Variabilité intrasaisonnière de la mousson africaine : caractérisation et modélisation, Intraseasonal variability of the West african monsoon : characterization and modelling

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Sous la direction de Jean-Philippe Lafore
Thèse soutenue le 19 novembre 2010: Paris Est
La variabilité intrasaisonnière de la mousson d'Afrique de l'Ouest se caractérise par une alternance de phases sèches et humides, dont les impacts pe uvent être dramatiques sur les populations locales. Cette variabilité met en jeu un grand nombre d'échelles spatiales et temporelles, rendant difficile sa compréhension, sa modélisation et sa prévision. Cette thèse propose quelques éclairages sur ces différentes thématiques. La dépression thermique saharienne est un acteur majeur de la mousson africaine. La caractérisation de sa variabilité intrasaisonnière a permis de mettre en évidence, à l'échelle de 15 jours, l'existence d'interactions entre les latitudes moyennes et l'Afrique de l'Ouest. Lors de son passage au-dessus de l'Atlantique et la Méditerranée, un train d'ondes de Rossby module les ventilations de la dépression thermique, et donc sa structure. Les anomalies de circulation, de température et d'humidité, ainsi induites sur le Sahel, pourraient alors expliquer une partie des fluctuations intrasaisonnières de la convection, notamment celles qui naissent sur l'est du Sahel, et qui se propagent ensuite vers l'ouest. L'état moyen et la variabilité intrasaisonnière de la mousson africaine restent un défi pour les modèles de climat, même pour la dernière génération, qui a participé à l'exercice d'intercomparaison CMIP3. La variabilité à haute fréquence de la convection est un élément particulièrement difficile à modéliser. Toutefois, la meilleure prise en compte de facteurs inhibant le développement de la convection pourrait être une étape importante pour améliorer la modélisation de la mousson et la prévision de ses fluctuations intrasaisonnières
-Mousson d'Afrique de l'Ouest
-Variabilité Intrasaisonnière
-Dépression Thermique Saharienne
-Modèles de Climat
-Cmip3
-Amma
The intraseasonal variability of the West African Monsoon is associated with persistent dry and wet periods over the Sahel, whose consequences can be dramatic for local populations. Its understanding, modelling and forecast still pose a challenge to the scientific community, notably because it involves a large number of space and timescales. The present study elaborates a few answers to these issues. The Saharan heat low is one of the major actors of the African monsoon. The characterization of its intraseasonal variability revealed the existence of interaction between the tropics and the extratropics, at the 15-day timescale. As it propagates eastward above the Atlantic and the Mediterranean, a Rossby wave train modulates the heat low ventilations, and thus its structure. Anomalous circulation, as well as temperature and humidity anomalies, can be induced over the Sahel, and lead to intraseasonal modulations of convection, especially to those, which originate from the Eastern Sahel, and which, then, propagate westward. Current state-of-the-art (CMIP3) climate models still have significant problems and display a wide range of skill in simulating the West African monsoon mean state and intraseasonal variability. The high frequency variability is particularly difficult to capture. However, the account for processes, which inhibit convection development, may be expected to be an important step in the improvement of the monsoon modelling and the forecast of its intraseasonal fluctuations
-West African Monsoon
-Intraseasonal Variability
-Saharan Heat Low
-Climate Models
-Cmip3
-Amma
Source: http://www.theses.fr/2010PEST1089/document
Publié le : samedi 29 octobre 2011
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THÈSE
Pour l obtention du grade de
Docteur de l Université Paris Est
École Doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement
Présentée par
Romain ROEHRIG
Variabilité Intrasaisonnière
de la Mousson Africaine :
Caractérisation et Modélisation
Directeur de thèse : M. Jean-Philippe Lafore
Co-direction : M. Fabrice Chauvin, M. Marc Bocquet
Soutenue le 19 novembre 2010
JURY
M. Pierre Camberlin Université de Bourgogne/CRC Rapporteur
M. Serge Janicot IRD/LOCEAN Rapp
M. Hervé Douville CNRM-GAME Examinateur
M. Nicholas M. J. Hall Université Paul Sabatier/LEGOS
M. Benjamin Pohl Université de Bourgogne/CRC
tel-00560954, version 2 - 6 Jun 2011tel-00560954, version 2 - 6 Jun 2011Àmamaman,YannetJérôme
tel-00560954, version 2 - 6 Jun 2011tel-00560954, version 2 - 6 Jun 2011Remerciements
La these se termine, une nouvelle page se tourne. Ce memoire marque d’une
certaine maniere l’aboutissement de trois annees, pendant lesquelles j’ai pu appre-
cie l’aide, les encouragements et le soutien d’un grand nombre de personnes, que
ce soit en les cotoyant au jour le jour, ou simplement en les croisant au detour
d’un couloir ou d’une conference. Tant de personnes a remercier que je risque d’en
oublier. Je m’en excuse par avance.
