La structure d’un cyclone tropical


Le cyclone est partie intégrante de la circulation générale atmosphérique


Pour se développer, il a besoin d’énergie et il trouve celle-ci au sein des océans tropicaux. Il constitue en quelque sorte une soupape de libération d’un surplus d’énergie. Cette chaleur empruntée à l’océan est ensuite évacuée vers les régions déficitaires des latitudes moyennes et élevées, contribuant ainsi à préserver l’indispensable équilibre énergétique de l’ensemble Terre/Atmosphère.

La structure générale d’un cyclone, ouragan ou typhon est caractérisée par une énorme masse nuageuse pouvant s’étendre sur un rayon de 500 à 1000 km, organisée en bandes spiralées convergentes en un anneau central compact et étroit d’un système tropical qui est en moyenne comprise entre 10 à 35 km/h. Cependant certaines structures peuvent avoir une vitesse moindre et même rester stationnaire quelque temps.

Tip 2000 km de diamètre !

Le cyclone est un vaste tourbillon d’air chaud et humide, de plusieurs centaines de kilomètres de diamètre dont la hauteur peut dépasser 15 kilomètres, cependant un système tropical peut avoir différentes tailles.

Partant du centre vers l’extérieur du phénomène, on rencontre successivement :

  • L’œil

 D’un diamètre de 30 à 60 km en moyenne, au sein duquel le vent est faible, le ciel plus ou moins dégagé, la pression très basse et la température relativement élevée.

  • Le mur de l’œil

Zone nuageuse annulaire, partant du voisinage du sol jusqu’au sommet du tourbillon, et constitué de nuages très épais donnant des précipitations parfois orageuses et des rafales extrêmement violentes. On y rencontre les vents les plus forts, c’est la zone la plus destructrice

  • Les bandes spiralées

Qui sont des lignes de grains s’enroulant en spirales autour du centre. On y rencontre toute sorte de nuages, dont les cumulonimbus orageux générateurs de trombes dévastatrices.

Dans un cyclone, les vents tournent autour du centre (œil) dans le sens des aiguilles d’une montre dans l’Hémisphère Sud et dans le sens contraire dans l’Hémisphère Nord. Ils atteignent des vitesses considérables augmentant à mesure que l’on s’approche du centre, et par rapport à la trajectoire du phénomène, les vents sont toujours plus forts dans la moitié gauche (HS) ou droite (HN) du système. Cette différence résulte du fait que d’un côté, la vitesse du déplacement s’ajoute à la vitesse propre du vent, alors que dans l’autre moitié elle se retranche.

Un écoulement divergent :

Dans les niveaux supérieurs d’un cyclone tropical, les vents s’éloignent du centre de rotation et manifestent une rotation anticyclonique, alors que les vents de surface sont fortement cycloniques et convergent vers le centre (voir image ci-dessus).

Écoulement convergent en surface mais divergent en altitude

Les différents éléments du cyclone

L’œil :

Le vent y est faible, la mer énorme, la pression atmosphérique la plus basse et les températures chaudes en altitude. En effet, la température de l’œil peut être plus élevée que l’air ambiant de 10°C ou plus à une altitude de 12 km et seulement de 2°C à la surface. Le dégagement de chaleur latente dans les niveaux supérieurs du cyclone élève la température intérieure du cyclone. Pour cette raison on dit des cyclones tropicaux qu’ils sont des tempêtes « à noyau chaud »

Toutefois, ce « noyau chaud » n’est présent qu’en altitude, la zone touchée par le cyclone à la surface est habituellement plus froide de quelques degrés par rapport à la normale en raison des nuages et des précipitations.
En général, il a un diamètre de 30 à 60 km (peut cependant varier de 8 à 200 km) et est composé d’air qui plonge lentement, alors que le mur de l’œil et par un écoulement vers le haut (mouvement ascendant).
Ainsi, on constate que plus l’on se rapproche de l’œil plus la pression baisse, plus la température augmente, plus les vents deviennent violents; par contre dans l’œil, les vents sont très faibles, la pression y est plus basse et la température y est la plus chaude.

Dans les systèmes tropicaux n’ayant pas atteint le stade de cyclone (64 kt or 33 m/s), l’œil n’est pas visible ou il n’est que partiel, car la subsidence n’est pas assez forte pour dissiper les nuages. On observe alors une couverture nuageuse centrale (CDO en anglais). Une fois que le stade cyclone est atteint, un œil apparaît en son centre et peut être observé à la fois sur les canaux visibles et infra rouges des images satellitaires.

