Interactions entre poussières désertiques et convection profonde en Afrique de l'Ouest : observation et modélisation à échelle convective

Interactions betwwen desert dust and deep convection in west Africa : observation and convective scale modelisation

• Auteur / Autrice : Cécile Kocha
• Direction : Jean-Philippe Lafore, Pierre Tulet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Météorologie
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Moussons

Sols désertiques

Afrique occidentale

Tempêtes de poussières

Convection (météorologie)

Mots clés libres

Poussières désertiques

Convection profonde

Mousson

Afrique de l'Ouest

Bilan radiatif

Thermodynamique

Dynamique

Modélisation à échelle convective

Résumé

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.

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.