A. Intérêt scientifique et état de l’artjv/trio/AO2011_oa_dossier... · Tropiques » organisé...

AO LEFE/IDAO 2010 VOASSI (J. Vialard, F. Roux)

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AO INSU 2011 Section « Océan-Atmosphère »

Dossier scientifique

Le document fait 18 pages dont 3 pages de références et 2 pages de tableaux récapitulatifs. Référence du projet : AO2011- 640598 Nom du porteur du projet : Jérôme Vialard (LOCEAN) et Franck Roux (LA) Titre du projet : Variabilité Océan-Atmosphère du Secteur Sud-ouest de l'océan Indien (VOASSI)

A. Intérêt scientifique et état de l’art 1 Pourquoi s’intéresser au sud-ouest de l’océan Indien ?

Motiva tion.Motiva tion. Le tiers de la population mondiale vit sur le pourtour de l’Océan Indien. Ces pays ont souvent une population encore très rurale, à forte activité agricole (20% du PIB mais 60% des emplois en Inde), et vulnérable à la variabilité climatique. Cette vulnérabilité, criante à l’échelle de temps des cyclones, apparaît également au pas de temps interannuel (e.g. Gadgil et Gadgil, 2006) ou intrasaisonnier (e.g. Ingram et al. 2002). En outre, la France est présente dans le sud-ouest de l’Océan Indien (La Réunion, Mayotte, les îles éparses) ou bien entretient des liens historiques avec certains pays (Madagascar, Seychelles). Enfin, Météo France est un C.M.R.S. (Centre Météorologique Régional Spécialisé) pour les cyclones tropicaux depuis 1993, et à ce titre est responsable du suivi (analyse et prévision) de tous les systèmes dépressionnaires tropicaux dans le secteur sud-ouest de l’océan Indien (30°-90°E/0-40°S). Or cette région a paradoxalement été peu étudiée, que ce soit en termes de cyclogenèse ou bien des conséquences régionales des modes climatiques de large échelle. Plusieurs équipes de recherche Françaises ont exprimé leur intérêt pour cette région lors du « Colloque Tropiques » organisé à Toulouse en Juin 2010, à l'occasion de la prospective de la Commission Spécialisée Océan Atmosphère (CSOA) de l'INSU. Ce projet est le résultat de cet intérêt. Il vise à documenter de manière plus précise la variabilité atmosphérique et océanique dans cette région à de multiples échelles temporelles (synoptique, intrasaisonnier, interannuel, décennal et changement climatique).

Une région de fort couplage a irUne région de fort couplage a ir -- mer . mer . La bande 5°S-15°S dans l’ouest de l’Océan Indien est une région très particulière. En raison de la structure des vents, la thermocline y est proche de la surface (voir Fig. 1) et la couche de mélange est peu profonde, ce qui induit une forte réactivité de la température de surface de l’océan (TSO) aux sollicitations de l’atmosphère. De plus, la TSO en été austral est élevée, impliquant une sensibilité accrue de l’atmosphère à de petites variations de température. Ces deux facteurs augmentent le couplage océan atmosphère dans cette région qui a une variabilité très marquée aux échelles synoptiques (cyclones), intrasaisonnières (OMJ) et interannuelle (réponse à El Niño, mais aussi au DOI) (Vialard et al 2009a1). Nous baptiserons par la suite cette région clef, grossièrement comprise dans 15°S-5°S, 60°E-90°E TRIO pour « Thermocline Ridge of the Indian Ocean ».

Var iabi li té synoptique et cyclogenèse. Var iabi li té synoptique et cyclogenèse. La région TRIO est la région où se forme les dépressions dont certaines deviendront ensuite plus au sud des tempêtes tropicales et/ou des cyclones. Certains de ces cyclones (voir Fig. 1) vont aller affecter La Réunion, Madagscar, Mayotte, et vont parfois aller toucher les côtes Africaines après avoir traversé le canal du Mozambique (Cyclone Eline, 2000). Cette région a paradoxalement été peu étudiée en comparaison avec l’Atlantique tropical, par exemple. Cette région est également une région de fortes interactions entre tropiques et les latitudes

1 Toutes les références co-signées par un membre de l’équipe du présent projet apparaîtront en bleu dans le texte.


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tempérées. Todd et Washington (1999) estiment que ces interactions représentent de l'ordre de 30% du total des précipitations d'Afrique Australe en octobre-décembre (60% en janvier).

Figure 1. Valeurs climatologiques pour Décembre-Mars (été boréal) de la différence de température entre la surface et 100m (gauche) et de la température de surface (droite). Les trajectoires des cyclones et tempêtes tropicales répertoriés dans la base ibTracs depuis 2000 ont été superposés. Le rectangle bleu indique la région TRIO. Le rectangle noir indique en gros la région d’intérêt du présent projet.

Var iabi li té intrasaisonnière .Var iabi li té intrasaisonnière . L’ouest de l’Océan Indien est également source de variabilité intrasaisonnière, ce qui constitue une autre motivation forte pour le remettre au-devant la scène. L’oscillation de Madden-Julian (OMJ, e.g. Zhang, 2005) est une oscillation de la convection profonde atmosphérique qui se développe dans l’Océan Indien tropical pour se propager ensuite vers l’est à environ 5 m/s. L’OMJ joue un rôle essentiel dans la modulation des moussons Indienne et Asiatique (été boréal) et Indonésienne et Australienne (été austral). La découverte récente de très fortes variations de TSO associées à l’OMJ dans la région TRIO (e.g. Duvel et al. 2004 ; Duvel et Vialard 2007 ; Vialard et al. 2008) appelle une meilleure compréhension des interactions air-mer associées à ce phénomène dans cette région. Son impact sur le développement de cyclones (Bessafi et Wheeler, 2006) ou bien sur la pluviométrie régionale (Pohl et al. 2007) appellent à une meilleure compréhension de ses impacts sur le climat régional.

Var iabi li té interannue lle. Var iabi li té interannue lle. Le phénomène climatique dominant de notre planète aux échelles interannuelles est El Niño. Si ce phénomène prend sa source dans le Pacifique tropical, ses conséquences climatiques souvent dévastatrices s’étendent à l’échelle du globe (voir, e.g., McPhaden et al. 2006). L’Océan Indien se réchauffe globalement pendant un El Niño. La dynamique océanique et les interactions air-mer locales dans la région TRIO maintiennent ce réchauffement au-delà de la fin d’El Niño, prolongeant ainsi ses impact climatiques dans le temps (e.g. Schott et al. 2009 ; Xie et al. 2009). Mais l’Océan Indien a aussi son « El Niño ». Le dipôle de l’Océan Indien (DOI) est un phénomène couplé océan-atmosphère intrinsèque à l’Océan Indien ayant des conséquences climatiques marquées à l’échelle régionale. Les anomalies créées par El Niño ou le DOI dans le sud-ouest de l’Océan Indien ont diverses conséquences climatiques assez nettes : elles influencent par exemple l’intensité de la mousson suivante sur la façade occidentale de l’Inde (Izumo et al. 2008). Il a aussi été suggéré (Xie et al. 2002) que ces modifications du contenu thermique de la région TRIO après les DOI / El Niño modifiait la distribution des cyclones dans le sud Ouest de l’Océan Indien. Il existe toutefois assez peu d’études essayant de démêler régionalement l’influence de ces différents modes de variabilité : certains signaux traditionnellement reliés à El Niño, pourraient en fait être dus au DOI, en raison de la forte coïncidence de ces deux phénomènes. Un autre objectif de ce projet est d’étudier


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l’influence de ces modes de variabilité (El Niño, DOI) sur le climat régional, mais aussi de comprendre mieux l’influence de cette région sur le climat de l’océan Indien.