Mes premieres pensees vont naturellement a mes encadrants, Jean-Philippe
Lafore et Fabrice Chauvin, qui m’ont guide tout au long de cette these, et qui ont
su me laisser la liberte dont j’avais besoin. Merci a tous les deux pour votre disponi-
bilite et votre motivation permanente, surtout pendant les longs apres-midis ou je
vous ai presente mes resultats, ou j’ai pu vous poser une multitude de questions, et
ou vous avez su m’insu er de nouvelles directions. Merci Jean-Philippe de m’avoir
aiguille et suivi bien avant le debut de cette these, a Niamey, Geneve et Paris. C’est
en partie gr^ ace a toi que j’ai decouvert les sciences de l’atmosphere et le monde de
la recherche. Merci Fabrice pour ta bonne humeur, ta vision tres dierente de celle
de Jean-Philippe, et naturellement pour les virgules que tu m’as appris a utiliser.
J’espere vivement que nous continuerons a travailler ensemble dans les annees a
venir. Merci egalement a mes co-directeurs de l’ombre, a Bruno Sportisse, puis a
Marc Bocquet, qui ont accepte cette co-direction < administrative >. Merci pour
mon rapide passage au CEREA peu avant le debut de cette these.
Le jury a eu une tres lourde tac^ he : eplucher les 400 pages de ce memoire. Je
m’excuse de cette longueur, mais qui, au nal, re ete une grande partie des ques-
tions que je me suis posees pendant trois ans, et auxquelles j’ai tente d’apporter
des reponses, sinon de proposer des pistes a explorer. Merci Serge Janicot, Pierre
Camberlin, Herve Douville, Nick Hall et Benjamin Pohl pour votre courage, vos
remarques et questions constructives, et votre inter^et pour ces travaux.
Cette these doit aussi beaucoup au climat dans lequel j’ai eu la chance d’evoluer
pendant ces trois ans. Merci a Eric Brun, puis a Philippe Bougeault de m’avoir
accueilli au CNRM. Merci a toute l’equipe MOANA pour sa bonne humeur. Merci
tout particulierement Amanda et Cecile d’avoir partage, avec moi, ce bureau, ces
hauts et ces bas de la these, ces voyages en Afrique, bref tous ces souvenirs qui
resteront graves. Merci Florence pour ton aide informatique et ta patience pour
l’espace disque que j’ai sature. Merci Dominique, Vanessa, Francoi se, Philippe,
Laurence, Fleur, Nicole, Catherine, Emmanuel, Florent, Jean-Luc, Marielle, Ma-
thieu, Matthieu, Aaron, Aude, Chrystelle, Mireille, Odile pour ces pauses cafe, et
toutes ces discusions scienti ques et amicales.
v
tel-00560954, version 2 - 6 Jun 2011Et pour terminer, l’essentiel... Merci Maman, Yann, Jer^ome et Alain d’avoir ete
la, simplement, quand tout allait bien, et surtout quand tout allait mal. Et bien
evidemment, merci Aurelie d’avoir ete a mes c^otes !
vi
tel-00560954, version 2 - 6 Jun 2011 Resume
VariabilitéIntrasaisonnièredelaMoussonAfricaine:
CaractérisationetModélisation
La variabilite intrasaisonniere de la mousson d’Afrique de l’Ouest se caracterise
par une alternance de phases seches et humides, dont les impacts peuvent ^etre
dramatiques sur les populations locales. Cette variabilite met en jeu un grand
nombre d’echelles spatiales et temporelles, rendant dicile sa comprehension,
sa modelisation et sa prevision. Cette these propose quelques eclairages sur ces
di erentes thematiques.