Le mur de l’oeil :

Cette zone très dangereuse peut s’étendre sur un rayon de 150 km et se caractérise par des nuages à forte extension verticale (les cumulonimbus) dont les sommets atteignent 12 à 15 km d’altitude. Il est constitué principalement de cumulonimbus très développés, souvent organisés en bandes spirales resserrées ou en anneaux. Les mouvements verticaux de l’air y sont particulièrement rapides et responsables d’une turbulence extrêmement forte. Les précipitations atteignent leur intensité maximale et peuvent alors dépasser plusieurs dizaines de litres par heure et par mètre carré. Le mur de l’œil a un écoulement vers le haut.

Dans les cyclones les plus intenses, on observe un cycle de remplacement du mur de l’œil en vertu duquel des murs concentriques se forment et remplace le mur de l’œil.

Le déroulement d’un cycle :

  • Le mur de l’œil se contracte sous la pression du vortex
  • Un ou plusieurs murs externes, plus ou moins concentriques, se forment à partir des bandes orageuses du cyclone, car ils ont un accès plus direct à l’humidité et à la chaleur
  • Le mur externe s’intensifie
  • Entre le mur externe et le mur interne se développent des courants d’air descendants entraînant l’air sec de la haute troposphère
  • Lair sec descendant provoque la dissipation des nuages convectifs et la rupture des murs internes
  • Le mur externe se resserre et prend la place de l’ancien mur
  • La hausse de pression résultant de la dissipation du mur de l’œil intérieur, plus rapide que la chute de pression engendrée par l’intensification du mur de l’œil externe, affaiblit le cyclone momentanément et est souvent suivie d’une intensification.

La plupart des cyclones tropicaux intenses vivront un ou plusieurs de ces cycles. L’ouragan Allen, par exemple, en 1980 a connu plusieurs cycles de renouvellement qui l’on fait osciller entre les catégories 3 et 5 de l’échelle de Saffir-Simpson
et l’ouragan Juliette de 2001 est l’un des rares cas documentés de mur triple.

Cycle de remplacement du mur de l’oeil en image

Animation pour le cyclone Ike au nord d’Haiti en septembre 2008

Les mésovortex du mur de l’œil sont des tourbillons de très petite échelle que l’on retrouve dans le mur orageux central des cyclones tropicaux très intenses. Ils sont similaires à des tourbillons de succion dans les tornades à entonnoirs multiples

Des mesovortex dans l’oeil d’un cyclone

. Le vent peut y être jusqu’à 10 pour cent supérieur à celui dans le reste du mur. Ils sont communs à certains moments de la vie du cyclone. Ils ont un comportement singulier, effectuant généralement une orbite autour du centre du cyclone, mais occasionnellement demeurent stationnaires ou même traversent de part en part le centre.  Ces tourbillons sont un facteur important après que le cyclone ait touché terre. Les mésovortex peuvent en effet alors transmettre leur rotation aux orages inclus dans le système et la friction de la terre permet de concentrer celle-ci près du sol ce qui peut causer des groupes de tornades

Des mesovortex identifies sur un radar

Qu’est-ce le double mur au sein de l’oeil ? Et qu’est le moat (ou « douve ») dans un système

Les bandes nuageuses :

Ce sont des lignes de grains s’enroulant en spirales autour du centre. On note généralement une bande spirale principale et des bandes spirales secondaires. Elles s’étendent jusqu’à plusieurs centaines de kilomètres de l’œil.

Essentiellement constituées de nuages convectifs (cumulus et cumulonimbus) noyées au sein d’une vaste zone nuageuse, elles engendrent des précipitations intenses. Les courants verticaux ascendants et descendants y sont rapides entre la base et le sommet des cumulonimbus. Ils sont à l’origine d’une turbulence violente. À l’inverse, entre les lignes de grains, les courants descendants prédominent et les précipitations sont moins fortes.

Le Moat, une région où les pluies et les vents sont moins importants

L’énergie

Il y a plusieurs façons de mesurer l’intensité d’un système tropical :

  • La technique de Dvorak est une façon d’estimer la pression centrale et les vents d’un cyclone à partir de son organisation sur les photos satellitaires et de la température des sommets des nuages.

