Thèse soutenue

Couplage Océan-Vagues-Atmosphère pour l'amélioration de la prévision des cyclones tropicaux du bassin sud-ouest de l'océan Indien
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Auteur / Autrice : Laëtitia Corale
Direction : Sylvie MalardelMarie-Noëlle Bouin
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique de l'atmosphère
Date : Soutenance le 06/12/2022
Etablissement(s) : La Réunion
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Technologies et Santé (Saint-Denis, La Réunion)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'atmosphère et cyclones (Saint-Denis, Réunion)
Jury : Président / Présidente : Joël Van Baelen
Examinateurs / Examinatrices : Cindy Lebeaupin Brossier
Rapporteurs / Rapporteuses : Matthieu Plu, Sébastien Masson

Résumé

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Le bassin Sud-Ouest de l'Océan Indien est touché chaque année par une dizaine de cyclones tropicaux (CTs) au cours de l'été austral. Ces systèmes convectifs extrêmes sont caractérisés par des vents violents, des pluies diluviennes et des masses d'eau déferlantes qui menacent les populations des zones côtières. L'amélioration de l'intensité et de la structure de ces phénomènes par les modèles de prévision opérationnelle est un enjeux majeur pour les prévisionnistes responsables de la surveillance des différents bassins. Ces travaux de thèse ont pour but d'améliorer la prévision opérationnelle des CTs grâce à la mise en place d'une configuration couplée Océan-Vagues-Atmosphère (OVA). Dans une première partie, nous nous sommes concentrés sur l'amélioration de la représentation des rétroactions dynamiques et thermodynamiques au cours du cycle de vie d'un cyclone et notamment sur l'évaluation détaillée de l'impact de la remontée d'eau froide et du refroidissement des températures de surface de la mer (TSM) après le passage d'un cyclone sur la prévision d'intensité et de structure du cyclone. Pour ce faire, nous avons remplacé l'actuelle paramétrisation unidimensionnelle de la couche de mélange océanique (CMO1D) par un couplage océan-atmosphère entre le modèle de prévision numérique du temps à méso-échelle AROME-OI (Océan Indien) et le modèle océanique tridimensionnel NEMO. Nous avons également testé différentes solutions pour les conditions initiales océaniques en se plaçant toujours dans un contexte de production opérationnelle en temps réel. Un jeu de 5 configurations a ainsi été élaboré et utilisé pour une trentaine de réseaux provenant de sept CTs différents; 2 utilisant la configuration opérationnelle actuelle couplée à la CMO1D, 2 utilisant la configuration couplée avec l'océan 3D, et une en considérant la température de surface de la mer (TSM) constante. Pour chaque option de couplage océan-atmosphère, une est initialisée directement avec le produit MERCATOR-Ocean PSY4 comme dans la configuration opérationnelle actuelle et l'autre avec l'état de l'océan qui a été "cyclée" par le système couplé AROME-NEMO depuis quelques jours avant l'intensification du CT. Ainsi, nous montrons que la représentation détaillée de l'ensemble des processus contribuant au refroidissement de l'océan lors du passage des cyclones tropicaux améliore considérablement la prévision de l'intensité et de la structure des cyclones tropicaux et que le choix de l'état initial océanique joue un rôle important pour garder une cohérence dans le refroidissement de la TSM d'un réseau à l'autre. La seconde partie de cette thèse est consacrée à l'amélioration de la paramétrisation des flux de surface. Nous avons remplacé la paramétrisation des flux à l'interface air-mer ECUME par la paramétrisation WASP dans le modèle de surface SURFEX d'AROME-OI ce qui permet de tenir compte explicitement de la croissance des vagues dans le calcul de la longueur de rugosité. Nous avons ainsi mis en place une configuration couplée Océan-Vagues-Atmosphère (OVA) en ajoutant le modèle de vagues WW3 à la configuration AROME-NEMO. Un jeu de 5 nouvelles simulations a été élaboré; une configuration opérationnelle en remplaçant ECUME par WASP, deux configuration couplées vagues atmosphère, dont l'une utilise WW3 à une résolution plus fine, et deux configurations OVA, l'une utilisant la paramétrisation WASP et l'autre COARE3. Les résultats sur le cas du cyclone Batsirai suggère d'une part l'importance d'utiliser des vagues provenant du modèle de vagues à la place d'une formulation simple en fonction du vent et d'autre part, l'apport de la paramétrisation WASP pour limiter les sur-intensifications au-moins en termes de vent observées avec ECUME. Mais ces résultats restent encore très préliminaires et ces résultats devront être confirmés en testant la configuration OVA sur un plus grand nombre de cas de CTs.