H) Observation des cyclones tropicaux
H1) Qu'est-ce-que la méthode de Dvorak et comment l'utilise-t-on ?
H2) Comment vit-on le passage d'un cyclone tropical ? Quels sont les premiers signes annonciateurs de l'arrivée d'un cyclone tropical ?
H3) Comment l'océan réagit-il à la présence d'un cyclone ? Quel est l'effet rétroactif sur le système lui-même ?
H4) Qui sont les "Chasseurs de cyclones" et que cherchent-ils ?
H5) A quoi ressemble un vol dans un cyclone ?
H6) Y-a-t-il des cyclones sur d'autres planètes ?
Sujet H1) Qu´est-ce que la méthode de Dvorak et comment l´utilise-t-on ?
Traduction de la contribuition de Chris Landsea, adaptation Anne-Claire Fontan.
Vernon F. Dvorak a défini une méthodologie d´analyse qui permet d´estimer l´intensité d´un système tropical à partir des images satellitaires. Cette méthode s´appuie sur un certain nombre de schémas types qui aident à la prise de décision (Dvorak 1975, 1984).
On compare les caractéristiques nuageuses satellitaire du système aux différentes configurations prédéfinies :
Bandes Incurvées, Cisaillement, Œil, Couverture Nuageuse Centrale Dense (Central Dense Overcast (CDO)), Centre Noyé dans la masse, Couverture Nuageuse Centrale Froide (Central Cold Cover (CCC)).
Quand le système a un œil, on utilise l´image infrarouge pour calculer la différence de température entre l´œil relativement chaud et le sommet des nuages environnants, relativement froid. Plus cette différence est grande, plus le cyclone est intense. De cette analyse, on déduit le "Nombre T" dont découle le "Nombre CI" (Current Intensity - intensité courante).
Les reconnaissances aériennes sur l´Atlantique et le Pacifique Nord-Ouest ont permis de calibrer ces paramètre (voir tableau ci-dessous). En moyenne, les nombres Ci correspondent aux intensités suivantes :
Current Intensity Numbers
| CI Number |
Maximum Sustained
One Minute Winds
(kts) |
Central Pressure
(mb) |
| Atlantic | NW Pacific |
| 0.0 | <25 | ---- | ---- |
| 0.5 | 25 | ---- | ---- |
| 1.0 | 25 | ---- | ---- |
| 1.5 | 25 | ---- | ---- |
| 2.0 | 30 | 1009 | 1000 |
| 2.5 | 35 | 1005 | 997 |
| 3.0 | 45 | 1000 | 991 |
| 3.5 | 55 | 994 | 984 |
| 4.0 | 65 | 987 | 976 |
| 4.5 | 77 | 979 | 966 |
| 5.0 | 90 | 970 | 954 |
| 5.5 | 102 | 960 | 941 |
| 6.0 | 115 | 948 | 927 |
| 6.5 | 127 | 935 | 914 |
| 7.0 | 140 | 921 | 898 |
| 7.5 | 155 | 906 | 879 |
| 8.0 | 170 | 890 | 858 |
Tableau de correspondance entre "Current Intensity", vent maximum et pression au centre, tirés des reconnaissances aériennes.
Une table de Dvorak a été définie pour le Sud-Ouest de l´océan Indien, inspirée des mesures effectuées sur le Pacifique Nord-ouest :
Tableau de correspondance entre Ci, vent maximum et pression au centre, utilisé au CMRS de La Réunion
Il est à noter que ces estimations, aussi bien des vents maximum que de la pression au centre, supposent que les vents et la pression sont toujours cohérents.
Quoiqu´il en soit, comme les vents sont déterminés par le gradient de pression, des cyclones de petite taille (ex. Andrew 1992) peuvent avoir des vents maximums plus forts que des cyclones plus grands, pour une même valeur de la pression au centre. Il faut donc faire preuve de prudence et ne pas appliquer aveuglément les correspondances vent/pression des tableaux ci-dessus.
Les pressions sont plus basses sur le Pacifique Nord-Ouest que sur l´Atlantique du fait du contexte climatologique. Le Pacifique Nord-Ouest a un champ climatologique de pression au niveau de la mer assez bas. Pour maintenir un gradient de pression donné et donc les vents associés, la pression minimale au centre doit être en conséquence plus basse sur ce bassin.
Les erreurs commises en utilisant la méthode de Dvorak en comparaison des mesures effectuées par reconnaissances aériennes sur le Pacifique Nord-Ouest sont d´environ 10 hPa avec un écart type de 9 hPa (Martin and Gray 1993).
