Prévision des cyclones tropicaux - Tropical cyclone forecasting

Fait partie d'une série sur
Cyclones tropicaux
Structure Ciel couvert dense au centre Développement Œil
Effets Par région Avertissements et veilles Onde de tempête Préparation Réponse
Climatologie et suivi Bassins FFRS Balance Observation Prévision Prévision des précipitations Climatologie pluviométrique Orages par bassin
Dénomination des cyclones tropicaux Histoire Liste des noms historiques Les listes des noms retraités: Atlantique , l' ouragan du Pacifique , les typhons du Pacifique , des Philippines , l' Australie , du Pacifique Sud
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La prévision des cyclones tropicaux est la science qui permet de prévoir où le centre d'un cyclone tropical et ses effets devraient se trouver à un moment donné dans le futur. La prévision des cyclones tropicaux comporte plusieurs éléments : prévision de trajectoire, prévision d'intensité, prévision de précipitations, onde de tempête, tornade et prévision saisonnière. Alors que les compétences en matière de prévision de trajectoire augmentent, les compétences en prévision d'intensité restent inchangées au cours des dernières années. La prévision saisonnière a commencé dans les années 1980 dans le bassin atlantique et s'est étendue à d'autres bassins au cours des années qui ont suivi.

Histoire

Court terme

Les méthodes de prévision des cyclones tropicaux ont changé avec le temps. Les premières prévisions connues dans l'hémisphère occidental ont été faites par le lieutenant-colonel William Reed du Corps of Royal Engineers à la Barbade en 1847. Reed a principalement utilisé des mesures de pression barométrique comme base de ses prévisions. Benito Vines a introduit un système de prévision et d'alerte basé sur les changements de couverture nuageuse à La Havane au cours des années 1870. Avant le début des années 1900, cependant, la plupart des prévisions étaient effectuées par des observations directes aux stations météorologiques, qui étaient ensuite relayées aux centres de prévision par télégraphe . Il a fallu attendre l'avènement de la radio au début du XXe siècle pour que les observations des navires en mer soient disponibles pour les prévisionnistes. Les années 1930 ont vu l'utilisation de radiosondes dans la prévision des cyclones tropicaux. La décennie suivante a vu l'avènement de la reconnaissance par avion par l'armée, en commençant par le premier vol dédié dans un ouragan en 1943, et la création des Hurricane Hunters en 1944. Dans les années 1950, les radars météorologiques côtiers ont commencé à être utilisés dans le États-Unis, et les vols de reconnaissance de recherche du précurseur de la Hurricane Research Division ont commencé en 1954.

Le lancement du premier satellite météorologique, TIROS-I, en 1960, a introduit de nouvelles techniques de prévision qui restent importantes pour la prévision des cyclones tropicaux à l'heure actuelle. Dans les années 1970, des bouées ont été introduites pour améliorer la résolution des mesures de surface, qui jusque-là n'étaient pas disponibles sur toutes les surfaces d'outre-mer.

Long terme

À la fin des années 1970, William Gray a remarqué une tendance à une faible activité des ouragans dans le bassin de l'Atlantique Nord pendant les années El Niño . Il a été le premier chercheur à établir un lien entre de tels événements et des résultats positifs l'ont amené à poursuivre ses recherches. Il a trouvé de nombreux facteurs à travers l'influence globe l' activité des cyclones tropicaux, comme la connexion des périodes humides d' Afrique sur le Sahel à une augmentation des principaux ouragans atterrages le long des États-Unis Côte Est . Cependant, ses résultats ont également montré des incohérences lorsqu'il ne considère qu'un seul facteur comme une influence principale.

En utilisant ses découvertes, Gray a développé une prévision statistique objective pour l'activité saisonnière des ouragans ; il n'a prédit que le nombre de tempêtes tropicales, d'ouragans et d'ouragans majeurs, évitant les détails sur les pistes et les atterrissages potentiels en raison des incohérences susmentionnées. Gray a publié sa première prévision saisonnière avant la saison 1984, qui utilisait les relations statistiques entre l'activité des cyclones tropicaux, l' oscillation australe El Niño (ENSO), l' oscillation quasi biennale (QBO) et les pressions au niveau de la mer dans le bassin des Caraïbes. L'entreprise s'est avérée modestement couronnée de succès. Il a ensuite publié des prévisions avant le début de la saison des ouragans dans l'Atlantique en mai et avant le pic de la saison en août. Des étudiants et des collègues ont rejoint son équipe de prévision au cours des années suivantes, notamment Christopher Landsea , Paul W. Mielke Jr. et Kenneth J. Berry.

Pister

Erreurs de trajectoire pour le bassin atlantique, 1970-2014

Le flux synoptique à grande échelle détermine 70 à 90 pour cent du mouvement d'un cyclone tropical. Le débit moyen en couche profonde est le meilleur outil pour déterminer la direction et la vitesse de la voie. Si les tempêtes sont considérablement cisaillées, l'utilisation d'un vent de niveau inférieur est un meilleur prédicteur. La connaissance de l'effet bêta peut être utilisée pour diriger un cyclone tropical, car il conduit à une direction plus nord-ouest pour les cyclones tropicaux dans l'hémisphère nord. Il est également préférable de lisser les oscillations à court terme du centre de la tempête pour déterminer une trajectoire plus précise.

