Stage
M1/M2
Stage
M1/M2
DR
Coordination projet, 4
30%
30%
30%
Stéphane Pous
CR
3.1, 4, modélisation NEMO
80%
80%
80%
Prof.
2.2.1, 4
10%
10%
10%
20%
Nicolas Vigaud
X
X
LOCEAN
Grade equiv.
Pascale BouruetAubertot
Yannis Cuyppers
MC
2.2.1, 4
20%
20%
Praveen Kumar
Thésitif
3.1.3
80%
50%
-
Hugo Dayan
Thésitif
3.2
20%
20%
20%
Margot Bador
Stage Ingé.
2.2.1
50%
-
-
Matthieu
Lengaigne
Sébastien Masson
CR
2.2, 4, Coordination projet cyclones
Expert
Expert
50%
CR
Expert
Expert
40%
Guillaume Samson
Postdoc
Expert
-
-
Emmanuel Vincent
Thésitif
2.2, 3, 4, Modélisation couplée
NEMO/WRF
2.2, Modélisation couplée
NEMO/WRF
2.2, Modélisation NEMO
Expert
-
-
Gurvan Madec
DR
Modélisation océanique, 4
Expert
Expert
10%
Miloud Bessafi
MC
2.1, 3.1, lien collègues Malgaches
30%
30%
30%
Béatrice Morel
MC
10%
10%
10%
Christophe Cassou
CR
3.1, modélsation atmosphérique
régionale.
3.1.3, 3.1.4
15%
15%
15%
Eric Maisonnave
IR
Modélisation atmosphérique
(Arpege) et couplée.
15%
15%
15%
Emilia Sanchez
CR
15%
Fabrice Chauvin
CR
Anne-Sophie
Daloz
Hervé Douville
Thésitif
Sophie Tyteca
Ariane
Koch-Larrouy
CR
Patrick
Marchesiello
Florent Lyard
DR
Laurent Testut
LPO
Pierrick Penven
LACy
LMD
Matthieu Plu
Jean-Philippe
Duvel
Univ. La
Réunion
CERFACS
CNRM
LEGOS
15%
15%
Modélisation atmosphérique
(Arpege) et couplée, 2.2.2
2.2.2
50%
50%
50%
100%
0%
0%
DR
3.2
15%
15%
15%
Tech.
30%
30%
30%
30%
30%
30%
Expert
Expert
Expert
DR
Modélisation atmosphérique
(Arpege) et couplée.
2.2, Modélisation couplée
ROMS/WRF et
modélisation marée, 4
2.2, Modélisation couplée
ROMS/WRF
Modélisation marée, 4
Expert
Expert
Expert
CR
Modélisation marée, 4
15%
15%
15%
CR
2.2.1
Expert
Expert
Expert
CR
2.2.1, lien CMRS La Réunion
DR
4, Lien Cindy-Dynamo France
Expert
Expert
Annexe : liste des collaborateurs et des outils
AO LEFE/IDAO 2010
VOASSI (J. Vialard, F. Roux)
Liste des points de contact (niveau International)
Pays
Institut
Nom
Rôle dans projet
Madagascar
DYACO Antananarivo
Adolphe Ratiarison
3.1.1, 3.1.2, 3.1.3
Univ. Diego
Hary Razafindrabe
Zo Rabefitia
3.1.1, 3.1.2, 3.1.3
Météorologie
Univ. Tuléar
Olga Ramiarinjanahary
3.1.1, 3.1.2, 3.1.3
INCOIS
M. Ravichandran
Liens Argo (campagne TRIO)
NIO
A.S. Unnikrishnan
3.1.4
K. Yoneyama
Liens Cindy-Dynamo
C. Zhang
Liens Cindy-Dynamo
M. McPhaden
Liens RAMA
Inde
Japon
JAMSTEC
USA
Univ. Miami
PMEL (NOAA)
Univ. Washington
G. Foltz
2.2..1
Univ. Washington
R.C. Lien
Mouillage Cindy Dynamo
M. Behrenfeld
Mesures biogéo. TRIO
Univ. East. Anglia
K. Heywood
Gliders Cindy-Dynamo
Univ. East. Anglia
A. Matthews
Gliders Cindy-Dynamo
Oregon State University
UK
3.1.1, 3.1.2, 3.1.3
Liste des outils mis en place ou à mettre en place
Outil
Stations météo
SOOI
Labo(s)
Météo et
universités
Malgaches,
Univ. Réunion,
CRC
CRC
Avancement
A faire.
Détails
Réalisation d’une base de donnée homogène à partir de
stations sur Madagascar, le Mozambique, La Réunion,
Mayotte et les iles éparses de l’océan Indien.
Expériences
en cours.
Arpège couplé,
zoom SOOI
Arpège, version
AGCM global
CNRM
Arpège couplé,
runs du GIEC
NEMO, Indien
CERFACS
WRF, Indien
LOCEAN
NEMO-WRF,
Indien
LOCEAN
ROMS-WRF,
Indien
LEGOS
A mettre en
place.
Certaines
expériences
existent déjà.
Expériences
en cours.
Implémenté.
Expériences
disponibles.
Implémenté.
Expériences
disponibles..
Implémenté.
Expériences à
réaliser.
A mettre en
place
WRF (modèle régional d’atmosphère) sur domaine SOOI.
Bonne expérience de la mise en place de configurations de
WRF au CRC.
Arpège : modèle de climat et de prévision de Météo France.
Une version identique existe déjà sur l’Atlantique.
Expériences de sensibilité pour évaluer le rôle des anomalies
de SST des différents bassins sur le SOOI.
TUGO Indien
LEGOS
A mettre en
place.
ROMS SOOI
LPO
Existe.
WRF SOOI
CNRM
CERFACS
LOCEAN
Analyses de la variabilité décennale et du changement
climatique sur l’Océan Indien
Modèle de circulation générale océanique. Ensemble de
l’Océan Indien au ¼° et 1/12°. Analyse de la signature
océanique des cyclones et de la circulation dans le SOOI.
Ensemble de l’océan Indien à 50 km et 25 km. Expériences
longues effectuées (cyclogenèse).
NEMO et WRF couplés, à 25km de résolution sur l’ensemble
de l’océan Indien : rôle des processus océaniques dans la
cyclogenèse.
ROMS et WRF couplés, au 1/3° de résolution sur l’ensemble
de l’océan Indien : rôle des processus océaniques dans la
cyclogenèse.
Modèle de marée, à mettre en place sur l’ensemble de l’océan
Indien. Estimation de l’énergie disponible pour la marée
interne.
Configuration régionale centrée sur le canal du Mozambique.
Analyse de la signature océanique de cyclones dans cette
région.
Annexe : liste des collaborateurs et des outils