cyclone tropical

1. 5.6.1 Introduction et définition
5.6.2 Structure du cyclone tropical
5.6.3 Théorie du cyclone tropical
5.6.4 Prévision cyclonique
sommaire général
5.6 Cyclone tropical

2. • Enroulement nuageux, de type convection profonde, quasi-circulaire, pouvant atteindre
1000 km de diamètre, accompagné en général d’un œil au centre, sans système frontal, se
formant essentiellement dans l’hémisphère d’été
• Dépression à cœur chaud ⇨ décroissance des vents avec l’altitude (vent thermique
anticyclonique) ⇨ les vents les + violents se situent vers 1km et non en haute tropo.
• Fluide équilibré (faible rayon de Rossby, ~ 20 km)
-équilibre cyclostrophique < 40 km
-équilibre du vent du gradient > 40 km sommaire cyclone
Images satellites
archivées (2004 et 2005)
http://www.ssd.noaa.gov/PS/
TROP/2005archive.html
5.6.2 Structure du cyclone tropical
Source :
Cyclone Edwina, le
28/01/93 à 0146 UTC;
Satellite NOAA 10

3. • Circulation en basse troposphère :
Le flux tourne en spirale tout en se rapprochant du centre :
- un flux tangentiel cyclonique : > 0
- un flux radial convergent = ‘inflow’ : < 0)
r
v
Vr < 0
Vr < 0

v
0


v
0


v
D
Hémisphère nord
sommaire cyclone
5.6.2 Structure du cyclone tropical
Circulation en basse troposphère
Source :
D’après
Stormfury,
1970

4. sommaire cyclone
• La convection profonde s’organise en longues bandes étroites de 5 à 50 km de large,
appelées ‘bandes spiralées’ (bien visibles au radar)
Bandes spiralées
Bandes spiralées
Vr < 0
Vr < 0
0


v
0


v
D
Hémisphère nord
5.6.2 Structure du cyclone tropical
Bandes spiralées
Source :
D’après
Stormfury,
1970

5. Bandes spiralées
sommaire cyclone
5.6.2 Structure du cyclone
tropical : Bandes spiralées
en haut ) du cyclone Alicia (18/08/83)
en bas) du cyclone Frederic (13/09/79)
Source : d’après Burpee et Marks, 1984
Source : d’après Burpee et Marks, 1984

6. sommaire cyclone
‘bandes spiralées’
sommaire cyclone
5.6.2 Structure du cyclone tropical
Bandes spiralées
Source :
Cyclone Edwina, le
28/01/93 à 0146 UTC;
Satellite NOAA 10

7. sommaire cyclone
• A une certaine distance du centre (10 à 40 km), l’air est subitement rejeté vers le
haut en un anneau de convection intense = formation du mur de l’œil
0


v
0


v
D
Hémisphère nord
Vr < 0
Vr < 0
Mur de l’oeil
5.6.2 Structure du cyclone tropical
Mur de l’oeil
Source :
D’après
Stormfury,
1970

8. sommaire cyclone
C’est dans le mur de l’oeil
que la violence du cyclone
est maximale :
-mur de Cb avec des
sommets vers 15-18 km et
des pluies torrentielles
-vents horizontaux et
verticaux les plus violents
: coupe radiale et verticale
: centre du cyclone
5.6.2 Structure du cyclone tropical : mur de l’oeil
Source : Cyclone Edwina,
le 28/01/93 à 0146 UTC;
Satellite NOAA 10

9. sommaire cyclone
• Phénomènes diabatiques au sein du mur : relâchement de chaleur latente (Lf) très
important ~ +62°/heure
• Mais le réchauffement réellement observé dans le mur est peu important car Lf est
compensé par les fortes ascendances
• Le flux convergent de basses couches permet de concentrer dans une petite zone le
réchauffement crée par Lf ⇨ favorise la baisse de pression dans le mur de l’oeil
5.6.2 Structure du cyclone tropical : mur de l’oeil
Source : d’après
Jorgensen, 1984

