Dissertations / Theses on the topic 'Convection (météorologie) – Afrique centrale'

Ce travail établit les signaux cohérents de la variabilité climatique de l’Afrique centrale et leurs connexions grâce a une base de données pluviométriques (1951-90), ainsi qu'à des données satellitales et des réanalyses issues de mcg. Les advections de vapeur d'eau sur l’Afrique centrale trouvent leur origine dans l'atlantique austral, avec des changements intrasaisonniers supérieurs à ceux observes à l'échelle interannuelle. Mais le coeur du bassin congolais constitue aussi une région-source de divergence présente pratiquement tout au long de l'année qui redistribue de la vapeur d'eau vers le sahel ou le sud-est du Zaîre. Le poids des conditions de surface est important. Par ailleurs, l'olr mensuelle reflète la pluviométrie de l’Afrique centrale associée à la convection cumuliforme et à la circulation tropicale à grande échelle, mais ce n'est pas un indicateur pertinent des précipitations régionales tout au long de l'année et pour toutes les régions. L’Afrique centrale n'est pas un ensemble pluviométrique uniforme qui varie de façon homogène à l'échelle interannuelle, mais il est tout de même possible d'observer plusieurs analogies avec la variabilité d’autres régions africaines. Le signal de l'enso est particulièrement lisible dans la convection profonde de l’Afrique centrale. Chaque occurrence enso correspond à une modulation d'amplitude du cycle pluviométrique semi-annuelle du Congo/Gabon, démontrant le pouvoir prédictif des tso. La modulation des précipitations de l’Afrique centrale par les tso atlantiques, pacifiques et indiennes est liée à un déplacement de la circulation est-ouest, par le biais de la modification des zones d'instabilité. Les variations thermiques de l'atlantique austral imposent aussi un dérèglement de la position latitudinale de la zcit et desadvections. La cartographie fonctionnelle du biome forestier grâce au ndvi identifie différents comportements forestiers et indique que le caractère sempervirent possède des nuances spatiales et temporelles. Le forçage saisonnier des précipitations sur la productivité végétale est souvent décalé dans le temps. Il est difficile d'extraire un signal bioclimatique interannuel à cause du biais d'origine instrumental, mais les variations interannuelles du ndvi de la rca et du Haut-Zaire sont expliquées par la pluviométrie<br>This study establishes the coherent signals of the climatic variability and its connections in central Africa from a rainfall data base (1951-90), as well as satellite data and a reanalysis of the data from gcm. The water vapour advections over central Africa originate in the southern Atlantic Ocean with greater intraseasonal changes than those observed at the interannual scale. The heart of the Congo basin is also a regional source of divergence which is present for most of the year, and which redistributes water towards the Sahel or south-eastern Zaire. The surface conditions, for example topography and forestry, are important. In addition, the monthly olr reflects the rainfall of central Africa associated with deep convection and tropical circulation on global scale, but is not a good indicator of rainfall for all regions and all periods of the year. Central Africa is not a uniform rainfall area which varies homogeneously at interannual scale. Nevertheless, many analogies can be mad with other African areas. The enso signal is particularly visible in the deep convection of central Africa. Each enso occurrence corresponds with a modulation of the amplitude of the semi-annual rain cycle in the Congo-Gabon area, proving the predictive power of the sst. The rainfall modulation of the Atlantic, pacific and Indian sst's in central Africa is linked to a change in the east-west circulation due to the modification of the instable areas. The thermal variations in the southern Atlantic also impose a change in latitude of the itcz and the advections. The phenological mapping of rainforests using ndvi identifies different forestry behaviours and indicates certain spatio-temporal differences. A time lag is often observed between the rainfall and the forestry productivity. It is difficult to extract a bioclimatic signal due to the instrumental bias, but the interannual variations of the ndvi of the rca and northern Zaire are explained by the rainfall

Cette etude porte sur la physico-chimie des pluies collectees de juin 1988 a juin 1989 sur le site forestier d'enyele (nord congo). Elle integre egalement les resultats des travaux anterieurs realises sur des pluies collectees de novembre 1986 a septembre 1987 a dimonika (sud congo). L'analyse statistique et temporelle de la composition chimique de ces pluies a permis de caracteriser et quantifier les principales sources de gaz et aerosols a l'echelle de l'afrique centrale au cours de cycles saisonniers complets. L'etude de l'influence des caracteristiques physiques des nuages precipitants sur les niveaux de concentrations chimiques de la pluie au sol comprend un volet experimental et un volet modelisation. Le volet experimental a permis d'etablir une nouvelle classification du type de pluie (stratiforme ou convectif) en fonction du contenu en eau moyen pondere realisee grace aux enregistrements granulometriques de 62 evenements pluvieux du nord congo. L'etude de regression entre les concentrations chimiques et le contenu en eau a montre des relations distinctes selon le type de pluie et la nature (gaz ou aerosol) du compose lessive. La modelisation a ete realisee a l'aide d'un modele de nuage convectif applique au lessivage de so#2gaz et so#4 aerosol. Elle a permis de confirmer le comportement distinct des gaz et des aerosols vis-a-vis de l'effet de dilution par les plus fortes pluies, et d'identifier les principaux processus mis en jeu