Var iabi li té décenna le et changement c limat ique. Var iabi li té décenna le et changement c limat ique. L’Océan Indien est le siège d’un réchauffement de surface très net (environ 0.5°C sur les 5 dernières décennies), attribué au réchauffement climatique. De nombreuses études ont toutefois montré que la structure complexe de ce réchauffement ne pouvait pas s’expliquer simplement par les flux de surface, et que l’on devait faire intervenir la dynamique océanique pour expliquer, par exemple, la diminution du niveau de la mer dans la région TRIO alors qu’il augmente partout ailleurs (e.g. Han et al. 2010). L’analyse de ces tendances est par ailleurs rendue plus complexe par l’existence d’un signal décennal marqué, et qui semble concerner l’ensemble du bassin Indo-Pacifique (e.g. Lee and McPhaden, 2008). Un facteur complémentaire de complexité dans cette région est l’emprise conjuguée des changements de la circulation tropicale (avec des études parfois contradictoires sur le changement des circulations de Walker et Hadley, e.g. Vecchi and Soden 2007 ; Lu et al. 2007 ; Song et Zhang 2007) et des plus hautes latitudes. Ainsi une migration en direction des hautes latitudes des vents d'ouest et des jets subtropicaux en été austral semble liée à une tendance inter-décennale de l'Oscillation Antarctique (Thompson et Solomon 2002, Arblaster et Meehl 2006). Une évaluation plus précise de la contribution de ces différents facteurs aux changements dans cette région semble nécessaire.

Structure de ce document. Structure de ce document. Cette brève présentation illustre à quel point le secteur Sud-Ouest de l’Océan Indien (SOOI par la suite) est affecté par des phénomènes à de multiples échelles de temps, dont un grand nombre semblent faire intervenir la dynamique océanique à un certain niveau. Dans la section 2, nous présenterons les questions scientifiques abordées en relation avec la variabilité synoptique et les cyclones. Dans la section 3, nous nous intéresserons à l’influence des modes climatiques de large échelle (e.g. OMJ, DOI, El Niño) sur cette région. Nous nous intéresserons également à l’impact de cette région sur le climat régional et global. Dans la section 4, nous parlerons de la partie expérimentale de ce projet (campagne en mer TRIO), ayant une forte insertion internationale (RAMA, Argo, Cindy-Dynamo). La section 5 fournit la liste des références citées dans les sections 1 à 4. La section 6 donne un tableau récapitulatif des collaborateurs Français et étrangers impliqués dans le projet, ainsi qu’une liste des outils utilisés.

2 Variabilité synoptique et cyclogenèse

2.1 Variabilité synoptique et interactions tropiques-extratropiques Inf luence du défer lement d’ondes de Rossby extra tropica les sur l ’ac t ivi té des Inf luence du défer lement d’ondes de Rossby extra tropica les sur l ’ac t ivi té des

ondes équatoria les e t l ’ac t ivi té convec tive au se in du cana l du Mozambique . ondes équatoria les e t l ’ac t ivi té convec tive au se in du cana l du Mozambique . Funatsu et Waugh (2008) et Allen et al. (2009) ont mis en évidence le lien entre déferlement d’ondes de Rossby extratropicales (DOR par la suite) et convection dans l’est du Pacifique tropical et le nord-ouest de l'Australie. Il n’existe pas de travaux similaires dans la région Sud-Ouest Océan Indien.

La convection dans la bande 15°N-15°S est fortement influencée par l’activité des ondes équatoriales (e.g. Wheeler et Kiladis, 1999). Le premier objet de cette étude est d’améliorer la compréhension des processus dynamiques liant le DOR et l’activité des ondes équatoriales (Kelvin, mixtes Rossby-gravité, Rossby équatoriale) couplées à la convection profonde dans les tropiques. Le déferlement des ondes de Rossby se caractérise par la déformation irréversible des contours d’iso- Vorticité Potentielle sur les surfaces isentropes. Un algorithme de détection de contours permettra d’identifier les événements DOR à partir des données ERA-Interim sur la période 1989-2010. Une analyse composite des événements détectés selon les phases du cycle de chaque onde (Bessafi et Wheeler, 2006) sera réalisée, permettant de mettre en évidence les relations systématiques entre ces deux phénomènes.

Les données OLR indiquent une activité convective forte dans la gamme 6-25jours, qui est aussi la période dominante de l’activité ondulatoire dans les régions extratropicales au sud du canal du Mozambique. La variabilité de la convection dans le canal de Mozambique sera étudiée par une méthode composite (cycle type de 8 phases de la convection, comportant principalement une phase de forte convection et une phase d’inhibition de la convection) établies sur la base des données OLR. Les anomalies induites par ces perturbations seront construites à partir des paramètres météorologiques (réanalyses modèle ECMWF) et leurs dérivées (PKE, Flux d’Eliassem-Palm, …). Les composites


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permettront d’étudier les liens entre la variabilité convective dans le canal du Mozambique et les évènements de DOR. Ils permettront de caractériser l’impact des DORs sur la circulation locale et les mécanismes présidant à son influence sur la convection locale.

Interac tions tropica lesInterac tions tropica les -- tempérées assoc iées aux TTT. tempérées assoc iées aux TTT. Les interactions tropicales-tempérées (thalwegs tropicaux-tempérés ou TTT, Streten 1973) dans le SOOI se manifestent sous la forme de bandes nuageuses orientées nord-ouest sud-est (Fig. 2). Les mécanismes sous-jacents à leur formation (la conjonction entre une dépression frontale des moyennes latitudes et une perturbation de basse couche tropicale : Harrison 1984) restent largement méconnus, malgré leur importance dans les pluies régionales. De fortes incertitudes subsistent également quant au calage longitudinal de ces TTT, élément indispensable pour déterminer leur impact sur les pluies saisonnières totales sur l'Afrique du sud-est ou le canal de Mozambique (Todd et al. 2004, Fauchereau et al. 2009).

Les TTT ont jusqu'à présent essentiellement suscité des analyses statistiques basées sur des observations et/ou des données satellitales. Nous adopterons ici une démarche basée sur la modélisation numérique régionale (WRF sur un bassin SOOI, voir liste des outils en section 6). Le but est d'isoler le poids des différents facteurs relevant de la variabilité tropicale ou de la dynamique des moyennes latitudes et contribuant à

la genèse, la propagation, la durée de vie et la morphologie des TTT. Dans ce dessein, des expériences numériques permettront de distinguer le rôle respectif des latitudes tempérées et tropicales dans la formation, l'évolution et la localisation des TTT. Ce travail s'insère pour partie dans le post-doc de un an de Nicolas Vigaud financé par l'université de Bourgogne.

Un autre volet s'attachera plus spécifiquement à la description et la caractérisation de la dépression thermique semi-permanente de l'Angola ("Angola Low"), tant du point de vue de sa dynamique moyenne que de sa variabilité. Cet Angola Low est cité dans un grand nombre d'études focalisant sur la région, en raison de son implication possible dans une partie de la variabilité pluviométrique et convective pendant l'été austral. Il n'a pourtant jamais été étudié en tant que tel, alors qu’il est généralement admis qu'il constitue la composante continentale des TTT. Grâce à ses états de surface réalistes, le modèle régional WRF peut permettre de l'appréhender de manière relativement fine. Il s'agira de comparer des données de réanalyses et les sorties des simulations régionales pour documenter les structures de variabilité associées et détailler dans quelle mesure elles sont reliées aux TTT et à leur composante océanique.

2.2 Cyclones tropicaux Un projet sur les cyclones tropicaux dans l’Océan Indien a déjà été soumis en 2009 par M.

Lengaigne du LOCEAN (Influence du couplage océan-atmosphère sur les caractéristiques des cyclones dans l’Océan Indien), avec deux régions cible : baie du Bengale et sud-ouest de l’Océan Indien. Le présent projet fournit un cadre plus large pour les travaux effectués dans le sud-ouest de l’Océan Indien, et apporte de nouveaux acteurs (LA, CNRM, LPO). Nous ne présentons ci-dessous que les nouvel les actions qui n’étaient pas décrites dans le projet de M. Lengaigne. De même, les ETP affichés dans le présent projet tiennent compte de ceux du projet de M. Lengaigne (par exemple, les thésitifs et postdoc affichés à 100% dans le projet de M. Lengaigne sont affichés comme experts dans le présent projet, J. Vialard est affiché à 30% dans chacun des deux projets, etc…).