10. • Taille horizontale du mur de l’oeil ~ 10 à 40 km
• Le mur de l’œil est incliné vers l’extérieur avec l’altitude :
-la zone de vent les + forts est située en basse tropo et s’incline vers l’extérieur avec l’altitude
-la zone d’ascendances maximale (-7 à –9 m/s) s’incline vers l’extérieur avec l’altitude
-les précipitations tombent à l’extérieur du cône penché
5.6.2 Structure du cyclone tropical : mur de l’oeil
sommaire cyclone
Source : d’après
Jorgensen, 1984

11. sommaire cyclone
• Force du vent, pluie, humidité augmentent quand on se rapproche du mur de l’oeil
0


v
0


v
D
Hémisphère nord
Vr < 0
Vr < 0
Mur de l’oeil
5.6.2 Structure du cyclone tropical
Source :
D’après
Stormfury,
1970

12. Vent horizontal (m/s) dans le cyclone Alicia
sommaire cyclone
5.6.2 Structure du cyclone tropical
Source : les vents ont été enregistrés au bord d’un avion de la NOAA volant à 1500 m le 18 août 1983 à
0100GMT (données non publiées). Pour plus d’informations sur le cyclone Alicia, voir l’article de Burpee
et Marks, 1984.

13. • Circulation en haute troposphère
⒈une partie du flux est évacuée vers l’extérieur du mur tout en spiralant avec :
- un flux tangentiel anticyclonique : < 0
- un flux radial divergent = ‘outflow’ : > 0
sommaire cyclone

v
r
v
0

r
v
0

r
v
H
0


v
Hémisphère nord
Vr < 0
Vr < 0
D
5.6.2 Structure du cyclone tropical
Circulation en haute troposphère
Source :
D’après
Stormfury,
1970

14. sommaire cyclone
5.6.2 Structure du cyclone tropical : un fluide balancé
5.6.2 Structure du cyclone tropical :
flux divergent en haute tropo. (outflow)
sommaire cyclone
Source : image issue du satellite
à défilement NOAA 10

15. • Circulation en haute troposphère
⒈une partie du flux est évacuée vers l’extérieur du mur tout en spiralant avec :
- un flux tangentiel anticyclonique : < 0
- un flux radial divergent = ‘outflow’ : > 0
⒉l’autre partie du flux subside à l’intérieur du mur et forme ainsi l’œil du cyclone
sommaire cyclone

v
r
v
0

r
v
0

r
v
H
0


v
Hémisphère nord
Vr < 0
Vr < 0
D
5.6.2 Structure du cyclone tropical
Circulation en haute troposphère
Source :
D’après
Stormfury,
1970

16. sommaire cyclone
Œil du cyclone
sommaire cyclone
5.6.2 Structure du cyclone tropical : œil du cyclone
Source : image issue du
satellite à défilement
NOAA10 du 28/01/93
à 0146TU. Cyclone
Edwina sur l’Océan
Indien

17. sommaire cyclone
5.6.2 Structure du cyclone tropical : œil du cyclone
• Diamètre de l’oeil ~ 30 à 60 km (mini. 8 km , max. 200 km)
• Forte subsidence (~ + 3 m/s) dans l’œil, surtout en se rapprochant de la face interne du
mur de l’œil et entre le sommet de la couche limite et la haute troposphère
- Hausse adiabatique de la température par compression : + chaud que l’environnement
(10°C à 12km, 0 à 2°C en surface)
Source : d’après
Jorgensen, 1984

18. • Temps associé :
-en surface, pression minimale du cyclone
-pas de pluie et vents faibles
-nébulosité variable : ciel clair avec cirrus, mais parfois ciel couvert par nuages bas
(Sc/St) lorsque les basses couches sont + humides avec une inversion thermique au-dessus
• Forme de l’œil : circulaire ou elliptique
: pas de relation ou très faible corrélation établie entre la taille de l’œil et
l’intensité du cyclone
• Vitesse de déplacement ~ 20 à 30 km/h vers l’O-NO dans l’hémisphère nord,
l’O-SO dans l’hémisphère sud (sauf Pacifique)
sommaire cyclone
D
5.6.2 Structure du cyclone tropical : œil du cyclone
Source : d’après
Jorgensen, 1984