Les problèmes qui se posent dans une recherche en climatologie tropicale sont la faible densité du réseau d'observations , l'inégale répartition spatiale des appareils de mesure, et la médiocrité de certaines séries du fait de l'importance des lacunes. La valeur des résultats d'analyse et des conclusions est fonction de la rigueur dans la critique des ordonnées et de la répartition spatiale du réseau de stations à étudier. En Afrique centrale, l'analyse des relevés pluviométriques des stations les plus fiables sur la période 1946-1985 montre l'évolution pluviométrique caractéristique des changements climatiques observés à l'échelle continentale et planétaire dans la seconde moitie du vingtième siècle. L'analyse en composantes principales permet une approche globale de la chronique de l'évolution pluviométrique, et de l'organisation spatiale du champ de variabilité. Les cartes d'organisation des champs pluviométriques et les graphiques des scores des années sur les axes factoriels offrent des images probantes des fluctuations pluviométriques sur la période étudiée. Ces fluctuations pluviométriques dans la région sont en relation étroite avec la diversité du milieu physique ; mais aussi, il existe une relation de cause à effet entre l'activité des deux centres d'action qui commandent la répartition des pluies en Afrique centrale et la baisse de la pluviométrie. Le bilan global est une déficience pluviométrique généralisée en rapport avec la défaillance de l'anticyclone de Ste-Hélène et son corollaire, la prépondérance de l'activité de l'harmattan saharien. La partie nord connaît un déficit bien plus marqué que la partie sud. Si la tendance observée depuis le début des années soixante-dix se poursuit jusqu'à la fin du siècle, les moyennes mensuelles caractéristique des régimes pluviométriques en milieu intertropical africain devront subir de profondes modifications, en particulier si l'on considère une normale (de l'omm) qui irait de 1970 à l'an 2000<br>The problems about research in tropical climatology are mainly the lwo density of observations post, the inequal spatial repartition of measurements and the very bad quality of some series, because of the importance of missing datas. The value of results and conclusions depend of the exactness in reviewer of existing datas and their spatial repartition. In central africa, the study of rainfall comming from the best stations in the period going from 1946 to 1985 shows the evolution and the main climatic change seen at continental and planet scale in the second half of the twentieth century. The main componment analysis allows a global approch of rainfall evolution and spatial organisation of rainfall field variability. The maps show the spatial organisation of rainfall variability field, and the graphs of annual score s on factorial axes give pictures of the chronologic rainfall flucturations. These rainfall fluctuations in the region are in closely accordance with the diversity of the physical milieu; otherwise, there is a relation between the rainfall diminution and the activity of the two actions center which deal with the spatial organisation of rainfield. The final result is a general rainfall deficiency irrelevant to the weakening of st. Helena anticyclone and the reinforcement of harmattan winds comming from sahara. In the north, the faillure of rainfall is more important than in the south. If the trend observes since 1970 continues, the monthly rainfall means which caracterise african intertropical rainfall regimes should be modified. Mainly if the normal rainfall period runs from 1970 to 2000, according to the 30 years wmo recommandations

L'objet de ce travail est l'étude des relations entre la pluie et différents indices en vue de la prévision, à quelques jours d'échéance, de la pluie quotidienne. La pluie quotidienne est fournie par l'IRD aux points de grille 2. 5ʿ x 2. 5ʿ de l'Afrique de l'Ouest (1968-1990) et les indices sont calculés à partir des réanalyses du NCEP-NCAR ; ce sont des combinaisons, parfois élaborées, des valeurs de base pression, altitude géopotentielle, température, humidité, composantes du vent. Les 65 indices retenus sont rangés en indices thermodynamiques (température et humidité) et indices dynamiques (vent). Une étude climatologique pour l'été 1985 montre les liens entre les indices, les ondes d'est et l'OLR. Ces liens sont beaucoup moins nets sur la Basse Côte qu'au Sahel. L'étude porte sur le mois d'août, d'une part parce que la ZCIT y atteint sa latitude nord extrême ce qui évite les difficultés liées à la tendance saisonnière et d'autre part parce que les précipitations y sont maximums. On cherche à prévoir la pluie à Dakar car c'est à cette extrémité ouest de lAfrique que l'on dispose du plus grand nombre possible de points de grille où calculer les indices prédicteurs, la circulation troposphérique estivale s'y faisant d'est en ouest (sauf dans la couche de mousson). La prévision de la pluie quotidienne est faite à l'aide d'équations de régression linéaires après qu'on ait réparti les pluies en 7 classes. Pour chaque échéance, on a recherché pour chaque indice, le point de grille où sa corrélation avec la pluie à Dakar était la plus grande (en valeur absolue), dans la période d'apprentissage (1968-1984). On a ensuite construit, pour chaque échéance, une équation de régression incluant les 65 indices, chacun étant pris au point de grille où sa corrélation avec la pluie était maximum. On a testé la qualité des équations sur l'intervalle 1985-1990. Jusqu'à 3 jours d'échéance, les prévisions calculées par les équations de régression sont meilleures que la prévision climatologique, cependant les très fortes pluies sont mal prévues. On a établi des équations de régression avec les mêmes indices pour prévoir les cumuls de pluie sur 3 jours consécutifs. Le taux d'erreur de prévision des faibles pluies est alors très petit. A l'aide d'une régression pas à pas ascendante on a déterminé les indices qui ont le plus de poids dans les équations de régression; ce sont : le niveau de condensation adiabatique, le tourbillon à 700 hPa, l'humidité à 925 hPa et le flux de vapeur d'eau<br>This study investigates the relation between stability indexes and West African daily rainfall amounts in order to predict the daily ram amount at 1-5 day lead times. Daily precipitation on a grid 2. 5ʿ x 2. 5ʿ for the period 1968-1990 was obtained from the Institut Français pour la Recherche et le Développement (IRD). Sixty-five indexes were computed using NCEP-NCAR reanalyses in the area 15ʿS-30ʿN, 30ʿW-30ʿE. The dataset consist of reanalyses of the global observation network of meteorological variable : pressure, geopotential height, temperature, humidity and wind components. Indexes may be divided into two categories thermodynamical (temperature and humidity) and dynamical (wind components). A climatological study for the summer 1985 shows links between indexes, easterly waves and OLR. These links are weaker in the Gulf of Guinea that in the Sahel. The study relates to daily rains in august because precipitation totals are larger then at Dakar and because the ITCZ lies at it most northerly latitude, thus all problems with trends were avoided. The Dakar region is the westernmost part of the Sahel. During summer, winds blow east to west in the troposphere above the monsoon layer ; hence, we have the largest possible number of grid points from which to compute the predictors. Linear regression equations were established to forecast rain at Dakar, divided in seven classes. For each lead time and each index, correlation coefficients were computed in order to deterrnine the grid point when the correlation reaches its maximum value during the period 1968-1984, and so to be included in the regression equation. The predicting skill of the equations was tested on the six remaining Augusts (1985-1990). The regression equations for six precipitation amount classes at the 1- to the 3-day lead times, though not very good for large rain amounts, perform better than the climatological forecast. Regression equations were also computed to predict 3-day rain amounts. Results show that it is difficult to miss small rainfall amounts. A stepwise foreward regression method was attempted to evaluate the importance of the various predictors. Thermodynamical indexes such as the Lifting Condensation Level and Humidity at 925 hPa, vorticity at 700 hPa and mixes indexes such as Water Vapor Fluxes were the best predictors