Figure 2. Anomalies d'OLR pour deux calages longitudinaux différents de TTT (Fauchereau et al. 2009)


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2.2.1 Processus des cyclones tropicaux Conditions atmosphériques de la cyc logenèse . Conditions atmosphériques de la cyc logenèse . Si les facteurs environnementaux

favorables à la cyclogenèse tropicale (fort contenu thermique de l'océan superficiel, faible cisaillement de vent, troposphère humide, instabilité convective modérée, circulation cyclonique et convergente dans les basses couches, anticyclonique et divergente en altitude) sont bien connus, les mécanismes conduisant effectivement au développement d'un cyclone sont moins bien identifiés. Le rôle des ondes d'Est sur l'Atlantique, celui de la dépression de mousson sur le Pacifique nord-ouest ont été discutés par de nombreux auteurs. En ce qui concerne le sud-ouest de l'océan Indien, s'il n'existe pas de processus nettement dominant, les travaux de Bessafi & Wheeler (2006), Frank & Roundy (2006), Ho et al. (2006) ont montré que l'oscillation de Madden-Julian (MJO), les ondes de Rossby équatoriales et, dans une moindre mesure, les ondes de Kelvin modulent l'activité cyclonique. Néanmoins ces auteurs reconnaissent qu'il est difficile de donner une cause unique à un phénomène aussi variable et complexe que la cyclogenèse tropicale.

Afin de préciser les conditions de cyclogenèse sur le sud-ouest de l'océan Indien, l'objet de cette étude est double :

(i) identifier les caractéristiques de grande échelle, en relation notamment avec les perturbations nommées ci-dessus, qui permettent l'émergence et le maintien de zones étendues favorables à la fois à l'humidification de la troposphère par la convection persistante, et à la mise en place d'une circulation cyclonique équilibrée au sens du vent thermique, à l'abri des effets délétères du cisaillement de vent et de l'air sec ;

(ii) évaluer l'impact de la circulation cyclonique naissante sur les développements et l'organisation convective, notamment avec la présence de nuages convectifs très intenses et/ou de "vortical hot towers" associées à des circulations localement très marquées. Réciproquement, il faudra quantifier la réaction de l'environnement plus ou moins équilibré à moyenne échelle à ces violentes et sporadiques perturbations.

Ces questions seront examinées à partir de l'étude des analyses opérationnelles avec les modèles IFS du CEPMMT et Aladin-Réunion de Météo-France dans le but d'identifier les perturbations synoptiques et leur influence positive ou négative sur la cyclogenèse tropicale dans le sud-ouest de l'océan Indien. Les années 2006 et au-delà seront privilégiées en raison de haute résolution spatiale du modèle IFS (T799 - environ 25 km horizontalement depuis 2006, T1279 - environ 15 km depuis 2010). Les images du satellite géostationnaire Meteosat-5 puis 7 permettent de suivre les développements convectifs dans les canaux infrarouge et vapeur d'eau, et celles des satellites défilants donnent des informations complémentaires, en micro-ondes (identifiant les zones précipitantes) et pour le vent de surface. Le cyclone Dora (voir ci-dessous) fera l’objet d’un examen particulier.

Quel le es t l ’ inf luence du DOI sur la réponse océanique aux cyclonesQuel le es t l ’ inf luence du DOI sur la réponse océanique aux cyclones ?? Lors de la campagne Cirene en Janvier-Février 2007, nous avons eu la chance d’observer directement la formation de la tempête tropicale puis du cyclone Dora (Vialard et al. 2009, Duvel et al. 2009). Or la campagne Cirene a eu lieu suite à un DOI en octobre 2006, qui a entraîné de fortes anomalies positives de contenu de chaleur dans la région TRIO. Ce cas-là, documenté par des observations détaillées (Navire, profileurs PROVOR, mouillage ATLAS, etc…) fournit un cas idéal pour tester l’hypothèse que les anomalies liées au dipôle peuvent influencer le développement d’un cyclone. Des analyses préliminaires (stage de M1 de Mathilde Jammet) montrent que les forçages actuellement utilisés pour les modèles d’océan sous-estiment nettement les vents dans la région proche de l’œil du cyclone (à moins de 2-3 rayons de vent maximal). Nous allons effectuer des simulations dans NEMO-Indien ¼° en prescrivant une forme analytique de cyclone le long de la trace de Dora, et effectuer des expériences de sensibilité (avec/sans cyclone et DOI) afin de tester notre hypothèse. Les résultats seront analysés en relation avec les observations Cirene. Nous généraliserons ensuite cette étude de cas à une période plus longue. Ce travail sera effectué dans le cadre de l’année de césure de M. Bador.

Généra t ion d’ondes inte rnes par les cyclones t ropicaux.Généra t ion d’ondes inte rnes par les cyclones t ropicaux. L’étude des données collectées lors de Cirene a également permis de mettre en évidence la génération de paquets d’onde de gravité dans le domaine-proche inertiel dans et sous la thermocline (Le Vaillant et al., 2010), et leur impact très net sur le mélange vertical pendant 2-3 périodes d’inertie. Les ondes d’inerties dans le proche inertiel sont une source majeure de mélange dans l’océan profond (e.g. Munk et Wunsh, 1998), mais il est difficile d’estimer leur impact à long terme à partir de mesures isolées comme


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celles prélevées lors de la campagne Cirene. L’analyse des simulations décrites ci-dessus permettra de resituer les résultats de Cirene dans un contexte grande échelle et basse fréquence.

2.2.2 Interaction d’échelles avec la variabilité climatique Le thème de l’ influence du couplage de la var iabi li té interannue lle (El Niño, DOI, l’ influence du couplage de la var iabi li té interannue lle (El Niño, DOI,

dipôle subtropica l) sur la cycldipôle subtropica l) sur la cycl ogenèseogenèse est déjà traité dans le projet LEFE de M. Lengaigne, mais ce projet permettra des interactions avec le CNRM sur ce thème. Le CERFACS propose également une nouvelle action dans ce sens. Le rôle du couplage océan-atmosphère sur l'activité cyclonique peut être étudie a l'aide de deux simulations d’Arpège de résolution 0.5x0.5 degré globale, l'une forcée par les SST climatologiques et l'autre couplée avec NEMO 1/4 de degrés en configuration couche de mélange. Une correction de flux préalablement calculée permet au modèle couplé de conserver un état moyen très proche des observations. La comparaison entre les simulations couplées et forcées permet d'isoler l'impact du couplage local sur l'intensité, le nombre, les zones de genèse etc. des cyclones. Cette configuration couplée simplifiée permet d'isoler spécifiquement le rôle des échanges air-mer, tout en s'affranchissant des dérives des modèles climatiques ; en revanche, elle ne tient pas en compte du rôle de l'advection océanique. Le Cerfacs mettra a disposition 30 ans de simulations couplées/forcées d’Arpège-TL359/NEMO025.