– les effets dévastateurs sur les zones traversées

Le National Weather Service américain estime que l’énergie réelle d’un système tropical se situe entre 2,2 x 1012 et 1,6 x 1018 Watts, mais ce calcul utilise plusieurs approximations sur les paramètres météorologiques.

Le NWS a donc développé une méthode rapide pour estimer l’énergie totale dégagée dans un tel système en tenant compte de la vitesse des vents, estimée ou notée, ainsi que la durée de vie du cyclone.

L’indice d’Énergie Cumulative d’un Cyclone (Accumulated Cyclone Energy ou ACE en anglais) utilise le vent maximum soutenu comme approximation de l’énergie cinétique et la somme par période de six heures durant la durée de vie du système.

Un sous-indice est celui du Potentiel de destruction d’ouragan, qui est le calcul de l’indice cumulatif, mais seulement durant la période durant laquelle le système tropical est de niveau cyclone tropical/ouragan/typhon. Ainsi l’indice peut comparer des systèmes de dimensions semblables, mais pourra sous-estimer un système ayant des vents moins violents tout en ayant un plus large diamètre.

Rudolph Homère Victor

AMS

Météorologiste

Mr météo.info

Les cyclones

Les ouragans

Réchauffement planétaire inégal

Comme le montre ce graphique, les tropiques reçoivent chaque année la plus grande quantité d’ensoleillement solaire, l’énergie reçue de l’espace étant supérieure à la quantité de rayonnement renvoyée. La circulation océanique et atmosphérique déplace ce surplus d’énergie des tropiques vers les régions les plus froides du globe. Les cyclones tropicaux constituent l’un des moyens utilisé par l’atmosphère pour redistribuer ce trop plein d’énergie.

La plupart des océans tropicaux du globe est affectée par des phénomènes tourbillonnaires connus sous les noms de cyclone, ouragan, typhon, tempête ou dépression tropicale. Chaque année, on dénombre environ 80 à 85 systèmes tropicaux, dont 2/3 atteignent le stade majeur de cyclone, ouragan ou typhon.
Les cyclones sont 2 fois plus nombreux dans l’Hémisphère Nord que dans l’Hémisphère Sud, et c’est le Nord-ouest du Pacifique qui détient le record, avec plus du tiers des phénomènes observés.

Les cyclones sur le nord-oust du Pacifique ( moyenne cumulative/année)

Le cyclone, ouragan ou typhon est un phénomène naturel dangereux, responsable en moyenne chaque année du décès de quelques 20 000 personnes, et d’énormes dégâts matériels. Ils font l’objet d’une surveillance particulière, afin que les populations puissent être informer dans les meilleurs délais et prendre toutes les dispositions pour en atténuer les effets.
Pour assumer cette mission de surveillance, des Centres Météorologiques Régionaux Spécialisés (CMRS) ont été désignés par l’Organisation Météorologique Mondiale (OMM) dans les différents bassins océaniques.

Les bassins cycloniques

Qu’est ce qu’un système cyclonique ?

Une perturbation d’échelle synoptique (large échelle) non accompagnée d’un système frontal, prenant naissance au dessus des eaux tropicales ou subtropicales et présentant une activité convective (des orages) organisée, ainsi qu’une circulation cyclonique, plus intense en surface qu’en altitude.  (Vocabulaire météorologique international issu de l’O.M.M)

Structurellement, un cyclone tropical est une large zone de nuages en rotation, de vents, et d’orages. La source d’énergie principale est le dégagement de chaleur latente causé par la condensation de vapeur d’eau  en altitude. On peut donc considérer le cyclone comme une machine thermique.

L’importance de la condensation comme source principale d’énergie, différencie les cyclones tropicaux des autres phénomènes météorologiques, comme les dépressions des latitudes moyennes qui puisent leur énergie plutôt dans les gradients de température (différence de températures dans le vertical ou l’horizontal) préexistantes dans l’atmosphère. Pour conserver la source d’énergie de sa machine thermodynamique, un cyclone doit demeurer au dessus de l’eau chaude qui lui apporte l’humidité atmosphérique nécessaire. Ainsi ,lorsqu’un certain nombre de conditions sont réunies, des formations nuageuses se développent et s’enroulent autour d’un centre de rotation, et, lorsque la pression atmosphérique baissera dans ce centre.