On estime que l´erreur moyenne est sensiblement la même sur le bassin Atlantique. Un cyclone de l´Atlantique dont le CI est de 4.5 (vents de 77 kt - pression 979 hPa) peut donc en réalité avoir des vents compris entre 60 et 90 kt et une pression entre 989 et 969 hPa. Bien que l´on reconnaisse ces approximations, cette méthode reste la seule qui permette quand même une bonne estimation de l´intensité.
Pour les autres bassins, qui n´ont pas de reconnaissances aériennes, la méthode présente aussi des intérêts. Il faut cependant revoir
- le tableau de correspondance entre le CI, le vent et la pression.
Récemment, alors que la méthode de Dvorak a pour mission d´estimer l´intensité courante d´un cyclone, on a essayé de prévoir l´intensité à 24 heures en faisant des extrapolations du CI. Pour l´instant la qualité des prévisions obtenues n´a pas été vérifiée.
Sujet H2) Comment vit-on le passage d´une cyclone tropical ? Quels sont les premiers signes annonciateurs de l´arrivée d´un cyclone tropical ?
Traduction de la contribution de Neal Dorst.
Comme tout être humain est unique, chaque cyclone est différent. Donc chaque expérience vécue avec un système tropical sera unique. Le résumé ci-dessous est la séquence générale des événements que l´on peut vivre dans le cas d´un cyclone tropical de Ci=5.0 s´approchant des côtes. L´expérience que vous pouvez vivre peut être drastiquement différente.
- 96 heures avant l´atterrissage
Au début, il n´y a aucun signe apparent du système. La baromètre est stable, les vants sont faibles et variables, et les cumulus de beau temps égayent le ciel. Mais l´observateur perspicace notera une houle d´environ 1 mètre, avec une vague qui s´échoue sur le rivage toutes les 10 secondes. Ces vagues se propagent loin devant le système, mais elles peuvent être masquées par des vagues générées par la brise locale.
- 72 heures avant l´atterrissage
Peu de choses ont changé, mais la houle a augmenté jusqu´à 2 mètres de hauteur et la vagues déferlent maintenant toutes les 9 secondes. Ceci signifie que le système, toujours très loin, se rapproche.
- 48 heures avant l´atterrissage
Les conditions se sont améliorées. Le ciel est maintenant dépourvu de nuages, le baromètre est stable, et le vent est presque calme. La houle atteint maintenant près de 3 mètres et a une période de 8 secondes. Un avertissement est émis, et les évacuations commencent dans les zones où elles prennent du temps.
- 36 heures avant l´atterrissage
Les premiers signes de tempête apparaissent. Le baromètre baisse doucement, le vent atteint 5 m/s (10 kts), et la houle est d´environ 4 mètres avec une période de 7 secondes. Une masse de cirrus blancs apparaît à l´horizon. Le voile de cirrus couvre l´horizon au fur et à mesure de l´approche de la tempête.
- 30 heures avant l´atterrissage
Le ciel est maintenant couvert d´un voile d´altitude. Le baromètre descend d´1 mb par heure, et les vents soufflent jusqu´à 10 m/s (20 kts). La houle, d´une période de seulement 5 secondes, commence à être brouillée par les vagues formées par le vent, et de petits moutons commencent à apparaître à la surface de la mer. Un bulletin d´alerte est diffusé, les terres inondables et la population vivant dans les mobile-homes doivent être évacuées.
- 24 heures avant l´atterrissage
En plus de la couverture nuageuse, de petits nuages bas défilent. Le baromètre descend de 0.2 mb par heure, et les vents soufflent à 15 m/s (30 kts). Les vagues moutonnent et des traînées d´écume commencent à apparaître à la surface de la mer. Les évacuations et les derniers préparatifs doivent être terminés.
- 18 heures avant l´atterrissage
Les nuages bas sont plus épais et drainent des averses de pluie, accompagnées de rafales de pluie. Le baromètre descend régulièrement d´un demi mb par heure, et les vents soufflent à 20 m/s (40 kts). Il devient difficile de tenir debout dans le vent.
- 12 heures avant l´atterrissage
Le grains sont plus fréquents et les vents ne faiblissent pas après leur passage. Le plafond nuageux est de plus en plus bas, et le baromètre descend d´1 mb par heure. Le vent atteint la force ouragan à 32 m/s (64 kts), les petits objets sont emportés et les branches sont arrachées des arbres. La mer monte à chaque vague qui s´écrase sur la berge et sa surface est couverte de traînées blanches et de bancs d´écume.
