Les systèmes convectifs de mésoéchelle

Les systèmes convectifs de mésoéchelle

Les systèmes convectifs de mésoéchelle sont les éléments les plus grands de la famille des nuages convectifs. Ces systèmes produisent une proposition significative des précipitations au sol et sont ainsi importants du point de vue climatologique. La dynamique des systèmes convectifs de mésoéchelle est plus complexe que celle des orages isolés ou des groupes d’orages. Quand les orages individuels et les nuages convectifs se regroupent dans ces systèmes nuageux, leur structure se modifie. Cependant, il est difficile, avec les données présentement disponibles, d’obtenir une description statistique de la fréquence des systèmes convectifs de mésoéchelle, en terme de taille de leur surface de précipitation. Des investigations sont tentées avec les températures du sommet des nuages déduits de l’imagerie satellitaire. Mais, ces dernières donnent une indication très approximatives de la taille de la zone de précipitation.

Les systèmes convectifs de mésoéchelle les plus grands peuvent être reconnus assez facilement sur les images infrarouges des satellites, en raison de leur sommet froid. Cette technique de reconnaissance peut être appliquée objectivement en utilisant le seuillage de la température du sommet du nuage pour définir les limites des nuages composant les systèmes.

Le suivi temporel des nuages montre que la durée de vie des systèmes étendus est compris entre 10 heures, et 2 à 3 jours. Le seuillage en température est utilisé pour tenter de délimiter les parties précipitants des systèmes convectifs de mésoéchelle.

Structures des précipitations dans les systèmes convectifs de mésoéchelle

En utilisant les données satellitaires, nous voyons que les nuages des systèmes convectifs de mésoéchelle produisent des précipitations sur des zones étendues qui ont des tailles comprises entre 2500 et 25000 2 km . Cependant, il est difficile de déduire des informations additionnelles sur la structure interne des systèmes convectifs de mésoéchelle, à partir des données satellitaires. Les sommets des nuages tendent à être uniformes. Ils délimitent l’étendue du système sans permettre l’observation de la structure interne. Le paramètre observable le plus « parlant », qui indique la structure tridimensionnelle du système nuageux en dessous de son sommet est la précipitation. Celle ci peut être observée par le radar. Le radar permet une large couverture spatiale et une bonne résolution temporelle. La distribution de la réflectivité radar associée à la précipitation est un traceur pertinent de l’organisation de l’orage. Les données sur le vent, la température, l’humidité et la pression à l’intérieur des systèmes convectifs de mésoéchelle sont rares et clairsemées. Elles ne sont pas connues avec une résolution et sur une couverture aussi bonne que les données radar. Ainsi une vue globale de la structure des systèmes convectifs de mésoéchelle est obtenue de façon plus précise à partir des données radar.

Les systèmes nuageux tropicaux

Les régions tropicales se caractérisent par des champs de nuages convectifs de toutes les échelles de tailles. Ces champs permettent l’étude de diverses caractéristiques des systèmes convectifs de mésoéchelle. La formation des nuages tropicaux se fait dans des environnements qui sont relativement uniformes horizontalement. Les masses d’air sont continuellement chauffées à partir du bas et la convection mélange l’air verticalement. L’environnement est généralement conditionnellement neutre ou légèrement instable. L’uniformité horizontale dans de larges régions est maintenue en partie parceque les tropiques sont peu affectés par les ondes baroclines et les fronts tels que ceux qui dominent aux latitudes moyennes. Dans les régions de latitudes moyennes, les systèmes convectifs de mésoéchelle peuvent être liés aux nuages et aux précipitations produites par les processus barocliniques et frontaux, rendant ainsi les processus purement convectifs très difficile à isoler et à interpréter. Donc les régions tropicales présentent une meilleure opportunité pour comprendre l’ensemble des amas convectifs et des précipitations. La distribution de la pluie dans les systèmes convectifs de mésoéchelle tropicaux a été traité statistiquement comme une part du spectre total des phénomènes convectifs dans les tropiques. Comme dans le cas des nuages observés sur les images satellitaires, les tailles des aires de pluie observées au radar suivent une distribution pseudo-log-normal. Une structure interne de plus petite échelle des systèmes convectifs de mésoéchelle peut être observée en détail dans les échos radar de pluie. La localisation de fort mouvement de convergence de l’air à l’intérieur des aires de pluie est observable dans les distributions horizontales de réflectivités radar par des aires de réflectivités intenses. Si on procède au décompte de cellules d’échos convectifs à l’intérieur des aires de pluie sur un grand nombre de systèmes convectifs de mésoéchelle, on trouve en moyenne environ 10 cellules d’échos convectifs dans des aires excédant 10000 km² . Ces cellules ont en moyenne un aire de 100 km² .

La configuration spatiale des cellules convectives en relation avec la portion stratiforme environnant l’aire de pluie dans les systèmes convectifs de mésoéchelle, varie d’un cas à un autre et constitue un indicateur de l’organisation de l’orage. à l’intérieur des surfaces de pluie stratiforme, associée à un système convectif de mésoéchelle. Les centres des averses convectives sont indiqués en clair à l’intérieur de la région de pluie stratiforme. Durant la période d’observation présentée, l’organisation des cellules varie. La distribution des cellules est quelque peu aléatoire mais elle montre que les cellules les plus intenses sont localisées de préférence le long d’une ligne de convection à l’avant de la zone de pluie. La configuration des cellules peut être plus aléatoire que dans cet exemple, chaotiquement emmêlée à travers la région d’écho stratiforme.