Influence du changement c limat ique sur la cyc logenèse dans le sudInfluence du changement c limat ique sur la cyc logenèse dans le sud-- ouest de ouest de l’océan Indien. l’océan Indien. Les projections d’indices de cyclogenèse construits à partir de variables d’environnement des cyclones (Royer et al. 1998, Royer et Chauvin 2009, Chauvin et Royer 2010) suggèrent une augmentation du nombre de cyclones associée au changement climatique dans le sud-ouest de l’océan Indien. Ces indices de cyclogenèse sont toutefois construits à partir du climat actuel, et il semble donc préférable de compléter leur examen par des simulations numériques à suffisamment haute résolution pour reproduire certains aspects de la cyclogenèse sur la région d’intérêt. Cela peut se faire en utilisant un modèle régional couplé (WRF-NEMO, approche suivie au LOCEAN LOCEAN et WRF-ROMS, approche suivie au LEGOS) ou un modèle global « étiré » régionalement (approche suivie au CNRM). La technique de la grille basculée/étirée est une caractéristique du modèle ARPEGE, et son utilisation dans les études climatiques a, depuis plusieurs années, largement utilisée, notamment dans les études de régionalisation du changement climatique. Concernant l’activité cyclonique, le recours à une grille dont le pôle est situé à l’Ouest de l’océan Atlantique (20°N – 60°W) et dont le facteur d’étirement de 2.5, a permis d’aborder la réponse des ouragans au réchauffement climatique dans cette région (Chauvin et al. 2006) par le biais de la détection directe des trajectoires de cyclones. Très récemment, une adaptation du système couplé océan-atmosphère qui servira dans les simulations du GIEC a été adaptée à la technique de l’étirement régional, et des simulations climatiques en mode pré-industriel, 20e siècle et scénario ont été lancées pour l’Atlantique tropical. Nous envisageons, pour ce projet, de réaliser des simulations identiques avec le pôle d’intérêt sur l’Océan indien Sud-Ouest. En réutilisant les TSO obtenues dans les simulations couplées pour forcer ARPEGE, nous comptons quantifier l’apport du couplage dans la réponse de l’activité cyclonique au réchauffement anthropique sur ce bassin, comme nous l’avons entrepris sur l’océan atlantique. Nous disposons d’un logiciel de détection et de suivi des cyclones tropicaux, permettant d’étudier les conditions atmosphériques ou océaniques associées aux phénomènes cycloniques. Nous attacherons une importance particulière aux précipitations associées aux cyclones, dont plusieurs études ont montré qu’elles devraient augmenter avec le réchauffement climatique (Chauvin, et al. 2006).

3 Variabilité climatique du sud-ouest de l'océan Indien

3.1 Influence de la variabilité climatique de large échelle sur le climat local

3.1.1 Construction d’une base de données d’observations locales Dans le Sud Ouest de l'Océan Indien, nombreuses sont les séries climatiques largement sous-

exploitées. Cela concerne en particulier:


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(i) une trentaine de séries à Madagascar (provenant de la Direction Générale de la Météorologie Malgache);

(ii) 5 stations situées sur le littoral du Mozambique fournies par l’Institut National de Météorologie du Mozambique (INAM)

(iii) des séries insulaires (Météo France) relevant des îles éparses (Europa, Juan de Nova, Glorieuses et Tromelin), de Mayotte (Panmandzi aéroport, Cocono Ouangani et Combani Tsingoni) et de La Réunion.

Ces séries (précipitations et température en général, mais parfois aussi vent et pression), qui pour la plupart débutent dans les années 50 ou 60, seront pré-traitées, à partir des métadonnées et de techniques statistiques d'homogénéisation (e.g. Mestre, 2000), afin de constituer une base de donnée homogène et fiable. Dans un premier temps, il s’agira d’établir une climatologie de la pluviométrie sur le SOOI, à partir des données stations. Cette première partie aura pour objectif de valider les données en comparant les résultats obtenus avec ceux qu’on trouve déjà dans la littérature (GPCP, TRMM, CMAP par exemple). La base de données ainsi obtenue sera ensuite utilisée dans le cadre de l’étude de la variabilité régionale, en relations avec les modes de variabilité de grande échelle (3.1.2 et 3.1.3).

La mise en place de cette base de donnée, ainsi que son exploitation, se fera en collaboration et concertation avec nos collègues Malgaches, en proposant dès que possible une formation de nos collègues du sud (e.g. thèses proposées à de jeunes chercheurs du sud, séjours en France de chercheurs confirmés pour maîtriser une nouvelle technique comme la modélisation régionale). Ceci pourra se faire par exemple au travers des appels d’offre BEST et BSTD de l’IRD.

3.1.2 Ondes tropicales et MJO

Figure 3. Composite des anomalies de flux infra-rouge au sommet de l’atmosphère (un indicateur de la convection) pour deux phases de l’OMJ. Pour ces deux phases, il existe une anomalie statistiquement significative sur la région de Madagascar, qui illustre les impacts de l’OMJ dans cette région.

La figure 3 (Pohl et al. 2007) illustre l’influence de l’OMJ sur la convection profonde dans le SOOI (augmentation / diminution de la convection sur de larges portions de Madagascar ou bien du domaine océanique). Il reste toutefois à préciser les impacts de l’OMJ sur les précipitations elles-mêmes, et cela à plus fine échelle régionale ; ainsi que l’impact éventuel des ondes équatoriales sur la convection dans cette région.

D’une part, des analyses similaires à Pohl et al. (2007) pourront être appliquées à des jeux de données à plus fine résolution et/ou plus directement liés aux précipitations (e.g. données Météosat 7, TRMM etc.). Mais surtout, nous analyserons les données in situ (cf 3.1.1) selon la méthodologie développée par Barlow et al. (2005) sur une autre région. L’étude de l’influence des oscillations tropicales sera effectuée sur l’ensemble des stations, puis sur les régions établies pour déterminer finalement les localités dans lesquelles la pluviométrie est modulée par les ondes équatoriales et l’OMJ. Ce travail devrait permettre de mieux estimer la prévisibilité de la pluie à l’échelle saisonnière.

Dans un second temps, il s'agira d'étudier dans quelle mesure un modèle régional parvient à simuler ces anomalies dans le champ de pluie et dans la dynamique atmosphérique, et comment ces dernières sont modulées / interagissent avec le relief sur des régions cibles. Nous proposons d’analyser les résultats d'expériences WRF-SOOI (cf 2.1) avec et sans rappel (vers les basses fréquences et grandes échelles spatiales caractéristiques de l'OMJ) dans le but d'identifier les "courroies" par lesquelles le signal associé affecte la région (e.g. modulation intrasaisonnière approximativement barotrope de l'anticyclone des Mascareignes vs. modulation des flux d'humidité de basses couches sur l'Afrique australe, Pohl et al. 2007). Différentes configurations des modèles


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climatiques régionaux disponibles dans ce projet, avec TSO couplées ou prescrites, pourront être inter-comparées, y compris en ayant recours à des domaines imbriqués ("nesting") pour des études fines sur des terrains à la topographie contrastée tels que la Réunion ou Madagascar.

3.1.3 Variabilité interannuelle : El Niño, DOI, « dipôle subtropical » Quels sont les mécanismes océaniques de la r éponse au DOI / à El Niño dans la Quels sont les mécanismes océaniques de la r éponse au DOI / à El Niño dans la

région TRIO? région TRIO? Les travaux de (Xie et al. 2002, 2009) ont mis en évidence l’importance essentielle de la dynamique océanique dans l’établissement d’anomalies de TSO persistantes dans la région TRIO. Leurs travaux ne précisent toutefois pas clairement les rôles respectifs d’El Niño et du DOI dans l’établissement de ces anomalies. Alors que les anomalies de contenu thermique liées au DOI semblent affecter fortement la région TRIO, celles associées à El Niño semblent être décalées vers le sud (e.g. Yu et al. 2005). En outre, les analyses préliminaires des données prélevées lors de la campagne Cirene suggèrent des mécanismes plus complexes d’établissement de ces anomalies que ceux suggérés par Xie et al. (2002), mettant notamment en cause l’advection. Etant donné lesconséquences climatiques marquées (e.g. Annamalai et al. 2005, 2007 ; Izumo et al. 2008) de ces anomalies de TSO, il semble nécessaire de se pencher plus en détail sur leurs mécanismes exacts et leurs liens respectifs avec le DOI / El Niño. Nous explorerons cette question à l’aide d’analyse d’observations et de runs forcés dans cette région. Ce travail est effectué dans le cadre de la thèse de Praveen Kumar.