- 6 heures avant l´atterrissage
La pluie est continue et les vents soufflant à 40 m/s (80 kts) la rendent horizontale. Le baromètre chute de 1.5 mb par heure, et l´onde de tempête a dépassé la marque de marée haute. Il est impossible de tenir debout dehors sans se tenir, et les objets lourds comme les noix de coco et les panneaux de contreplaqué deviennent de vrais missiles. Les sommets des vagues sont étêtés et la surface de la mer est couverte d´embruns blanchâtres.
- 1 heure avant l´atterrissage
Cela semblait impossible, mais la pluie redouble d´intensité, un déluge torrentiel. Les basses terres sont inondées par les eaux de pluie. Les vents rugissent à 45 m/s (90kt) et le baromètre est en chute libre à 2 mb par heure. La mer est blanche d´écume. L´onde de tempête a recouvert les routes côtières, et des vagues de 5 mètres déferlent sur les immeubles du littoral.
- L´œil
Alors que le système atteint son pique d´intensité, les vents ralentissent et le ciel commence à s´éclaircir. La pluie stoppe brutalement, les nuages se disloquent et l´on voit du ciel bleu. Quoiqu´il en soit, le baromètre continue à chuter à 3 mb/h et l´onde de tempête atteint l´intérieur des terres. Des vagues déferlent sauvagement partout là où l´onde de tempête est parvenue.
Bientôt les vents tombent mais l´air demeure désagréablement chaud et humide. En regardant en l´air, vous pouvez voir tout autour d´immenses murs de nuages blanc brillant dans le soleil.
A ce moment là, le baromètre cesse de chuter et peu après, commence à remonter, bientôt aussi rapidement qu´il est descendu. Les vents recommence à souffler doucement et les nuages de l´autre côté du mur dominent.
- 1 heure après l´atterrissage
Le ciel s´obscurcit, les vents et la pluie redeviennent aussi violents qu´ils l´étaient avant l´œil. L´onde de tempête commence à se retirer lentement, mais de grosses vagues continuent à déferler sur le rivage. Le baromètre remonte de 2 mb/h. Les vents soufflent à 45 m/s (90 kts) et les objets lourds mis en pièces par le passage du mur "avant", sont projetés sur les façades des immeubles "protégées" jusque-là (placées sous le vent du système).
- 6 heures après l´atterrissage
Les pluies continuent, mais les vents se sont affaiblis jusqu´à un "simple" 40 m/s (80 kts). L´onde de tempête redescend en emportant des débris à la mer ou en déposant des objets venant de la mer loin à l´intérieur des terres. Il est toujours impossible d´aller dehors.
- 12 heures après l´atterrissage
La pluie continue sous forme d´averses, et les vents commencent à s´affaiblir après le passage des averses. Le plafond nuageux s´élève, et le baromètre monte d´1 mb/h. Le vent souffle toujours à une force proche de celle de l´ouragan (30 m/s ou 60 kts), et l´océan est couvert de traînées blanches et de bancs d´écume. Le niveau de la mer revient au niveau de celle d´une marée haute.
- 24 heures après l´atterrissage
Les nuages bas se disloquent et l´on peut de nouveau voir la couverture nuageuse d´altitude. Le baromètre monte de 0.2 mb/h, les vents tombent à 15 m/s (30 kts). L´onde de tempête s´est complètement retirée, mais la surface de la mer est toujours couverte de petits moutons et de grosses vagues.
- 36 heures après l´atterrissage
La couverture nuageuse s´est disloquée et la masse de cirrus blancs disparaît à l´horizon. Le ciel est clair et le soleil brille. Le baromètre monte légèrement, le vent souffle à 5 m/s (10 kts). Tout autour, les arbres sont tordus et les bâtiments lourdement endommagés. L´air sent la végétation pourrie et la fange drainée du fond de la mer par l´ouragan. L´alerte est levée.
Sujet H3) Comment l´océan réagit-il à la présence d´un cyclone? Quel est l´effet rétroactif sur le système lui-même ?
Traduction de la contribution de Joe Cione.
La réponse directe de l´océan au passage d´un ouragan est la baisse des températures de surface de la mer (TSM - Sea Surface Temperatures (SST)). Comment cela se passe-t-il ? Quand les vents forts du cyclone soufflent au-dessus de l´océan, ils brassent la mer et font remonter de l´eau plus froide des profondeurs. Le résultat évident est que les TSM après le passage d´un système sont plus froides de plusieurs degrés Celsius.
La figure 1 montre la plage de TSM entre 25°C et 27°C plusieurs jours après le passage de l´ouragan Georges en 1998.
Comme la figure le montre, le sillage froid laissé par le passage de Georges le long et à la droite de sa trajectoire est de 3-5°C plus froid que les TSM inchangées à l´ouest et au sud de cette trajectoire (i.e. les secteurs rouge/orange à ~30°C).