Les ondes d'est africaines (AEWs) sont des perturbations baroclines synoptiques (périodes 3-5 jours; longueurs d'onde 2000-5000 km) qui se propagent d'est en ouest sur le continent ouest-africain de manière intermittente au cours de la saison de mousson. Cette thèse a pour objectif de mieux comprendre l'intermittence intra-saisonnière des AEWs en combinant des considérations sur l'origine et le déclenchement des ondes, et sur l'influence de l'environnement de croissance, en particulier le jet d'est africain (AEJ). Une analyse statistique permet de souligner les relations complexes entre les fluctuations intra-saisonnières de l'AEJ, la convection et l'activité en AEWs dans les observations. Une approche de modélisation idéalisée est également adoptée, qui met en oeuvre un modèle atmosphérique global uniquement dynamique et guidé par un terme de forçage constant dérivé des observations. Dans une première configuration, des AEWs sont déclenchées sur un état de base fixe en réponse transitoire à un chauffage convectif appliqué localement en amont de l'AEJ. L'efficacité d'un tel déclenchement est testée sur un large jeu d'états de base constitués à partir des observations pour représenter la variabilité intra-saisonnière de l'AEJ. Il est mis en évidence une forte dépendance de la réponse transitoire à l'état de base. Une deuxième configuration du forçage laisse le modèle libre de développer sa propre activité transitoire. Des AEWs réalistes se développent de manière intermittente dans ce GCM simple. Il est montré qu'elles y sont déclenchées par des précurseurs de nature dynamique, originaires des moyennes latitudes (de l'Atlantique nord en particulier)<br>African Easterly Waves (AEWs) are synoptic baroclinic disturbances (wavelength 2000-5000 km; period 3-5 days) that propagate westward over West Africa in the monsoon season and display intraseasonal intermittence. This thesis work aims to investigate the question of the origin, growth and intermittence of AEWs through idealised modelling and analysis of observations. Factors such as possible precursors for the waves, and the relationship of the waves with the background environment - in particular the AEJ - and with convection are examined and discussed. A statistical climatological study is made of the relationship between the observed intraseasonal variations in the mid-tropospheric flow over West Africa, convection and AEW activity. An idealised modelling approach is also developped through the use of a dry global primitive equation model driven by a constant forcing tem derived from the observations. This model is used in a first configuration to simulate linear AEWs on a set of various fixed basic-states using the same idealised convective heating localised upstream of the AEJ as an initial trigger. It is shown that these convectively triggered AEWs are strongly influenced by the intra-seasonal variability of the environment. A second forcing configuration allows the model to simulate observed distributions of jets and transient disturbances, and explicitly represents the interactions between them. This simple GCM produces realistic intermittent AEWs that are shown to be triggered by precursors coming from the North Atlantic storm track

Notre travail part d'une analyse de l'hypothèse que les vents de pente à moyenne échelle sont une source éventuelle du déclenchement de la convection profonde sur les reliefs. L'absence de prise en compte de ce phénomène dans les modèles du climat se manifeste par une mauvaise distribution spatial de la pluviométrie dans la zone de l'Afrique de l'Ouest. Nous avons mis au point une paramétrisation des brise de montagne permettant de représenter ce phénomène dans un modèle de circulation générale atmosphérique (GCM). Le modèle consiste en une couche limite maillée longitudinalement à la pente, couplée à un modèle de sol. Une première partie a consisté à construire et éprouver ce modèle en mode dynamique. Nous avons effectué une analyse de sensibilité aux principaux paramètres du modèle et aux conditions d'environnement. La solution stationnaire de la partie aéraulique du modèle a alors été calculée pour une mise en forme plus économe en vue de son implémentation dans le GCM du laboratoire (LMDZ). Le modèle de brise résultant à tout d'abord été éprouvé dans la version uni-colonne du GCM, en mode couplé avec la convection, et enfin une version diagnostic dans la version 3D de LMDZ a permis de vérifier les hypothèses de départ, tant en Afrique de l'Ouest qu'à l'échelle mondiale. Cette paramétrisation devrait permettre d'améliorer substantiellement la représentation des systèmes convectifs dans les GCM, mais également la représentation des couches limites atmosphériques dans les régions montagneuses