19. sommaire cyclone
Œil circulaire
Œil elliptique
chap. 5.6.3 : théorie
5.6.2 Structure du cyclone tropical :
œil du cyclone vue au radar
Source : d’après Burpee et
Marks, 1984
Source : d’après Burpee et
Marks, 1984

20. Vent radial Vent tangentiel
Circulation cyclonique
en forme de cloche
circulation
anticyclonique
Convergence en basse tropo
Divergence en haute tropo
Retour description cyclone
5.6.2 Structure du cyclone tropical
Source : d’après
Gray, 1979

21. • Dans un fluide en rotation, le vent peut se décomposer en parties tangentielle et radiale :
Dans un cyclone, les équations sont écrites dans un repère relatif au centre du cyclone
(hypothèse du flux axisymétrique) dans un système de coordonnées cylindriques (r, λ ,z)
r
λ
z

e

r
e

0
1
0
2








r
p
fv
r
v
t
vr



• Équation du mouvement radial (au-dessus couche limite)
Accélération
radiale nulle
Force de Coriolis Force de Pression
Force centrifuge
r
re
v
e
v
v




 

: composante tangentielle du vent
: composante radiale du vent
r
v

v
Extérieur au mur (R>40 km) =
équilibre du vent du gradient
0
1
0
2





r
p
fv
r
v



A l’intérieur du mur (R<40 km)
= équilibre cyclostrophique
r
p
r
v



0
2
1


Retour description cyclone
5.6.2 Structure du cyclone tropical : un fluide balancé

22. r
λ
z

e

r
e

Extérieur au mur (R>40 km)
= équilibre du vent du gradient
r
p
fv
r
v




0
2
1



Force
Centrifuge
ie
F

ie
F

Force de
Coriolis
ch
F

ch
F

Force de
Pression
p
F

p
F

Hémisphère
Nord

V

5.6.2 Structure du cyclone tropical : un fluide balancé

23. r
λ
z

e

r
e

A l’intérieur de l’œil (R<40 km)
= équilibre cyclostrophique
r
p
r
v



0
2
1


Force de
Pression
p
F

p
F

Hémisphère
Nord

V

Force
Centrifuge
ie
F

ie
F

5.6.2 Structure du cyclone tropical : un fluide balancé

24. Coupe verticale-horizontale des
anomalies de température dans
le cyclone Inez du 28/09/66.
Source : d’après Hawkins et
Imbembo, 1976.
+3° en surface
+15° à 250 hPa
5.6.2 Structure thermique
du cyclone : cœur chaud
retour : mur retour : oeil

25. Bibliographie chap 5.6.2
- Burpee, R. W., and F. D. Marks, Jr., 1984 : Analyses of digital radar data obtained from coastal
radars during Hurricanes David (1979), Frederic (1979), and Alicia (1983). Preprints, 10th
Conference on Weather Forecasting and Analysis, Clearwater beach, Fla., American
Meteorological Society, Boston, 7-14
-Gray, W. M., 1979 : ‘Hurricanes, their formation, structure , and likely role in the tropical
circulation’. Pp. 155-218 in : Shaw, O. B., ed., Meteorology over the tropical oceans, Conference,
August 1978, Royal Meteorological Society, Bracknell, 278 pp.
- Hawkins, H. F. and S.M. Imbembo, 1976 : ‘The structure of a small intense hurricane-Inez 1966’..
Mon. Wea. Rev., Vol.104, pp. 418-442.
- Jorgensen David P., 1984 : ‘Mesoscale ans convective-scale characterictics of mature hurricane ,
Pt.2, Inner core structure of hurricane ‘Allen’ (1980)’. J. of Atm. Sci., vol. 41, n°8, pp. 1287-1311.
- Merrill, R. T., 1993 : ‘Tropical Cyclone Structure’ –Chapter 2, Global Guide to Tropical Cyclone
Forecasting, WMO/Tropical Cyclone- N°560, Report N° TCP-31, World Meteorological
Organization; Geneva, Switzerland
- STORMFURY, 1970 : Projet international sur les cyclones tropicaux. NOAA Technical
Memorandum ERL NHRL N° 95, 57 pages : Experiments which provide theorical guidance for
project STORMFURY are summarized.