Inf luenInf luence des modes de var iabil i té inte rannuelle sur la pluviométr ie dans le ce des modes de var iabil i té inte rannuelle sur la pluviométr ie dans le SOOI . SOOI . Nous avons déjà vu précédemment que le SOOI est affecté à la fois par El Niño et le DOI. Mais il existe en outre un troisième mode de variabilité marqué dans l’Océan Indien : le « dipôle subtropical » (Behera et Yamagata, 2001). Ce mode est associé à des anomalies de TSO et de vent entre 15°S et 40°S dans l’Océan Indien, généralement plus marquées de Février à Avril. Étant donné la corrélation non négligeable entre DOI et El Niño, il est délicat d’extraire les signaux associés à chacun de ces modes en utilisant des simples méthodes de régression. De nombreuses études mettant essentiellement El Niño en cause pour les anomalies de précipitations observées de septembre à novembre en Afrique de l’est (Hastenrath et al., 2004) ou bien à partir de novembre en Afrique du Sud (Nicholson, 1988) ont été plus récemment attribuées au DOI (e.g. Yamagata et al. 2005).

Nous souhaitons donc dans ce travail remettre à plat les influences relatives des différents modes de variabilité de la SST sur la pluviométrie dans le SOOI. Nous effectuerons cela via : 1) l’analyse statistique des observations in situ et satellitales à partir de méthodes plus complexes (méthodes non linéaires, méthodes de régression multiple) ; 2) la mise en place d’expérience de sensibilité dédiées avec un AGCM forcé (Arpege : expériences forcées par des anomalies de SST sur l’Indien et ou le Pacifique uniquement, voir section 3.2) ; 3) des approches non-linéaires de désagrégation statistique des modèles et des observations (e.g. via des régimes de temps ou de circulation) pour décrire les effets régionaux associés).

Inf luence des modes de var iabil ité inte rannuelle sur la c i rcula t ion océanique Inf luence des modes de var iabil ité inte rannuelle sur la c i rcula t ion océanique régionale dans le SOOI . régionale dans le SOOI . La circulation océanique régionale dans le sud-ouest de l’Océan Indien est relativement mal connue. Cette partie visera à utiliser une combinaison de modélisation (simulations longues de modèles de l’Océan Indien au ¼° et modèle du SOOI au 1/12°), en combinaison avec les observations disponibles (courants géostrophiques et hauteur de la mer dérivés de l’altimétrie), afin de décrire la circulation moyenne dans le sud-ouest de l’océan Indien, et la manière dont elle est affectée par la variabilité interannuelle. La campagne Cirene avait déjà illustré le fort impact du DOI sur la bande 5°S-15°S, mais il s’agira ici d’explorer de manière plus vaste la variabilité interannuelle dans cette région.

3.1.4 Variabilité décennale et changement climatique Évolution observée de l ’a tmosphère Évolution observée de l ’a tmosphère dans le SOOI .dans le SOOI . À partir des données in situ

homogénéisées (cf. 3.1.1), il s'agira de replacer les tendances / ruptures / signaux basse fréquence détectés dans des mécanismes de plus large échelle, pouvant éventuellement impliquer un réchauffement climatique global d'origine anthropique. Plus spécifiquement, on s'attachera à distinguer les évolutions climatiques dans la partie tropicale (évolution observée et simulée de lacirculation de Hadley, position et intensité des hautes pressions dynamiques sub-tropicales) et la partie sub-tropicale et tempérée (positionnement latitudinal des vents d'ouest, en lien possible avec une tendance dans le Mode Annulaire Austral). Les conséquences sur les interactions tropicales-


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tempérées seront détaillées (localisation, intensité, variabilité de la zone de convergence sud-indienne en été austral). Les runs couplés CMIP5, avec runs de contrôle ("hindcast"), seront enfin confrontés aux réanalyses NCEP-NCAR et/ou ERA40 dans un optique d'attribution (concentrations en gaz à effet de serre, trou d'ozone stratosphérique).

Mécanismes régionaux de la réponse a tmosphérique au changement cl imat ique .Mécanismes régionaux de la réponse a tmosphérique au changement cl imat ique . La variabilité décennale est étudiée au Cerfacs dans le cadre du prochain exercice CMIP5 à la base du GIEC AR5. Il est proposé ici de quantifier la prévisibilité de manière détaillée sur le bassin indien. Les sources de prévisibilité sont de deux natures : la première est liée aux changements de forçage (gaz à effet de serre, aérosols, volcanisme etc.), la deuxième est liée aux conditions océaniques initiales dont l'influence peut perdurer sur l'échéance de la prévision. Le poids respectif de ces deux sources sera quantifié. Un accent sera mis sur la rupture de 1976 (Nitta et Yamada 1989) afin d'évaluer le caractère prévisible ou non de ce changement de phase décennal, et si prévisibilité il y a, d'extraire les mécanismes à l'oeuvre. Des analyses seront également conduites afin d'évaluer l'impact de la méthode d'initialisation des modèles couples pour la prévision décennale (nudging vers les ré-analyses en mode couple, initialisation par anomalie etc.)

Mécanismes océaniques de la var iabi l ité décennale e t de la réponse au Mécanismes océaniques de la var iabi l ité décennale e t de la réponse au changement c l imat ique . changement c l imat ique . La variabilité décennale océanique dans le bassin indien a pour le moment été peu étudiée. Une étude récente (Lee and McPhaden 2008) basée sur l’analyse des observations satellitaires de niveau de la mer montre que la variabilité décennale dans le bassin indien est anti-correlée avec celle du Pacifique sur la période récente, suggérant des teleconnections atmosphériques et/ou océaniques entre les deux bassins. En particulier, l’Indien Sud tropical présente une variabilité décennale marquée. Ces variations pourraient donc entre autre modifier l’amplitude des interactions océan-atmosphère dans cette région à ces échelles de temps. Nous nous proposons donc de poursuivre l’étude de la variabilité décennale dans le bassin indien sud à partir de donnèes in situ (marégraphe), d’observations satellitaires (TOPEX/POSEIDON) et de modèles de circulation générale. L’utilisation de simulations océaniques forcées sur la période 1958-2007, la réalisation de simulations de sensibilité où la variabilité décennale du forçage atmosphérique est supprimée dans certaines régions ainsi que l’analyse de certaines simulations CMIP4 et CMIP5 nous permettrons de vérifier si les liens mis en évidence dans l’étude de Lee et McPhaden (2008) se confirment sur des périodes de temps plus longue. De plus, ces outils nous permettrons aussi d’analyser en détail les mécanismes atmosphériques et/ou océaniques responsables de la variabilité océanique décennale dans cette région clé de l’océan indien.

3.2 Influence des perturbations locales de TSO et de convection sur la circulation à grande échelle Bien qu’elle ne soit pas récente (e.g. Webster et Yang, 1992), l’idée que la variabilité

interannuelle de l’Océan Indien ne soit pas totalement assujettie à El Niño fait depuis quelques années l’objet d’une attention redoublée. D’une part, l’existence d’un mode de variabilité IOD (Indian Ocean Dipole, Saji et al. 1999) propre à l’Océan Indien est aujourd’hui admise. D’autre part, diverses études statistiques ou numériques suggèrent l’existence de précurseurs de la mousson Indienne (Terray et al. 2003) voire d’El Niño (Annamalai et al. 2005, Terray et al. 2007, Izumo et al. 2010) existent dans l’Océan Indien. Enfin, l’Océan Indien semble également jouer un rôle actif dans la variabilité extratropicale de l’Hémisphère Nord, notamment via la modulation des téléconnexions d’El Niño (Annamalai et al., 2005 et 2007).

C’est ce dernier point que nous proposons d’examiner ici via la réalisation de simulations atmosphériques globales visant à distinguer le rôle des forçages océaniques Indien et Pacifique. A une expérience de contrôle (CTL) pilotée par des TSO climatologiques, nous comparerons pour commencer 3 autres expériences d’ensemble (saisons DJFMAM initialisées au 1er décembre à partir des différentes années du contrôle) dans lesquelles nous superposerons au forçage océanique climatologique des anomalies de TSM sur la région tropicale Indo-Pacifique (TIP), puis seulement sur le Pacifique (TPO) ou l’Indien (TIO). Ces anomalies seront obtenues en réalisant une analyse composite sur la région Sud-Ouest de l’Océan Indien où la variance des TSO est particulièrement forte et semble en partie prévisible à l’échelle saisonnière. Si la réponse atmosphérique régionale devait s’avérer peu réaliste, nous pourrions avoir recours à la technique de nudging en point de grille (Bielli et al. 2009, Douville 2010, Douville et al. 2010) pour guider régionalement le modèle atmosphérique vers les réanalyses ECMWF. L’objectif de ces simulations est de mieux comprendre en quoi la variabilité océanique de l’Océan


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Indien tropical et les anomalies atmosphériques associées dans cette région du globe modulent les téléconnexions ENSO aux moyennes latitudes de l’Hémisphère Nord.