L´ordre de grandeur et la distribution de ce refroidissement montrées sur cette figure sont assez classiques pour une analyse de TSM après passage d´un système.
Il faut tout de même savoir quelque chose d´essentiel, c´est qu´une grande partie de ce refroidissement (3-5°) ne survient que bien après le passage du système (dans ce cas précis, plusieurs jours après que Georges ait atterri).
La quantification du refroidissement qui survient directement sous l´action du système, dans le secteur des vents violents, est une question cruciale à laquelle les scientifiques aimeraient bien apporter une réponse.
Pourquoi ?
Les ouragans tirent leur énergie des eaux chaudes de l´océan. Mais pour avoir une estimation plus précise de la quantité d´énergie transférée de la mer au système, les scientifiques ont besoin de savoir les conditions de température de l´océan qui règnent sous le système.
Malheureusement, 150 km/h - ou plus - de vent, 20 m -ou plus - d´océan et une épaisse couche nuageuse sont généralement les caractéristiques qui règnent dans ce secteur du système, ce qui rend très rares les mesures directes (ou indirectes) des TSM dans l´environnement du cœur du système.
Heureusement, dans ce cas "très rares" ne signifie pas "une fois dans la vie". Récemment, les chercheurs de l´"Hurricane Research Division" (HRD - Division de Recherche sur les Ouragans) se sont fait une idée plus précise de ce refroidissement qui a lieu directement sous le système en analysant plusieurs systèmes sur une période de 28 ans.
En combinant ces rares données, les chercheurs de l´HRD ont calculé une "moyenne composite" du refroidissement de l´océan directement en liaison avec le système.
La figure 2 illustre cette moyenne. Les caractéristiques de ce refroidissement sont moindres que les 3-5°C estimés montrés sur la figure 1. Dans la plupart des cas, la température de l´océan sous un système sera entre 0.2 et 1.2°C plus froide que la température de l´océan environnant. Estimer de combien exactement dépend de plusieurs paramètres, comme la structure de l´océan sous le système (i.e. position), la vitesse de déplacement du système, le moment de l´année, et dans une moindre mesure, l´intensité du système (Cione et Uhlhorn 2003).
Les estimations de la figure 2 représentent une amélioration spectaculaire dès lors qu´il s´agit d´évaluer de manière plus précise les caractéristiques du refroidissement des TSM en liaison avec un système, mais lorsqu´il s´agit d´évaluer précisément combien d´énergie est transmise de l´océan directement à l´ouragan, même de toutes petites erreurs commises au sein des TSM peuvent résulter en des erreurs de calcul significatives.
A toute chose égale par ailleurs, un simple écart de 0.5°C peut être la différence entre une tempête qui s´intensifie rapidement d´une qui se désagrège!
Avec un tel enjeu, les scientifiques du HRD (Hurricane Research Division) et d´autres institutions gouvernementales ou académiques s´efforcent d´améliorer notre capacité à estimer, observer et prévoir précisément les conditions océaniques en liaison avec le système.
Ces travaux comprennent des études statistiques, des efforts en modélisation et un potentiel accru d´observations, conçus pour aider les chercheurs à mieux évaluer les conditions thermiques de l´océan de surface en liaison avec le système.
Avec de tels progrès, on peut penser que les prévisions futures de changements d´intensité seront significativement améliorées.
Référence :
Cione, J. J., and E. W. Uhlhorn, 2003: Sea Surface Temperature Variability in Hurricanes: Implications with Respect to Intensity Change. Monthly Weather Review, 131, 1783-1796.
Sujet H4) Qui sont les "Chasseurs de Cyclones" et que cherchent-ils ?
Traduction de la contribution de Neal Dorst.
Sur le bassin Atlantique, les reconnaissances aériennes dans les cyclones sont organisées par deux agences gouvernementales :
La U.S. Navy a arrêté ses vols en 1974.
La 53ème escadrille de reconnaissance météorologique est basée à Keesler AFB dans le Mississipi et possède une flotte de 10
WC-130 avions. Ces avions cargo ont été modifiés pour accueillir tous les instruments de mesure météorologique (vent, pression, température et humidité) ainsi que l´appareillage nécessaire au lâcher de sondes.
L´AOC est actuellement basée à MacDill AFB à Tampa (Floride) et parmi sa flotte, on trouve 2
P-3 Orions qui étaient à l´origine destinés à la lutte anti-sous-marins et qui ont été modifiés pour accueillir trois radars ainsi que le matériel nécessaire au lâcher de sondes et aux mesures météorologiques.