Le terme cyclone, a été forgé par le capitaine de marine anglais Henry Piddington (1797–1858) à la suite de ses études, sur la terrible tempête tropicale de 1789,
qui avait tué plus de 20 000 personnes dans la ville côtière indienne de Coringa.
En 1844, il publia ses travaux sous le titre The Horn-book for the Law of Storms for the Indian and China Seas. Les marins du monde reconnurent la grande qualité de ses travaux et le nommèrent président de la Marine Court of Inquiry de Calcutta.
En 1848, dans une nouvelle version agrandie et complétée de son livre The Sailor’s Horn-book for the Law of Storms, ce pionnier de la météorologie compara le phénomène météorologique à un serpent s’enroulant en cercle, «kyklos» en grec, d’où cyclone.

Donc, on appelle cyclone tropical,une dépression très creusée, d’origine tropicale, c’est-à-dire qui nait sous l’influence de fortes chaleurs combinées aux eaux très chaudes des latitudes tropicales.

Classification d’un système cyclonique

L’Organisation météorologique mondiale (l’O.M.M) a défini trois classes de perturbations tropicales en fonction de la vitesse du vent moyen sur 10 minutes (10-minute average wind) à une hauteur de 10 mètres :

Dépression tropicale :

Si le vent est < ou = à force 7 Beaufort = 62 km/h = 33 noeuds

Tempête tropicale :

Si le vent est compris entre force 8 et force 11 Beaufort ou entre 63 et 117 km/h ou entre 33 ou 63 noeuds

Cyclone :

Si le vent est > à force 12 Beaufort c’est-à-dire > à 117 km/h ou 63 noeuds (typhon dans le Pacifique Ouest, cyclone dans l’Océan Indien Sud & Nord et Pacifique Sud et ouragan pour l’Atlantique Nord & le Pacifique Nord-Est. Pour plus d’infos sur la classification des systèmes cycloniques suivant les bassins cycloniques.

Appellation suivant les régions

Les autres types de cyclones

Un cyclone extra-tropical parfois nommé cyclone des latitudes moyennes, est un système météorologique de basse pression, d’échelle synoptique, qui se forme entre la ligne des tropiques et le cercle polaire. Il est associé à des fronts, soit des zones de gradients horizontaux de la température et du point de rosée, que l’on nomme aussi « zones baroclines ».
Les cyclones extra-tropicaux ont des caractéristiques différentes des cyclones tropicaux, alimentés par la convection, et des cyclones polaires plus au Nord.
Ils sont en fait les dépressions météorologiques qui passent quotidiennement sur la majorité du globe. Avec les anticyclones, ils régissent le temps sur la Terre, produisant nuages, pluie, vents et orages.

Un cyclone subtropical une dépression subtropicale est un système météorologique qui a à la fois des caractéristiques tropicales et extra-tropicales. Ils se forment entre l’Équateur et 50 degrés de latitude (Nord et Sud). En effet, on y retrouve une activité orageuse autour de son centre qui tend à lui former un cœur chaud, mais on le retrouve dans une zone frontale faible. Avec le temps, la tempête subtropicale peut devenir tropicale.

Un cyclone polaire est un système de basse pression, couvrant habituellement une zone de 1 000 à 2 000 kilomètres, identique aux cyclones extratropicaux, dits dépressions des latitudes moyennes, mais qui se développe dans les latitudes arctiques et antarctiques. Les cyclones polaires se forment le long du front arctique, une bande de contraste thermique entre l’air venant des Pôles et celle venant des latitudes moyennes du globe. L’air circule dans ces dépressions dans le sens contraire des aiguilles d’une montre dans l’hémisphère Nord, et dans le sens inverse dans l’hémisphère Sud sous l’impulsion de la force de Coriolis.

Un phénomène analogue aux cyclones tropicaux existe sur l’océan Arctique, qu’on appelle:

Dépression polaire
Ces dépressions peuvent être plus violentes que les cyclones tropicaux, mais de taille plus réduites. Elles ont de 100 à 400 km de diamètre avec des vents de forces d’ouragans, se développant comme des bombes et durant une paire de jours seulement.
Ces systèmes dépressionnaires prennent naissance dans les zones de contrastes thermiques importants, comme à la bordure de la zone des glaces avec la mer ouverte, alors que de l’air très froid passe en altitude. Elles peuvent donner des conditions de poudrerie et de blizzard très localisées.