Cette thèse a pour objectif d'étudier et d'améliorer la représentation du cycle de vie des systèmes convectifs de l'Afrique de l'Ouest (orages tropicaux, lignes de grains,. . . ) dans les modèles de circulation atmosphérique. Ces modèles de circulation sont devenus un des outils de base pour à la fois les recherches en physique du climat et pour la prévision opérationnelle du temps. La gamme d'échelles spatiales impliquée rend particulièrement complexe la modélisation de la mousson Ouest Africaine. Cependant, beaucoup de progrès ont été réalisés ces dernières années au Laboratoire de Météorologie Dynamique dans le développement des paramétrisations de convection nuageuse (Rio and Hourdin, 2008; Grandpeix et al. , 2010) et le modèle LMDZ est capable de représenter de façon correcte les caractéristiques moyennes du système de mousson Ouest Africaine. Notre travail de thèse repose en grande partie sur l'exploitation des données recueillies au cours de l'été 2006 pendant la période d'observation intensive (mesures sol, avions, ballons) de la campagne d'Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine (AMMA). L'amélioration de la représentation de la convection dans ces régions est un enjeu de première importance, à la fois pour l'amélioration des prévisions du temps et pour essayer de prévoir les possibles variations du climat sur la région dans le cadre du réchauffement global du climat. La discrimination des systèmes locaux et propagatifs a permis de faire la comparaison des systèmes locaux avec le modèle qui ne représente pas pour le moment la propagation des systèmes convectifs. Ainsi le cycle diurne des systèmes locaux est comparable au cycle diurne du modèle. Un des résultats marquant obtenu durant cette thèse concerne la représentation du cycle diurne des précipitations convectives. Nous avons en particulier, montré que la nouvelle "paramétrisation" de la convection orageuse, prenant en compte explicitement les "poches froides" créées sous les nuages par réévaporation des pluies convectives, développée par Grandpeix et al. , (2010), permet de décaler dans la soirée les pluies convectives (qui se produisent en générale beaucoup trop tot dans les modèles, vers 12h, en phase avec l'insolation), en bien meilleur accord avec les observations. Nous avons aussi mis au point une approche d'initialisation physique de la convection par des températures de brillance du satellite Météosat Seconde Génération (MSG). Cette approche d'initialisation détectant les zones convectives donne une meilleure représentation spatiale de la convection de manière cohérente avec les observations

Ce travail est une contribution au projet etude des precipitations par satellite (epsat/senegal). Son objectif est d'etudier les caracteristiques spatio-temporelles des lignes de grains (lg) en zone cotiere et la cinematique des systemes convectifs associes a ces perturbations. Dans un premier temps nous avons etabli une statistique des vitesses des lignes de grains au senegal sur la periode 1980 - 1990, a partir des mesures conventionnelles de stations synoptiques. Cette etude a montre que la vitesse moyenne des lg est de l'ordre de 18 m. S#-#1 ; leur frequence est plus elevee en septembre et generalement dans une station donnee, cette frequence est plus elevee de nuit que de jour. L'etude menee a partir d'images du satellite meteosat a montre que la vitesse moyenne de ces lignes de grains est comprise entre 14 et 20 m. S#-#1 avec une moyenne de 17 m. S#-#1 ; il existe deux zones de dissipation situees l'une entre 0 et 300 km et l'autre entre 800 et 1100 km a l'est de dakar. A partir de moyennes decadaires d'images satellitaires, nous avons etudie l'evolution de la convection en zone sahelienne et de la cinematique des lg en afrique de l'ouest. Avec le deplacement meridien de la zcit, il apparait deux zones de minimum de convection dont les positions coincident avec celles des zones de dissipation precedemment trouvees. Un noyau de maximum de convection est egalement mis en evidence sur les cotes guineennes. Entre les mois de juillet et septembre ce noyau se deplace vers le continent. Les champs de divergence et de tourbillon vertical relatif deduits des analyses du centre europeen pour les previsions meteorologiques a moyen terme (cepmmt) confirment les resultats obtenus a partir des images satellitaires. Une etude composite des lg a dakar a ete effectuee a partir des analyses du cepmmt. Les resultats obtenus sont significatifs du phenomene etudie.