En raison des forces qui affectent les trajectoires des cyclones tropicaux, des prévisions précises de trajectoire dépendent de la détermination de la position et de la force des zones de haute et basse pression et de la prévision de la façon dont ces zones changeront au cours de la vie d'un système tropical. En combinant des modèles de prévision avec une meilleure compréhension des forces qui agissent sur les cyclones tropicaux et une multitude de données provenant de satellites en orbite autour de la Terre et d'autres capteurs, les scientifiques ont augmenté la précision des prévisions de trajectoire au cours des dernières décennies. Une prévision de trajectoire précise est importante, car si la prévision de trajectoire est incorrecte, les prévisions d'intensité, de précipitations, d'onde de tempête et de menace de tornade seront également incorrectes.

Règle 1-2-3

Les ouragans Rita et Philippe illustrés avec des prédictions de règle 1-2-3.

La règle 1-2-3 ( règle 1-2-3 du marin ou zone de danger ) est une directive couramment enseignée aux marins pour le suivi et la prévision des tempêtes violentes (en particulier des ouragans et des tempêtes tropicales ). Il fait référence aux erreurs de prévision à long terme NHC/TPC arrondies de 100-200-300 milles marins à 24-48-72 heures, respectivement. Ces chiffres étaient proches de la moyenne décennale pour la période 1982-1991. Cependant, ces erreurs ont diminué à près de 50-100-150 à mesure que les prévisionnistes du NHC deviennent plus précis. La "zone de danger" à éviter est construite en élargissant la trajectoire prévue d'un rayon égal aux centaines de milles respectifs plus les rayons de vent prévus (taille de la tempête à ces heures).

Intensité

Les prévisionnistes disent qu'ils sont moins habiles à prédire l'intensité des cyclones tropicaux que la trajectoire des cyclones. La puissance de calcul disponible limite la capacité des prévisionnistes à modéliser avec précision un grand nombre de facteurs complexes, tels que la topologie exacte et les conditions atmosphériques, mais avec une expérience et une compréhension accrues, même les modèles avec la même résolution peuvent être réglés pour refléter plus précisément le comportement du monde réel. Une autre faiblesse est le manque de mesures fréquentes de la vitesse du vent dans l'œil de la tempête. Le système mondial de navigation par satellite Cyclone , lancé par la NASA en 2016, devrait fournir beaucoup plus de données que les mesures sporadiques effectuées par les bouées météorologiques et les avions pénétrant les ouragans .

Une prévision de trajectoire précise est essentielle pour créer des prévisions d'intensité précises, en particulier dans une zone comprenant de grandes îles telles que le Pacifique nord-ouest et la mer des Caraïbes, car la proximité de la terre est un facteur inhibant le développement de cyclones tropicaux. Un fort ouragan/typhon/cyclone peut s'affaiblir si une paroi oculaire externe se forme (généralement à environ 80-160 kilomètres (50-99 mi) du centre de la tempête), étouffant la convection à l'intérieur de la paroi oculaire interne. Un tel affaiblissement est appelé cycle de remplacement du mur de l'œil et est généralement temporaire.

Intensité potentielle maximale

Le Dr Kerry Emanuel a créé un modèle mathématique vers 1988, appelé intensité potentielle maximale ou MPI, pour calculer la limite supérieure de l'intensité des cyclones tropicaux en fonction de la température de surface de la mer et des profils atmosphériques des derniers modèles mondiaux . Les cartes créées à partir de cette équation montrent les valeurs de l'intensité maximale réalisable en raison de la thermodynamique de l'atmosphère au moment de la dernière exécution du modèle (soit 0000 ou 1200 UTC ). Cependant, MPI ne prend pas en compte le cisaillement vertical du vent . Le MPI est calculé à l'aide de la formule suivante :

${\displaystyle V=A+B\cdot e^{C(T-T_{0})}}$

Où est la vitesse potentielle maximale en mètres par seconde ; est la température de surface de la mer sous le centre du cyclone tropical, est une température de référence (30 °C) et , et sont des constantes d'ajustement de courbe. Lorsque , , et , le graphique généré par cette fonction correspond au 99e centile des données empiriques sur l'intensité des cyclones tropicaux. ${\style d'affichage V}$${\style d'affichage T}$${\style d'affichage T_{0}}$${\style d'affichage A}$${\style d'affichage B}$${\style d'affichage C}$${\style d'affichage A=28,2}$${\style d'affichage B=55.8}$${\style d'affichage C=0.1813}$

Précipitations

r-CLIPER pour Isabel (2003)