L’ensemble des simulations sera effectué au CNRM avec la version 5.2 du modèle spectral Arpège-Climat en troncature T63 (2.8° de résolution horizontale) et avec 31 niveaux verticaux (jusqu’à 10 hPa). Si nécessaire, les réanalyses ERA40 (toutes les 6 heures) ont déjà été interpolées (horizontalement et verticalement) sur cette grille et pourront être utilisées pour guider le modèle dans des études de cas sélectionnées entre 1958 et 2002 (voire au delà en utilisant ERA-Interim).

Dans le cadre du projet européen DYNAMITE, des expériences coordonnées incluant 5 AGCMs (ARPEGE/HADAM/ECHAM/CAM/IAP) ont également été menées afin d'étudier l'impact sur la dynamique atmosphérique globale du shift des années 70's (Nitta et Yamada 1989). Deux séries d'expériences de 30 ans chacune ont été produites, l'une avec les conditions de SST moyenne [1950-1975] prescrite pour l'atmosphère dans l'Indien (les autres bassins étant forces par la climatologie [1950-2000]), et l'autre avec les conditions de [1976-2000]. Des analyses poussées ont été déjà menées pour l'hiver boréal en termes de téléconnections et il serait intéressant d'investiguer plus en détails le rôle des anomalies de SSTs sur l'activité intra-saisonnière de type MJO, mais aussi sur la dynamique des moussons d'été et les connexions planétaires. Ces expériences sont complétées par deux autres séries ou les anomalies de SST prescrites s'étalent sur toute la warmpool Indo-Pacifique. Ces expériences permettent d'isoler l'influence de l'océan Indien vs celle de l'ensemble du système convectif au dessus de la warmpool Indo-Pacifique.

Les expériences réalisées au CNRM permettront donc d’évaluer le rôle de la TSO de l’océan Indien sur la variabilité climatique à l’échelle interannuelle, alors que celles menées au CERFACS s’intérèsseront aux tendances à plus long terme.

4 Partie expérimentale : la campagne océanographique TRIO

Le projet VOASSI comporte une partie expérimentale : la campagne TRIO. Le document soumis à la commission flotte il y a quelque jours est disponible sous : http://www.locean-ipsl.upmc.fr/~jv/trio.html et nous ne résumerons ici que les aspects principaux de cette campagne.

Cette campagne en mer profite d’un créneau de disponibilité du Marion-Dufresne entre le 15 janvier et le 15 mars 2012 pour entreprendre les actions qui suivent.

Figure 4. Trajet proposé pour la campagne TRIO début 2012 (en vert). Le smarqueurs rouges et jaunes indiquent les positions de plusieurs mouillages RAMA qui seront


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entretenus lors de la campagne. Les marqueurs rouges et verts indiquent des sites occupés en collaboration avec le projet Cindy-Dynamo. Le marqueur orange montre un site de fortes ondes internes de gravité liées à la marée barocline.

Contribution à RAMA. Contribution à RAMA. Le projet international RAMA ambitionne de développer pour l’Océan Indien un réseau de mouillages similaire à ceux existant déjà dans le Pacifique (TAO) ou l’Atlantique (PIRATA). Les motivations scientifiques de ce réseau très récents sont décrites par (McPhaden et al. 2009), par exemple la description des processus contrôlant le cycle saisonnier moyen de la température de surface dans le SOOI (Foltz et al. 2010) ; les mécanismes de la réponse océanique à la MJO dans le SOOI (Vialard et al. 2008), ou bien la réponse du SOI à un IOD ou au passage d’un cyclone (Vialard et al. 2009). Au-delà de cet intérêt scientifique évident pour décrire la variabilité à long terme dans la région, ces données possèdent un intérêt évident pour la région. La lettre de soutien de Météo France2 souligne que les données de pression de surface de RAMA sont essentielles pour les prévisions cycloniques effectuées au C.M.R.S de La Réunion. Pour toutes ces raisons, un projet de SO-ORE dont plusieurs organismes seraient partie prenante (IPEV, IRD, INSU, Météo-France) est en cours d’élaboration. La campagne TRIO fournit l’occasion d’un « galop d’essai » en permettant la maintenance de 5 mouillages ATLAS selon les modalités qui seraient celles d’un Memorandum of Understanding dans le cadre du SO-ORE (tous les coûts liés au mouillage, transport inclus, à la charge de la NOAA, la France fournissant temps bateau et la moitié du personnel technique pour le déploiement). ConCon tribution à Argo. t r ibution à Argo. Le projet Argo est un élément essentiel de l’océanographie opérationnelle ou bien de la recherche en océanographie actuelle. L’approche suivie dans Vialard et al. (2008) montre bien la forte synergie qui peut exister entre données satellitales, Argo et RAMA afin de comprendre les mécanismes de la variabilité océanique. L’Inde est le responsable régional d’Argo pour l’Océan Indien, au travers de l’INCOIS (Indian National Centre for Ocean Information Services). En collaboration avec l’INCOIS (voir lettre de soutien jointe à la demande de campagne), nous déploierons donc les profileurs Argo nécessaires dans la région pour atteindre la couverture nominale Argo. Nous déploierons en particulier 5 profileurs Iridium dont les capacités (moindre dérive, programmation possible) nous permettrons des mesures ciblées dans le cadre d’une expérience de processus (voir ci-dessous). Contribution à CindyContribution à Cindy-- Dynamo. Dynamo. L’expérience internationale Cindy-Dynamo (PIs : K. Yoneyama, Japon, http://www.jamstec.go.jp/iorgc/cindy/ et C. Zhang, USA, http://www.eol.ucar.edu/projects/dynamo/) s’inspire sur le modèle de TOGA-COARE, mais se concentre sur la zone ou se développe initialement la MJO : l’ouest de l’Océan Indien, au sud de l’équateur. Un autre projet LEFE-IDAO (PI : J-P. Duvel) rassemble les autres contributions Françaises (uniquement sur des aspects Météo) à Cindy-Dynamo. En fournissant 4 à 8 radiosondages par jour à partir du Marion Dufresne (financés par le CNES dans le cadre de la cal/val du projet Megha Tropiques), dont une station de 5 jours à l’un des sites de référence de l’expérience (8°S, 80°E), la campagne TRIO va contribuer à mieux définir les structures à l’échelle du bassin lors de la campagne et à rallonger la période d’observation intensive (IOP) de Cindy-Dynamo. En outre, la campagne TRIO permettra de récupérer des instruments déployés par d’autres groupes (Univ. East Anglia, UK ; Univ. Washington, USA), rallongeant également leur période d’observation de manière significative. Enfin, l’entretien du réseau RAMA pendant la campagne permet de garantir des observations de qualité dans une région importante pour l’OMJ, pendant toute la période d’observation étendue (de forts événement MJO peuvent se produire jusqu’à fin mars). Expér iences de processus. Réponse océanique aux cyclones e t à la MJO e t mélange Expér iences de processus. Réponse océanique aux cyclones e t à la MJO e t mélange par les ondes inte rnes . par les ondes inte rnes . La campagne TRIO développe enfin ses objectifs propres. Au delà des multiples études rendues possibles par le maintien de longues séries dans cette importante région, nous allons en outre effectuer des mesures dans 2 objectifs. Les profileurs Argo Iridum mentionnés plus haut seront reconfigurés en mode de profils intensifs lors d’un passage de cyclone ou d’une phase marquée de la MJO, afin d’en examiner la structure verticale avec plus de détails. Nous échantillonnerons également le mélange lié aux ondes internes dans des situations contrastées. D’une part, une station relativement longue (5 jours, soit plus que la période d’inertie) permettra d’obtenir une nouvelle évaluation du mélange lié aux tempêtes et cyclones (site 8°S, 80°E). Ensuite,