L'Afrique équatoriale atlantique (40N et 50S et 8 et 180E) sert de cadre à une étude de climatologie diagnostique. Les données utilisées se réfèrent aux précipitations in situ sur la période 1951-1993 au pas de temps mensuel. Les indicateurs de la convection sont : la radiation onde longue sortant " OLR "(1974-1991) et les occurrences des nuages à sommet froid archivées au centre de météorologie spatiale de Lannion (Orstom) sur la période 1986-1996. Le premier objectif consiste à analyser les rapports entre facteurs géographiques, les précipitations et la convection. Le second s'attache à l'étude de la variabilité spatio-temporelle des précipitations (cycle moyen saisonnier et fluctuations interannuelles). Le troisième concerne les téléconnexions avec les paramètres océaniques et atmosphériques. Ces objectifs justifient le plan. La première partie présente le milieu physique et les fondements de la climatologie dynamique de la région d'étude. Le Gabon pris comme " espace-témoin " permet de montrer le rôle des facteurs géographiques dans la répartition différentielle de certaines variables climatiques (les températures, les précipitations et les vents). La deuxième partie analyse les champs pluvio-convectifs au pas de temps annuel et saisonnier. La convection se caractérise par une évolution interhemisphèrique en opposition de phase, ainsi qu'une inadéquation entre les noyaux de forte convection et la localisation des plus forts abats pluviométriques. La répartition des occurrences des nuages a sommet froid en fonction de la latitude, la longitude et l'altitude, souligne l'importance des versants aux vents et des sommets dans la fixation de la nébulosité. De même, la latitude apparait comme un facteur discriminant pour la répartition des pluies. Celles-ci connaissent soit une amplification soit une diminution du fait de l'effet de l'altitude a l'échelle locale, alors que la longitude montre les limites de la pénétration de la brise de mer. La troisième partie illustre une variabilité qui se caractérise par des structures spatiales de faible extension (qui ne prennent que rarement en compte plus du tiers de la variance commune) et des fluctuations décennales avec des excédents durant les deux premières décennies et des déficits durant les deux dernières mais non sans exception. Si les domaines des plateaux et le littoral sont les plus cohérents en terme d'anom<br>Atlantic Equatorial Africa (40N-50S and 80-180E) is the scope of a study in diagnostic climatology. Rainfall data for the period 1951-1993 are used on a monthly time-scale. Deep convection is monitored with the help of outgoing longwave radiation (1974-1991) and the occurrence of cold cloud tops archived at the Lannion Orstom Centre for the period 1986-1996. The fast aim is to analyse the relationship between geographical factors and both rainfall and convection. The second one is to study the space-time variability of rainfall (mean seasonal cycle and interannual fluctuations). The third one concerns teleconnections with large-scale patterns of oceano-atmospheric dynamics. The first part shows the physical environment and the bases of the dynamic climatology of the sub-region. Gabon is taken as a "sample area" that makes it possible to show the role of geographical factors in the differencial distribution of some climatic variables (temperature, rainfall and winds). The second part analyses rainfall/convection fields at the annual and seasonal time scales. Convection is characterized by an out-of-phase interhemispheric evolution, as well as by an inadequacy between the cores of deep convection and the location of the heaviest rainfall. The distribution of the occurrences of cold cloud tops in terms of latitude, longitude and altitude underlines the importance of windward slopes and summits for the fixing of cloud cover. In addition latitude appears as a discriminating factor in rainfall distribution. There is no relation between altitude/precipitation at the local scale, whereas the relationship with longitude reflects the extent of sea breeze penetration. The third part illustrates the fact that variability is characterized by small-scale spatial structures (that rarely take into account more than a third of the common variance) and decadal fluctuations with frequent surplus during the first two decades and deficits during the last two. The role of the forest in the setting up of space-time structures is not obvious, however plateau regions and coastlines are the most coherent areas in terms of anomaly. Rainfall deficits can be associated to a reduced occurrence of cold cloud tops during the rainy season as was the case in 1987 and 1993. On the other hand, a deep convection embedded within a gradually migrating itcz is a sign of a surplus year on condition

Les variations climatiques en Afrique de l'Ouest ont un impact parfois catastrophique, particuliérement au Sahel ou les populations sont exposées aux aléas des ressources en eau. Cette thèse s'inscrit dans la recherche des différents modes de variabilités atmosphèrique et de leurs conséquences sur les processus qui générent les pluies, afin de mieux apprehender le climat et ses variabilités dans cette région. <br />Ce travail porte sur la part de la variabilité des précipitations au Sahel qui peut être expliquée par la variabilité atmosphérique. L'objectif principal est de comprendre comment les perturbations du champ de vent à 700 hPa - les ondes d'est africaines (AEWs) - agissent sur la convectionqui est elle meme à l'origine des précipitations. <br />Après avoir exposé les connaissances actuelles de la climatologie en Afrique de l'Ouest, et expliqué la méthodologie développée pour étudier les ondes d'est, la variabilité des précipitations est étudiée à différentes échelles. La modulation de la convection et des précipitations par les ondes est ensuite traitée et permet de distinguer des secteurs propices aux fortes précipitations, ou au contraire inhibiteurs. L'impact des ondes sur la dynamique et la thermodynamique atmosphérique est également abordé, en particulier dans les basses couches atmosphériques. Un autre aspect original de cette thèse est d'étudier comment les ondes d'est s'insèrent dans la variabilité interannuelle et intra saisonnière du flux de mousson. Après avoir mis en évidence des phases actives et inactives du flux de mousson, le comportement des ondes, de la convection et des précipitations est discriminé en fonction des phases de l'onde.