Un mésocyclone est une zone de rotation plus ou moins verticale dans un orage.
Cette circulation a un diamètre entre 1 et 15 km et elle est souvent associée avec une zone de pression plus basse dans le nuage. La rotation mésocyclonique peut mener à la formation d’une tornade dans certaines conditions, et c’est pourquoi sa détection par radar météorologique fait partie des indices qu’un météorologiste recherche dans la prévision des orages violents.

La petite histoire des prénoms

Baptiser les tempêtes, cyclones, ouragans ou typhons permet avant tout de réduire le risque de confusion entre les phénomènes, puisque plusieurs phénomènes peuvent exister sur un même bassin, et également de faciliter la communication entre les prévisionnistes et le public. Durant la Seconde Guerre Mondiale, les météorologistes américains qui avaient en charge le suivi et la prévision des systèmes tropicaux dans le Pacifique donnèrent des noms féminins aux systèmes. Cette pratique fut inspirée par le livre « Storm » de George Stewart en 1941, qui était un jeune météorologiste américain et qui nommait les systèmes extra-tropicaux du Pacifique du nom de ces anciennes petites amies. En 1945, les services de l’armée américaine adoptèrent une liste de noms pour les typhons du Pacifique Ouest.

Dans le bassin de l’Atlantique Nord

1950 fut la 1ère année où furent officialisés et baptisés les systèmes tropicaux de l’Atlantique et des Caraibes. En effet de 1950 à 1952 les systèmes tropicaux de l’Océan Atlantique Nord furent identifés par l’alphabet phonétique (A: Able, B : Baker, C : Charli, etc…), mais en 1953 le bureau de météorologie changea avec des noms féminins.
En 1979, l’O.M.M (Organisation Météorologique Mondiale) et le NWS (US National Weather Service) changèrent pour une liste de noms féminins et masculins
Ainsi :
– Le NHC de Miami a établi 6 listes qui sont reprises cycliquement tous les 6 ans (liste 2002 = liste de 1996)
– Cependant lorsqu’un ouragan a acquis un renom particulier et fâcheux, il est généralement retiré de la liste et remplacé par un autre, afin d’éviter toute confusion
– Les listes prévoient 21 prénoms d’origine américaine, française et espagnole de A à W, les lettres Q et U n’étant jamais employés par manque de prénom.

Dans le bassin du Nord-est du Pacifique

Les systèmes tropicaux avaient des noms féminins à partir de 1959, pour les systèmes évoluant près d’Hawaï, puis à partir de 1960 pour le reste du bassin. En 1978 une liste commune de noms masculins et féminins fut utilisée.

Dans le bassin Pacifique Nord-Ouest

Les systèmes cycloniques eurent des noms féminins dès 1945, et les noms masculins furent introduits en 1979. Depuis le 1er janvier 2000, les systèmes tropicaux dans le bassin Pacifique Nord-Ouest sont nommés à partir de nouvelles et différentes liste de noms.
Les nouveaux noms sont asiatiques et sont donnés par l’ensemble des nations et territoires membres du comité des typhons de l’O.M.M.
La liste composée est ainsi différente de celles des autres bassins cycloniques car elle ne comprend plus seulement des noms de femmes et d’hommes mais aussi des noms de fleurs, d’oiseaux, d’arbres, de montagnes; les noms ne sont pas classés par ordre alphabétique mais triés par les nations y ayant contribué selon leur ordre alphabétique.

Dans le bassin Océan Indien Nord

Les systèmes cycloniques sont nommés depuis 2006

Dans le bassin Océan Indien Sud-Ouest

Les premiers systèmes furent nommés dès la saison 1960/1961

Dans le bassin Australien et Pacifique Sud

Des noms féminins furent donnés dès 1964 aux systèmes cycloniques, puis une liste commune de noms masculins et féminins dès la saison 1974/1975

Maintenant nous avons ainsi une liste de noms pour les bassins de l’hémisphère Nord & de l’hémisphère Sud pour tous les systèmes tropicaux atteignant le stade de tempête tropicale. Pour les listes des noms donnés aux cyclones, ouragans ou typhons se rendre sur les sites Met Office & Weather.

Rudolph Homère Victor

Météorologiste

AMS