2 Les lettres de soutien sont jointes à la demande de campagne, disponible sur http://www.locean-ipsl.upmc.fr/~jv/trio.html


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une série de profils de CTD-L-ADCP et de microstructure dans des régions contrastées (fond plat, forte topographie) permettront d’appréhender l’hétérogénéité spatiale du mélange lié aux marées baroclines, que nous localiserons grâce à un modèle régional de marée barotrope (TUGO, développé au LEGOS) qui produira des cartes de générations de ces ondes de marées internes. Ce modèle est développé dans le cadre d’une collaboration avec le NIO (Goa) pour le projet SARAL/ALTIKA Soutien insti tutionnel . Soutien insti tutionnel . Cette expérience est soutenue par l’Indian Ocean Panel et l’Asian-Australian Monsoon Pannel de CLIVAR ; ainsi que par Météo France, l’INCOIS, la NOAA et K. Yoneyama (PI de Cindy_Dynamo) (voir lettres de référence fournies dans le dossier de demande de campagne). Financement . Financement . Etant donné les nombreuses sources annexes de financement de ce projet dans le cadre de différents projets Nationaux et Internationaux (INCOIS pour Argo ; NOAA pour RAMA ; CNES pour Megha-Tropiques / Cindy-Dynamo), le coût de la campagne à la charge de ce projet reste relativement modeste (39k€ demandé à LEFE/IDAO plus 55k€ estimés en soutien de campagne DT INSU).

5 Références La liste ci-dessous reprend l’ensemble des références citées dans cette partie. Pour éviter les

duplications, les références de l’équipe proposant le projet VOASSI ne sont pas listées ci-dessous mais dans la partie F. Allen, G., G. Vaughan, D. Brunner, P. T. May, W. Heyes, P. Minnis, J. K. Ayers, Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society,

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B. Plan de recherche et calendrier de réalisation

Le projet VOASSI est initialement proposé pour une période de 3 ans. C’est en effet l’échelle de temps pour laquelle nous estimons être en mesure de faire des progrès pour l’ensemble des thématiques scientifiques proposées ci-dessus (typiquement, la durée d’une thèse). Nous soumettrons chaque année une demande plus courte mettant à jour les principaux progrès effectués.

Notons que pour une grande partie des outils utilisés, un fort savoir-faire existe dans les équipes de ce projet et/ou que des outils similaires ont déjà été utilisés sur d’autres régions ; ou bien ces outils sont d’ores et déjà disponibles. La part de développement par rapport au temps de recherche devrait donc rester très raisonnable pour l’ensemble du projet. C. Résultats attendus

Les équipes de recherche participant au présent projet ont exprimé leur intérêt pour le SOOI lors du « Colloque Tropiques » organisé à Toulouse en Juin 2010, à l'occasion de la prospective de la Commission Spécialisée Océan Atmosphère (CSOA) de l'INSU. Ce projet vise à favoriser des collaborations entre ces différentes équipes, notamment en encourageant chaque équipe à utiliser des outils de modélisation et des bases de données communes pour poursuivre leurs thématiques de recherche propres. Nous organiserons également un workshop annuel invitant tous les participants de ce projet et des projets connexes (projet LEFE Megha-Tropiques, projet LEFE Cindy-Dynamo) à présenter leur travaux et leur plan.

La première étape de ce projet est, bien entendu, de structurer un peu l’action de recherche Française autour du SOOI. Nous avons déjà établi des liens avec des collègues Malgaches dans le cadre de l’actuelle proposition de recherche. Nous chercherons dans un second temps à renforcer ces collaborations régionales (renforcement des collaborations avec Madagascar, élargissement à une collaboration avec d’autres pays, tels le Mozambique, Maurice ou les Seychelles), notamment

Enfin, rappelons que la composante océanographique de ce projet vise à contribuer à la maintenance du réseau RAMA, dont les données de pression sont précieuses pour les prévisions cycloniques effectuées au C.M.R.S de la Réunion. D. Ressources nécessaires à la réalisation du projet

Tota l:Tota l: 71k€ (32k€ en fonctionnement et missions + 39 k€ campagne TRIO) Fonctionnement e t missions. Fonctionnement e t missions. Une partie importante du projet couvre des frais de

fonctionnement des équipes de recherches (matériel informatique, publications..) et des missions pour participer à une réunion-projet par an. Plutôt que d’effectuer une longue liste, nous avons demandé à chacun d’essayer d’établir un ETP réaliste pour le projet et avons effectué la demande de financement sur la base de 3k€ par personne à 100%, et un peu arrondi. Le total de la demande (détaillé par labo dans un tableau en fin de ce document) se monte à 32k€ pour l’ensemble des équipes pour 2011. Le projet sera reconduit sur 3 ans avec un budget de fonctionnement qui devrait être en gros identique chaque année. La répartition par labo se distribue comme suit : LA (0.6 ETP) 2k€, CRC (2,9 ETP) 9k€, LOCEAN (2,9 ETP) 9k€, Univ La Réunion (0.4 ETP) 2k€, CERFACS (0,5 ETP) 2k€, CNRM (2 ETP) 6 k€, LEGOS (0,5 ETP) 2 k€


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Campagne en mer . Campagne en mer . Les dépenses à la charge de l’INSU pour la campagne TRIO sont estimées à 94k€, dont 39k€ soll icités dans le cadre du présent projet et 55 k€ (estimation haute) sur le budget de soutien de campagne INSU. Les tableaux récapitulatifs ci-joints donnent plus de détails. Evaluation des frais directement à la charge de l’équipe demandeuse et de leur financement Types de coûts Coûts en Euros Sources et niveaux des

financements envisagés Consommables pour campagne 39 k€ LEFE/IDAO* Missions de 16 embarquants 30 k€ Soutien campagne INSU* Transport matériel 25 k€ Soutien campagne INSU* Frais d’analyse et de dépouillement à terre 0 k€ Coût total 94 k€ (dont 39k€ LEFE) Tableau récapitulatif des dépenses prévues pour TRIO

Chapitre Coût total Financement 144 XBTs T7(1 profil XBT tous les 30 milles nautiques) 14 k€ LEFE/IDAO Fonctionnement VMP (profileur microstructure : capteurs de rechanges, lest, largueur chimiques, batteries, etc… pour 40 profils)

17 k€ LEFE/IDAO

Transmission ARGOS et communication navire, coût divers 5 k€ LEFE/IDAO Analyses échantillons biogéochimie 3 k€ LEFE/IDAO 16 Missions AR La Réunion + 2 jours per-diem 30 k€ DT INSU soutien campagne Transport du matériel 25 k€ DT INSU soutien campagne TOTAL 39k€ +55 k€ soutien campagne DT INSU

E. Co-financements acquis ou soumis (hors INSU)

Tableau récapitulatif des sources de finacement externes pour la campagne TRIO Intitulé Source du finacement Nature du financement Acquis / à

obtenir Mouillages RAMA NOAA/PMEL (USA) Mouillages, transport, coûts d’opération, personnel pour

le déploiement (1 ingénieur pendant la campagne) et ses frais de mission.

Acquis

Profileurs Argo INCOIS (Inde) Profileurs, transport, coûts d’opération, personnel pour le déploiement (1-2 chercheurs pendant la campagne) et ses frais de mission.

Acquis.

Gliders Univ. East Anglia Gliders, transport (retour), coûts d’opération. Réponse en décembre.

Mouillage CIndy-Dynamo 76°E, 8°S.

NSF Mouillage, transport (retour), coûts d’opération. Acquis

Radiosondes (4 à 8/jour).