Dans un contexte de réchauffement climatique, la région d'Afrique de l'Ouest, où les sécherresses sont dévastatrices pour les populations, montre les plus fortes incertitudes sur l'évolution des précipitations. C'est aussi la première source de poussières désertiques au monde dont la production est en augmentation par la sur-exploitation des sols. Or ces poussières désertiques, associées à des épidémies de méningite, absorbent et diffusent le flux solaire entraînant alors une modification du taux d'échauffement atmosphérique. En modifiant le bilan radiatif atmosphérique elles sont alors succeptible d'influencer de la turbulence de fine échelle aux circulations atmosphériques de grande échelle. Seulement les processus en jeu dans les interactions entre les poussières désertiques et l'atmosphère sont très variés, complexes, et constituent une grande source d'incertitude dans la prévision numérique. Afin d'appréhender ces processus, un cadre de modélisation à été développé permettant à la fois la résolution explicite de la convection, la résolution du cycle de vie des poussières et de leur impact radiatif, et la prise en compte de leurs interactions sur toute l'Afrique de l'Ouest à échelle mensuelle. Sur un cas extrême de tempête de poussières en saison sèche, la forte quantité de poussières soulevée par le front entraîne une amplification par deux de la signature de la tempête. La modélisation explicite des poussières améliore la prévisibilité de la tempête. De manière plus statistique, pendant la mise en place de la mousson, en juin, la fréquente présence de poussières participe activement à l'initiation du saut de mousson. D'une part, en affaiblissant la dépression thermique Saharienne, un des principaux moteurs de la mousson, mais aussi, d'autre part, en renforçant le déplacement vers le nord du coeur de la zone de convergence inter-tropicale et des jets. A plus fine échelle, la présence de poussières impacte la localisation et le cycle diurne des systèmes convectifs. Les poussières modifient alors la couverture nuageuse dont les impacts radiatifs sont plus forts que l'effet direct des poussières. La prise en compte des effets semi-directs des poussières sont donc essentiels pour la prévision en Afrique de l'Ouest<br>West Africa shows the greatest uncertainties about the evolution of precipitations. Moreover, in a warming climate, this region is very suceptible to droughts which can be devastating for the local populations. This region is also the main source of desert dust in the world where production is increasing due to over-exploitation of soils. Besides the fact that dust is associated with outbreaks of meningitis, it also has a direct impact on the atmosphere since it absorbs and scatters solar radiation causing a change in atmospheric heating. By altering the atmospheric radiation budget, the dust can influence the fine-scale turbulence up to large-scale atmospheric circulations. Also, the processes involved in the interactions between desert dust and atmosphere are very diverse, complex, and constitute a major source of uncertainty in numerical prediction. In order to understand these processes, a modeling framework was developed which englobes fine to regional scales. It explicitly resolves the deep convection, the dust life cycle and its radiative impacts, but also considers their interactions over all of West Africa at a monthly scale. Under dust storm conditions during the dry season, the high amount of dust raised by the fronts, leads to a near doubling of the storm intensity. By this positive feedback, explicit modeling of dust improves the predictability of the storm. During the establishment of the monsoon in June, the frequent occurrence of dust is actively involved in the initiation of the monsoon onset: On the one hand, by weakening the Saharan heat low, and on the other hand, by strengthening the northward movement of the heart of the inter-tropical convergence and jets. At finer scales, the presence of dust also impacts the location and the diurnal cycle of convective systems. Also, dust can change the cloud cover which leads to stronger radiative impacts than the direct effect of dust. This thesis suggests that accounting for the coupling between the dust and the atmosphere may improve the forecast skill in West Africa

Dans un contexte de réchauffement climatique, la région d'Afrique de l'Ouest, où les sécherresses sont dévastatrices pour les populations, montre les plus fortes incertitudes sur l'évolution des précipitations. C'est aussi la première source de poussières désertiques au monde dont la production est en augmentation par la sur-exploitation des sols. Or ces poussières désertiques, associées à des épidémies de méningite, absorbent et diffusent le flux solaire entraînant alors une modification du taux d'échauffement atmosphérique. En modifiant le bilan radiatif atmosphérique elles sont alors succeptible d'influencer de la turbulence de fine échelle aux circulations atmosphériques de grande échelle. Seulement les processus en jeu dans les interactions entre les poussières désertiques et l'atmosphère sont très variés, complexes, et constituent une grande source d'incertitude dans la prévision numérique. Afin d'appréhender ces processus, un cadre de modélisation à été développé permettant à la fois la résolution explicite de la convection, la résolution du cycle de vie des poussières et de leur impact radiatif, et la prise en compte de leurs interactions sur toute l'Afrique de l'Ouest à échelle mensuelle. Sur un cas extrême de tempête de poussières en saison sèche, la forte quantité de poussières soulevée par le front entraîne une amplification par eux de la signature de la tempête. La modélisation explicite des poussières améliore la prévisibilité de la tempête. De manière plus statistique, pendant la mise en place de la mousson, en juin, la fréquente présence de poussières participe activement à l'initiation du saut de mousson. D'une part, en affaiblissant la dépression thermique Saharienne, un des principaux moteurs de la mousson, mais aussi, d'autre part, en renforçant le déplacement vers le nord du coeur de la zone de convergence inter-tropicale et des jets. A plus fine échelle, la présence de poussières impacte la localisation et le cycle diurne des systèmes convectifs. Les poussières modifient alors la couverture nuageuse dont les impacts radiatifs sont plus forts que l'effet direct des poussières. La prise en compte des effets semi-directs des poussières sont donc essentiels pour la prévision en Afrique de l'Ouest.

Cette étude s'inscrit dans le cadre de la documentation de la variabilité intrasaisonnière atmosphérique et l'analyse de la prévisibilité sur les régions Afrique Centrale et Golfe de Guinée. Elle porte sur les saisons de l'année pour lesquelles la ZCIT est au dessus de l'équateur. Des travaux menés distinctement sur les mois de Mars à Juin et de Septembre à Novembre, il ressort que les activités convective et pluvieuse au cours de ces saisons sont régies par trois modes principaux de variabilité assez proches. Au cours de ces deux saisons, les systèmes individuels générateurs de pluie se déplacent d'est en ouest, et leur activité est régulée par des enveloppes convectives se déplaçant vers l'est. Des analyses spécifiques ont mis en lumière la forte empreinte de signaux équatoriaux de type onde de Kelvin se propageant vers l'est et dont les phases régulent l'organisation des systèmes convectifs. L'impact relatif d'ondes équatoriales se propageant vers l'ouest (Rossby en particulier) et celui d'advections de masses d'air méditerranéennes n'est pas à négliger, d'autant plus qu'elles sont susceptibles d'interagir avec les ondes de Kelvin, et donc de moduler les phases de l'activité convective. Les forçages externes ainsi identités constituent des sources potentielles de prévisibilité pour les modes intrasaisonniers mis en évidence. Utilisant les données de la base multi-modèle TIGGE, l'analyse de la prévisibilité de chacun des modes principaux de variabilité est réalisée. Se focalisant sur les phases spécifiques de ces modes, les scores obtenus augurent une prévisibilité au delà de 10 jours surtout pour des prévisions initialisées lorsque les principales sources sont actives<br>In this study we document the intraseasonal variability of the tropical convection and its predictability during the rainy season over the Central Africa and the Gulf of Guinea. Here, our study mainly focuses on seasons of the year for which the ITCZ is north of the equator. Based separate studies carried out on March to June and September to November seasons, we are able to identify three main modes of variability that modulate tropical convection and rainfall in West and Central Africa. During these two seasons, while individual rain-producing systems move westward, their activity is highly modulated by eastward propagating subregional and regional scale systems. Results of detailed analysis indicate the coupling between tropical convection and equatorial Kelvin wave in the region. The phases of these eastward propagating signals play an important role by regulating the organization of convective systems. Moreover, the role played by westward propagating signals (Rossby wave in particular) and Mediterranean air intrusion needs to be taken into account. These systems by interacting with Kelvin wave, may modulate the phases of convective activity in the region. Therefore, external forcing associated with these systems can be useful to the predictability of the intraseasonal modes the region. A multi model diagnostic study is performed using data available from the TIGGE project in order to evaluate the predictability of each of the main modes of variability. For a typical phase of these modes, there seems to be a statistically significant skill associated with predictability of beyond 10 days, especially for predictions initiated from active main sources