La structure de mésoéchelle telle que vue par le radar présente :

– une forme en arc convexe vers le bord avant ;
– une orientation généralement nord-est, sud-ouest. Ceci est variable : certaines lignes sont presque nord-sud alors que d’autres dirigées d’est en ouest comme dans le cas des lignes de grains soudano-sahelienne ;
– un mouvement rapide avec la composante principale dans la direction perpendiculaire à l’orientation de la ligne ;
– l’apparence d’une série de cellules de réflectivités intenses solidement reliées par un écho d’intensité plus modérée ;
– un fort gradient de réflectivité sur le bord avant (c’est à dire le gradient est plus fort sur le bord avant que sur le bord arrière de la partie convective) ;
– des cellules allongées orientées 45°-90° par rapport à la ligne ;
– la partie stratiforme a une dimension large supérieure à 10⁴ km² en surface horizontale ;
– une concavité du bord arrière que l’on croit due au flux d’air sec entrant de mésoéchelle qui érode une portion de l’écho stratiforme ;
– un maximum secondaire de réflectivité qui est séparé de la ligne convective par un canal étroit de plus faible réflectivité.

Les lignes de grains en Afrique de l’Ouest 

D’importantes recherches ont été menées dans le but d’appréhender le mécanisme des précipitations en zone tropicale d’une manière générale, et celui qui régit les perturbations pluvio-orageuses en zone sahélienne en particulier. A cet effet, de grandes expériences internationales ont été élaborées [VIMHEX 1972 ; OPAG 1973 ; GATE 1974 ; TAMEX 1987]. Ces expériences internationales ont permis d’approfondir les connaissances sur les systèmes précipitants tropicaux. L’étude des précipitations au Sahel durant l’été boréal a montré qu’elles proviennent essentiellement des orages locaux résultants du flux de mousson et de l’évolution diurne de la température, puis pour la plus large part des perturbations pluvioorageuses mobiles de types lignes de grains. Ces dernières ont fait l’objet de longues observations synoptiques basées sur des paramètres quotidiennement suivis. Ainsi, les premières expériences internationales qui leur ont été consacrées en Afrique [ONA 1972 ; Pré-GATE ASECNA 1973 ; GATE 1974 ; COPT 1981], avaient pour but de déterminer leur structure et leur interaction avec l’atmosphère environnante.

Table des matières

1- Introduction
2- Distribution des pluies dans la région sahélienne
2-1 Les systèmes convectifs de mésoéchelle
2-1-1 Structure des précipitations dans les systèmes convectifs de mésoéchelle
2-1-2 Les systèmes nuageux tropicaux
2-2 Les lignes de grains en Afrique de l’Ouest
2-2-1 Le phénomène ligne de grains : concept de base
2-2-2 Caractéristiques locales et dynamiques des lignes de grains
2-2-3 Caractéristiques à grande échelle
2-3 Nuages et précipitations tropicaux
2-3-1 Processus physiques de formation
2-3-2 Répartition granulométrique des particules nuageuses
2-3-3 Intensité des précipitations
2-3-4 Répartition granulométrique des précipitations
3- Domaine d’expérimentation et moyens de mesure utilisés
3-1 Domaine d’expérimentation
3-1-1 Description du site de Dakar
3-1-2 Données utilisées
3-2 Radar météorologique
3-2-1 Principe de la mesure radar
3-2-2 Equation radar
3-3 Le système de numérisation SASSANDRA
3-4 Facteur de réflectivité radar
3-5 Relation entre le facteur de réflectivité radar et la microstructure du milieu diffusant
3-6 Mesures hydrologiques
3-6-1 Mesures par rétrodiffusion
3-6-2 Qualité des mesures du radar
3-6-3 Variabilité de la relation Z-R
3-6-4 Mesure des précipitations à l’aide des seules données radar
3-7 Etalonnage par la Méthode d’Ajustement Probabiliste
3-7-1 Principe de la méthode
3-7-2 Application de la méthode
4- Résultats
4-1 Distribution des cumuls de précipitation
4-1-1 Calcul des distributions annuelles de cumul de précipitations
4-1-2 Variabilité inter annuelle de l’organisation des distributions de cumul de précipitations
4-1-3 Variabilité spatio-temporelle de la hauteur moyenne de pluie
4-2 Distribution de l’intensité maximale des précipitations
4-2-1 Calcul des distributions annuelles de l’intensité maximale des précipitations
4-2-2 Variabilité interanuelle de l’organisation des distributions de l’intensité maximale des précipitations
4-3 Distribution des caractères convectif et stratiforme
4-3-1 Distribution annuelle des pluies convectives (R> 10 mm/h)
4-3-2 Distribution annuelle des pluies stratiformes (R< 1 mm/h)
5- Conclusion générale
Références bibliographiques

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