CNES (cal/val Megha Tropiques)

Radiosondes, transport équippement, personnel pour le déploiement (2 personnes pendant la campagne) et ses frais de mission.

Acquis

Le présent projet implique des collaborations internationales dans le cadre des projets RAMA (collab. NOAA, USA), Argo (collab. INCOIS, Inde) Megha-Tropiques (projet de satellite Franco-Indien qui couvrira les dépenses des radiosondages effectués lors de la campagne) et Cindy-Dynamo (collabs. Angleterre, USA, Japon). Les accords conclus induisent peu de Frais à la charge de l’équipe demandeuse. Nous effectuerons une demande de prise en charge des frais de bord à l’ANR début 2011. F. Valorisation des travaux antérieurs

La liste ci-dessous inclut l’ensemble des références bibliographiques de l’équipe du projet sur des thématiques liées au projet (région et/ou méthodes). Arnault, J., Et F. Roux, 2009 : Case study of a developing African easterly wave during NAMMA : An energetic point of view. J. Atmos. Sci.,

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Annexe : liste des collaborateurs et des outils

Annexe: Personnes impliquées dans le projet et outils

Liste des collaborateur (niveau National) Laboratoire Nom Grade equiv. Rôle dans projet ETP (2011) ETP (2012) ETP (2013)

LA Franck Roux Prof. 2.2 30% 30% 30%

X Stagiaire M2 2.2 30% - -

CRC Benjamin Pohl CR 2.1, 3.1, modélisation WRF 60% 60% 60%

Yves Richard Prof. 2.1, 3.1 25% 25% 25%

Pierre Camberlin Prof. 3.1 20% 20% 20%

Julien Crétat Thésitif Modélisation WRF 10% - -

Clémence Macron Thésitive 3.1.4 30% 30% 30%

Nicolas Vigaud Post-doc UB 2.1 70% - -

X Stage M1/M2

2.1 25% - -

X Stage M1/M2

3.1 25% - -

LOCEAN Jérôme Vialard DR Coordination projet, 4 30% 30% 30%

Stéphane Pous CR 3.1, 4, modélisation NEMO 80% 80% 80%

Pascale Bouruet-Aubertot

Prof. 2.2.1, 4 10% 10% 10%

Yannis Cuyppers MC 2.2.1, 4 20% 20% 20%

Praveen Kumar Thésitif 3.1.3 80% 50% -

Hugo Dayan Thésitif 3.2 20% 20% 20%

Margot Bador Stage Ingé. 2.2.1 50% - -

Matthieu Lengaigne

CR 2.2, 4, Coordination projet cyclones Expert Expert 50%

Sébastien Masson CR 2.2, 3, 4, Modélisation couplée NEMO/WRF

Expert Expert 40%

Guillaume Samson Postdoc 2.2, Modélisation couplée NEMO/WRF

Expert - -

Emmanuel Vincent Thésitif 2.2, Modélisation NEMO Expert - -

Gurvan Madec DR Modélisation océanique, 4 Expert Expert 10%

Univ. La Réunion

Miloud Bessafi MC 2.1, 3.1, lien collègues Malgaches 30% 30% 30%

Béatrice Morel MC 3.1, modélsation atmosphérique régionale.

10% 10% 10%

CERFACS Christophe Cassou CR 3.1.3, 3.1.4 15% 15% 15%

Eric Maisonnave IR Modélisation atmosphérique (Arpege) et couplée.

15% 15% 15%

Emilia Sanchez CR 15% 15% 15%

CNRM Fabrice Chauvin CR Modélisation atmosphérique (Arpege) et couplée, 2.2.2

50% 50% 50%

Anne-Sophie Daloz

Thésitif 2.2.2 100% 0% 0%

Hervé Douville DR 3.2 15% 15% 15%

Sophie Tyteca Tech. Modélisation atmosphérique (Arpege) et couplée.

30% 30% 30%

LEGOS Ariane Koch-Larrouy

CR 2.2, Modélisation couplée ROMS/WRF et

modélisation marée, 4

30% 30% 30%

Patrick Marchesiello

DR 2.2, Modélisation couplée ROMS/WRF

Expert Expert Expert

Florent Lyard DR Modélisation marée, 4 Expert Expert Expert

Laurent Testut CR Modélisation marée, 4 15% 15% 15%

LPO Pierrick Penven CR 2.2.1 Expert Expert Expert

LACy Matthieu Plu CR 2.2.1, lien CMRS La Réunion Expert LMD Jean-Philippe

Duvel DR 4, Lien Cindy-Dynamo France

Expert


Annexe : liste des collaborateurs et des outils

Liste des points de contact (niveau International) Pays Institut Nom Rôle dans projet Madagascar DYACO Antananarivo Adolphe Ratiarison 3.1.1, 3.1.2, 3.1.3 Univ. Diego Hary Razafindrabe 3.1.1, 3.1.2, 3.1.3 Météorologie Zo Rabefitia 3.1.1, 3.1.2, 3.1.3 Univ. Tuléar Olga Ramiarinjanahary 3.1.1, 3.1.2, 3.1.3 Inde INCOIS M. Ravichandran Liens Argo (campagne TRIO) NIO A.S. Unnikrishnan 3.1.4 Japon JAMSTEC K. Yoneyama Liens Cindy-Dynamo USA Univ. Miami C. Zhang Liens Cindy-Dynamo PMEL (NOAA) M. McPhaden Liens RAMA Univ. Washington G. Foltz 2.2..1 Univ. Washington R.C. Lien Mouillage Cindy Dynamo Oregon State University M. Behrenfeld Mesures biogéo. TRIO UK Univ. East. Anglia K. Heywood Gliders Cindy-Dynamo Univ. East. Anglia A. Matthews Gliders Cindy-Dynamo

Liste des outils mis en place ou à mettre en place Outil Labo(s) Avancement Détails Stations météo SOOI

Météo et universités Malgaches, Univ. Réunion, CRC

A faire. Réalisation d’une base de donnée homogène à partir de stations sur Madagascar, le Mozambique, La Réunion, Mayotte et les iles éparses de l’océan Indien.

WRF SOOI CRC Expériences en cours.

WRF (modèle régional d’atmosphère) sur domaine SOOI. Bonne expérience de la mise en place de configurations de WRF au CRC.

Arpège couplé, zoom SOOI

CNRM

A mettre en place.

Arpège : modèle de climat et de prévision de Météo France. Une version identique existe déjà sur l’Atlantique.

Arpège, version AGCM global

CNRM CERFACS

Certaines expériences existent déjà.

Expériences de sensibilité pour évaluer le rôle des anomalies de SST des différents bassins sur le SOOI.

Arpège couplé, runs du GIEC

CERFACS Expériences en cours.

Analyses de la variabilité décennale et du changement climatique sur l’Océan Indien

NEMO, Indien LOCEAN Implémenté. Expériences disponibles.

Modèle de circulation générale océanique. Ensemble de l’Océan Indien au ¼° et 1/12°. Analyse de la signature océanique des cyclones et de la circulation dans le SOOI.

WRF, Indien LOCEAN Implémenté. Expériences disponibles..

Ensemble de l’océan Indien à 50 km et 25 km. Expériences longues effectuées (cyclogenèse).

NEMO-WRF, Indien

LOCEAN Implémenté. Expériences à réaliser.

NEMO et WRF couplés, à 25km de résolution sur l’ensemble de l’océan Indien : rôle des processus océaniques dans la cyclogenèse.

ROMS-WRF, Indien

LEGOS A mettre en place

ROMS et WRF couplés, au 1/3° de résolution sur l’ensemble de l’océan Indien : rôle des processus océaniques dans la cyclogenèse.

TUGO Indien LEGOS A mettre en place.

Modèle de marée, à mettre en place sur l’ensemble de l’océan Indien. Estimation de l’énergie disponible pour la marée interne.

ROMS SOOI LPO Existe. Configuration régionale centrée sur le canal du Mozambique. Analyse de la signature océanique de cyclones dans cette région.

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