Les précipitations en Afrique septentrionale se produisent principalement pendant la saison des moussons. Elles résultent de l'interaction des processus atmosphériques dans une large gamme d'échelles, ce qui rend leur prévision difficile. Les mécanismes de contrôle des précipitations sont examinés au cours d'un épisode bien documentée d'émission et de transport de poussières du 9 au 14 juin 2006. La même méthode pour la détection et le suivi des nuages a été appliquée sur les observations par satellite et plusieurs simulations numériques (avec convection explicite ou paramétrée) pour étudier les systèmes précipitants. Parmi les différents types de systèmes identifiés, les systèmes convectifs de mésoéchelle (MCS) produisent la majeure partie de la précipitation totale, avec une contribution observée de 66%. Les plus grands producteurs de précipitation sont les MCS à longue durée de vie (c'est-à-dire de plus de 6 h), à l'origine de 55% des précipitations. Ces MCS deviennent plus organisés, c'est-à-dire plus grands, plus longs et plus rapides, alors qu'ils propagent vers l'ouest. Les simulations permettant la convection reproduisent la partition de pluie, mais ne reproduisent pas complètement l'organisation des MCS à longue durée de vie. La simulation avec convection paramétrée ne parvient pas à représenter correctement la partition de pluie. Cela montre la valeur ajoutée apportée par les simulations permettant la convection. L'effet radiatif des poussières est ensuite analysé en comparant deux simulations permettant la convection, avec et sans interaction poussière-rayonnement. Les effets directs sont un réchauffement de niveau moyen et un refroidissement à proximité de la surface, principalement dans les parties occidentales de l'Afrique septentrionale, qui tendent à stabiliser l'atmosphère inférieure. Un effet semi-direct est une diminution des précipitations. Cette baisse des pluies s'explique par un nombre trop faible de MCS à longue durée de vie qui, néanmoins, ont une durée de vie plus longue et sont plus efficaces en termes de production de précipitations. La diminution du nombre de MCS à longue durée de vie est due à la stabilisation de l'atmosphère qui inhibe le déclenchement de la convection<br>Precipitation in northern Africa occurs mainly during the monsoon season. It arises from the interaction of atmospheric processes across a wide range of scales, making its prediction challenging. The control mechanisms on precipitation are examined during a well-documented case study of dust emission and transport on 9-14 June 2006. The same method for cloud detection and tracking was applied on satellite observations and several numerical simulations (with explicit or parameterized convection) to investigate the precipitating systems. Among the various types of systems identified, mesoscale convective systems (MCSs) yield most of the total precipitation, with an observed contribution of 66%. The greatest precipitation producers are the long-lived MCSs (i.e., that last more than 6 h), at the origin of 55% of precipitation. These MCSs become more organized, i.e., larger, longer-lived and faster, as they propagate westward. The convection-permitting simulations capture the rainfall partition, but do not fully reproduce the organization of the long-lived MCSs. The simulation with parameterized convection fails to correctly represent the rain partition. This shows the added-value provided by the convection-permitting simulations. The radiative effect of dust is then analyzed, by comparing two convection-permitting simulations, with and without dust-radiation interaction. The direct effects are a mid-level warming and a near-surface cooling mainly in the western parts of northern Africa, which tend to stabilize the lower atmosphere. One semi-direct effect is a decrease in precipitation. This rainfall drop is explained by a too low number of long-lived MCSs which, nevertheless, are longer-lived and more efficient in terms of precipitation production. The diminution in the number of long-lived MCSs is due to the stabilization of the atmosphere inhibiting the triggering of convection