La depression thermique saharienne est un acteur majeur de la mousson
africaine. La caracterisation de sa variabilite intrasaisonniere a permis de mettre
en evidence, a l’echelle de 15 jours, l’existence d’interactions entre les latitudes
moyennes et l’Afrique de l’Ouest. Lors de son passage au-dessus de l’Atlantique et
la Mediterranee, un train d’ondes de Rossby module les ventilations de la depres-
sion thermique, et donc sa structure. Les anomalies de circulation, de temperature
et d’humidite, ainsi induites sur le Sahel, pourraient alors expliquer une partie des
uctuations intrasaisonnieres de la convection, notamment celles qui naissent sur
l’est du Sahel, et qui se propagent ensuite vers l’ouest.
L’etat moyen et la variabilite intrasaisonniere de la mousson africaine res-
tent un de pour les modeles de climat, m^eme pour la derniere generation, qui a
participe a l’exercice d’intercomparaison CMIP3. La variabilite a haute frequence
de la convection est un element particulierement di cile a modeliser. Toutefois, la
meilleure prise en compte de facteurs inhibant le developpement de la convection
pourrait ^etre une etape importante pour ameliorer la modelisation de la mousson
et la prevision de ses uctuations intrasaisonnieres.
Mots-cles : Mousson d’Afrique de l’Ouest, Variabilite Intrasaisonniere, Depression
Thermique Saharienne, Modeles de Climat, CMIP3, AMMA.
Ces travaux ont ete e ectues dans l’equipe MOdelisation de l’Atmosphere Nuageuse et Analyse
(MOANA), au sein du Groupe de Meteorologie de Meso-Echelle (GMME) du Centre National de
Recherches Meteorologiques (CNRM), qui fait partie du Groupe d’etude de l’Atmosphere MEtero-
logique (GAME), Unite de Recherche Associee (URA 1357), constituee par le Centre National de
la Recherche Scienti que (CNRS) et Meteo-France.
Meteo-France
CNRM/GMME/MOANA
42, avenue Gaspard Coriolis
k romain.roehrig@meteo.fr31057 Toulouse Cedex 1
France
vii
tel-00560954, version 2 - 6 Jun 2011tel-00560954, version 2 - 6 Jun 2011Abstract
IntraseasonalVariabilityoftheWestAfricanMonsoon:
CharacterizationandModelling
The intraseasonal variability of the West African Monsoon is associated with
persistent dry and wet periods over the Sahel, whose consequences can be dra-
matic for local populations. Its understanding, modelling and forecast still pose a
challenge to the scienti c community, notably because it involves a large number
of space and timescales. The present study elaborates a few answers to these issues.
The Saharan heat low is one of the major actors of the African monsoon.
The characterization of its intraseasonal variability revealed the existence of in-
teraction between the tropics and the extratropics, at the 15-day timescale. As
it propagates eastward above the Atlantic and the Mediterranean, a Rossby wave
train modulates the heat low ventilations, and thus its structure. Anomalous
circulation, as well as temperature and humidity anomalies, can be induced over
the Sahel, and lead to intraseasonal modulations of convection, especially to those,
which originate from the Eastern Sahel, and which, then, propagate westward.
Current state-of-the-art (CMIP3) climate models still have signi cant problems
and display a wide range of skill in simulating the West African monsoon mean
state and intraseasonal variability. The high frequency variability is particularly
di cult to capture. However, the account for processes, which inhibit convection
development, may be expected to be an important step in the improvement of the
monsoon modelling and the forecast of its intraseasonal uctuations.
Keywords: West African Monsoon, Intraseasonal Variability, Saharan Heat Low,
Climate Models, CMIP3, AMMA.
This work was completed in the MOdelisation de l’Atmosphere Nuageuse et Analyse (MOANA)
team, in the Groupe de Meteorologie de Meso-Echelle (GMME), of the Centre National de
Recherches Meteorologiques (CNRM), which is part of the Groupe d’etude de l’Atmosphere
MEterologique (GAME), Unite de Recherche Associee (URA 1357), built up by the Centre National
de la Recherche Scienti que (CNRS) and Meteo-France.
Meteo-France
CNRM/GMME/MOANA
42, avenue Gaspard Coriolis
k romain.roehrig@meteo.fr31057 Toulouse Cedex 1
France
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tel-00560954, version 2 - 6 Jun 2011

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