L´AOC possède aussi un
Gulfstream IV jet capable de voler très haut (plus de 45 000 pieds) et qui possède un équipement semblable aux P-3.
Les avions de l´USAF (US Air Force) sont les chevaux de labour de la chasse aux cyclones. Ils sont souvent déployés aux avant-postes, tel qu´Antigua, et se chargent de la reconnaissance aérienne de la plupart des ondes et dépressions en voie de développement. Leur mission dans de telles situations est de rechercher les signes d´une circulation fermée, de renforcement ou d´organisation d´une tempête. Ces informations sont retransmises par satellite aux spécialistes cyclones du National Hurricane Center pour évaluation.
Les avions de la NOAA sont mieux équipés et sont généralement réservés pour les ouragans qui menacent de toucher une côte, et plus particulièrement celle des USA. Ils sont aussi utilisés pour les chercheurs sur les tempêtes.
Les avions transportent de six à quinze personnes, comprenant l´équipage et les météorologistes. Les équipages sont constitués d´un pilote, d´un copilote, d´un mécanicien naviguant, d´un navigateur, et de plusieurs électroniciens.
L´équipe météorologique peut être constituée d´un météorologiste embarqué, du chef de programme scientifique, d´un spécialiste de la physique des nuages, d´un spécialiste radar, et d´un radio-sondeur.
Le but essentiel de la reconnaissance aérienne est de repérer le centre de la perturbation pour le communiquer au National Hurricane Center (NHC), et de mesurer la force des vents maximaux. Mais les équipages évaluent aussi la dimension de la tempête, sa structure et son stade de développement. Ces informations sont aussi retransmises au NHC par liaisons radio et satellite. La plupart de ces données, cruciales dans la détermination de la menace que fait peser l´ouragan, ne peuvent pas être obtenues par satellite.
Sujet H5) A quoi ressemble un vol dans un cyclone ?
Traduction de la contribution de Chris landsea
Mon souvenir le plus incroyable s´est passé dans le milieu d´un fort ouragan. On peut ne pas le croire, mais la plupart des vols dans les cyclones sont assez ennuyeux. Ils durent 10 heures, il y a des nuages au-dessus et au-dessous de vous donc tout que vous voyez est gris, et vous ne ressentez pas les vents tourbillonnants de l´ouragan.
Le plus intéressant est de voler à travers les bandes nourricières de l´ouragan et le mur de l´œil, qui peuvent se révéler assez turbulents. Le mur de l´œil se représente comme un donut* d´orages qui entoure le calme de l´œil. Les vents dans le mur de l´œil peuvent atteindre 200 mph [325 km/h] au niveau du vol, mais vous ne pouvez pas les sentir à bord de l´avion. Mais ce qui est excitant et quelquefois un peu effrayant dans le fait de voler à travers le mur de l´œil, se sont les mouvements verticaux qui créent de fortes turbulences. Les passagers ressentent ces courants de vents (qui quelquefois nous obligent à pendre le pochon d´urgence). Ces courants verticaux peuvent atteindre la vitesse de 50 mph [80 km/h] aussi bien vers le haut que vers le bas, mais ils sont, en général, beaucoup plus faibles que ceux que l´on rencontre dans les supers cellules d´orages continentaux.
* donut : Beignet circulaire
Mais une fois que l´avion est dans le calme de l´œil d´un ouragan comme Andrew ou Gilbert, c´est un endroit d´une grande beauté : la lumière du soleil ruisselle dans les hublots, et un disque parfait de ciel bleu au-dessus de l´avion est entouré par la noirceur du mur de l´œil...
... et directement sous l´avion fonçant à travers les nuages bas, on peut voir l´océan se déchaîner avec des vagues de plus de 20 mètres se fracassant les unes contre les autres. La partie centrale du cyclone ne ressemble à rien de ce que l´on peut rencontrer sur terre. Je préfère affronter un cyclone dans un avion que de subir sa colère sur terre.
Les Chasseurs de Cyclones montre un "cyber vol" à travers un ouragan. Pour l'essayer cliquez ici.
Sujet H6) Y-a-t-il des cyclones sur d´autres planètes ?
Traduction de la contribution de Robert A. Black
On ne connaît pas d´autres planètes ayant des océans d´eau chaude à partir desquels peuvent se former les nuages propres aux cyclones. Quoiqu´il en soit, plusieurs astronomes et des météorologistes spécialisés dans les planètes pensent que Jupiter présente de telles tempêtes, dans lesquelles l´ammoniaque joue le rôle de l´eau. Le principal témoin serait la "Grande Tache Rouge" et les nombreuses spirales qui l´entourent.
Grand Spot Rouge de Jupiter (NASA/JPL)