La prévision des précipitations des cyclones tropicaux est importante, car entre 1970 et 2004, les inondations intérieures dues aux cyclones tropicaux ont causé la plupart des décès dus aux cyclones tropicaux aux États-Unis . Bien que les inondations soient courantes dans les cyclones tropicaux à proximité d'une masse continentale, quelques facteurs entraînent des précipitations excessives causées par les cyclones tropicaux. Le ralenti, comme cela a été observé lors des ouragans Danny et Wilma , peut entraîner des quantités élevées. La présence de topographie près de la côte, comme c'est le cas dans une grande partie du Mexique , d' Haïti , de la République dominicaine , d'une grande partie de l'Amérique centrale , de Madagascar , de la Réunion , de la Chine et du Japon , amplifie les quantités dues au flux ascendant dans les montagnes. Un fort forçage en altitude provenant d'un creux se déplaçant à travers les vents d'ouest, comme ce fut le cas pendant l' ouragan Floyd , peut entraîner des quantités excessives même à partir de systèmes se déplaçant à un mouvement vers l'avant moyen. Une combinaison de deux de ces facteurs pourrait être particulièrement paralysante, comme cela a été vu lors de l' ouragan Mitch en Amérique centrale . Par conséquent, une prévision précise de la trajectoire est essentielle afin de produire une prévision précise des précipitations des cyclones tropicaux. Cependant, en raison du réchauffement climatique, la chaleur qui s'est accumulée à la surface de l'océan a permis aux tempêtes et aux ouragans de capturer plus de vapeur d'eau et, compte tenu de l'augmentation des températures dans l'atmosphère, de retenir l'humidité plus longtemps. Cela se traduit par des quantités incroyables de précipitations sur les terres qui frappent, ce qui peut souvent être l'aspect le plus dommageable d'un ouragan.

Méthodes opérationnelles

Les pistes du modèle de prévision au sein de l'ATCF. Les prévisions officielles du NHC pour Ernesto (2006) sont en bleu clair, tandis que la trajectoire réelle de la tempête est la ligne blanche au-dessus de la Floride .

Historiquement, les cartes de suivi des cyclones tropicaux étaient utilisées pour inclure la trajectoire passée et préparer les prévisions futures dans les centres météorologiques régionaux spécialisés et les centres d'alerte aux cyclones tropicaux. Le besoin d'une méthode plus moderne de prévision des cyclones tropicaux était devenu évident pour les prévisionnistes opérationnels au milieu des années 1980. À cette époque, le ministère de la Défense des États-Unis utilisait des cartes papier, de l'acétate, des crayons gras et des programmes informatiques disparates pour prévoir les cyclones tropicaux. Le logiciel du système automatisé de prévision des cyclones tropicaux (ATCF) a été développé par le Naval Research Laboratory pour le Joint Typhoon Warning Center (JTWC) à partir de 1986 et utilisé depuis 1988. En 1990, le système a été adapté par le National Hurricane Center (NHC) pour utilisation au NHC, aux National Centers for Environmental Prediction et au Central Pacific Hurricane Center . Cela a fourni au NHC un environnement logiciel multitâche qui lui a permis d'améliorer son efficacité et de réduire le temps nécessaire pour faire une prévision de 25 % ou 1 heure. ATCF a été développé à l'origine pour une utilisation sous DOS , avant d'être plus tard adapté à Unix et Linux.

Onde de tempête

Le principal modèle de prévision des ondes de tempête dans le bassin de l' Atlantique est SLOSH , qui signifie S ea, L Ake, O Verland, S envie de H urricanes. Il utilise la taille d'une tempête, son intensité, son mouvement vers l'avant et la topographie de la plaine côtière pour estimer la profondeur d'une onde de tempête à n'importe quel point de grille individuel à travers les États-Unis . Une trajectoire de prévision précise est nécessaire afin de produire des prévisions précises des ondes de tempête. Cependant, si le point d'atterrissage est incertain, une carte d'enveloppe maximale d'eau (MEOW) peut être générée en fonction de la direction d'approche. Si la trajectoire prévue elle-même est également incertaine, une carte du maximum de maximums (MoM) peut être générée qui montrera le pire scénario possible pour un ouragan d'une force spécifique.

Tornade

L'emplacement de la plupart des tornades liées aux cyclones tropicaux est leur quadrant nord-est dans l'hémisphère nord et le quadrant sud-est dans l'hémisphère sud. Comme la plupart des autres prévisions des effets des cyclones tropicaux, une prévision précise de la trajectoire est nécessaire afin de produire une prévision précise de la menace de tornade.

Prévisions saisonnières

En examinant les variations annuelles de divers paramètres climatiques, les prévisionnistes peuvent faire des prévisions sur le nombre global et l'intensité des cyclones tropicaux qui se produiront au cours d'une saison donnée. Par exemple, lors de la construction de ses perspectives saisonnières, le Climate Prediction Center aux États-Unis prend en compte les effets de l' oscillation australe El Niño , du cycle tropical de 25 à 40 ans, du cisaillement du vent au- dessus des océans et de la température de surface des océans.

Voir également

• Boîte Hébert

Les références