La météorologie tropicale est un élément majeur pour le fonctionnement de l’atmosphère et pour le climat terrestre. Le satellite Megha-Tropiques regroupe des instruments de télédétection utilisant des algorithmes de restitution complexes. Cette thèse participe à la mise au point de stratégies de validation de ces algorithmes par l’acquisition d’une meilleure connaissance de la phase glacée des systèmes convectifs de méso-échelle (MCS) tropicaux, en s’appuyant sur la campagne de mesures réalisée à Niamey au Niger à l’été 2010. De nombreux MCS à fort contenu en glace (IWC, Ice Water Content) ont été documentés à la fois par une instrumentation aéroportée, et par des radars au sol. Les informations obtenues grâce aux sondes aéroportées, et l’utilisation d’une loi masse-diamètre permettent de calculer une valeur de réflectivité Zin-situ. Le développement d’une méthode de colocalisation des mesures réalisées par les radars sol sur la trajectoire de l’avion a abouti à la validation du calcul de Zin-situ. La relation entre la réflectivité et l’IWC n’a pas été clairement observée pour le radar-précipitation du MIT. De plus, l’IWC est mieux documenté avec un radar-nuage qu’avec un radar-précipitation car ce dernier est trop sensible aux cristaux de grande taille. Les mesures in-situ s’avèrent donc indispensables pour obtenir l’information microphysique utile à la validation des algorithmes de restitution satellites et elles ne peuvent pas être remplacées par des mesures de réflectivités effectuées depuis le sol. L’utilisation du modèle numérique WRF (Weather Research and Forecasting) pourrait également permettre de connaître au mieux les MCS. Pour le cas d’étude analysé dans cette thèse, la modélisation a généré une ligne de grains mais n’a pas reproduit correctement toutes les caractéristiques du MCS réellement observé. Des différences dynamiques et microphysiques sont apparues. L’analyse du champ de réflectivité simulé grâce aux CFAD (Contoured Frequency by Altitude Diagrams) a montré une sous-estimation de la réflectivité par rapport aux observations. L’utilisation du schéma microphysique de Morrison, plus complexe que celui de Thompson initialement employé, n’a pas permis d’améliorer les résultats. Les performances du modèle WRF ne sont pas encore suffisantes pour aider à la validation des algorithmes de restitution satellites<br>Tropical meteorology is a major issue for atmospheric physics and earth’s climate. The Megha-Tropiques satellite combines several teledetection instruments which need complex restitution algorithms. This work contributes to the development of validation’s strategies for these algorithms. This requires a better knowledge of the tropical mesoscale convective systems’ (MCS) ice phase. In this thesis, we use data from the Niamey’s (Niger) campaign, which took place during summer 2010. Numerous MCS with high Ice Water Content (IWC) were analyzed with an airborne instrumentation and ground radars. Reflectivity Zin-situ is calculated using airborne microphysic probes’ information and a mass-diameter relationship. A spatial and temporal interpolation technique is developed to colocalize the aircraft position with ground radar measurements. This method leads to the validation of Zin-situ calculation. The relationship between reflectivity and IWC is not satisfactory for the MIT precipitation radar. Moreover, the cloud radar gives better informations about the IWC than the precipitation radar. Indeed, precipitation radars are too sensitive to large ice crystals. Therefore, in-situ measurements are essential to get microphysic information in order to validate restitution algorithms used by satellites. They can’t be replaced by ground based reflectivity measurements. The WRF (Weather Research and Forecasting) model was used in order to get a better knowledge of MCS. In this work, we analyzed one case study. For this case, WRF generates a typical squall line but it doesn’t correctly reproduce every observed characteristics. Several dynamical and microphysical differences appear between simulation and observations. The simulated reflectivity field is analyzed by CFAD (Contoured Frequency by Altitude Diagrams) and it shows a general underestimated reflectivity compared to the observations. The Thompson microphysic scheme is replaced by the more complex Morrison scheme, but this modification doesn’t improve the results of the simulation. Consequently, the WRF model isn’t yet efficient enough to help with the restitution algorithms’ validation

Dans les régions tropicales, l'ozone troposphérique, est à la fois contrôlée par des mécanismes photo-chimiques et dynamiques. L'objectif de ce travail est, à partir d'une approche climatologique basée sur des données de radiosondages (Réunion et Irene-Afrique du Sud-), des données avions (MOZAIC), des données satellites (NOAA) et des données de modèles (NCEP et ECMWF), d'évaluer l'importance et les rôles respectifs des différents mécanismes mis en jeu. Dans ce but plusieurs méthodes de télédétection, utilisant les données des satellites NOAA ont été développées. Leur mise en oeuvre a permis la détermination des périodes et des zones affectées par les feux de végétation produisant de forts développements de panaches de fumées (septembre pour le Sud-Est africain et octobre-novembre pour Madagascar), et également la détermination des zones de convection (octobre pour le Sud-Est africain et fin octobre- novembre pour Madacascar). Les résultats obtenus sont utilisés pour analyser l'origine des variations saisonnières d'ozone au-dessus du site de La Réunion. L'ozone troposphérique durant les années 1993 et 1995 montrent les caractéristiques très différentes et font l'objet de deux cas d'études : 1993 étant une année typique et 1995 l'année atypique. L'étude de l'année 1993 souligne l'importance de la présence des zones de convection à proximité des régions sources. Au mois d'août, pendant la saison sèche, seule la couche moyenne est contaminée en ozone. En revanche, en fin de saison des feux et début de la convection, toute la troposphère libre est contaminée avec une concentration de l'ordre de 100 ppbv d'ozone. Les radiosondages obtenus en 1995 présentent des concentrations d'ozonetroposphérique beaucoup plus fortes. Le cas d'étude du 25 août présente de ce point de vue un intérêt particulier, car l'ozone y atteint plus de 200 ppbv dans toute la troposphère. Une analyse dynamique montre que, si pendant cette période on n'observe pas de sévère pertubation d'origine dynamique au-dessus de la Réunion, il y a contribution des sources éloignées de différentes nature : des feux de végétation d'une part et des intrusions stratosphériques d'autre part (Afrique du Sud). Ce travail a permis de montrer que l'origine des variations saisonnières de l'ozone troposphérique au-dessus de l'océan Indien n'est pas simple, car il faut tenir compte à la fois des sources anthropiques et des perturbations, tropicales et latitudes moyennes, à proximité du site ou à distance.