1. Introduction et Objectifs : le flux de mousson, l'oscillation Nord-Atlantique
2. Justifications scientifique et technique
3. Moyens proposés
4. Organisation de la réunion
5. Annexe : Bibliographie

1. Introduction et Objectifs

=> d'améliorer la connaissance de la variabilité du climat en Afrique de l'Ouest,

=> de valider à partir des données satellitaires, un certain nombre d'indicateurs de tendance climatique (à moyen terme) pour la région intertropicale de l'Afrique,

=> contribuer à l'émergence d'un pôle régional Ouest-africain de compétences sur le sujet,

=> fournir aux Centres de Prévision Météorologiques africains, un complément (voire sur le long terme, une alternative) économique aux radiosondages classiques, points d'appuis des modèles actuels.

    Les exposés introductifs sur un état des connaissances et des techniques seront la base indispensable de la première réunion de ce réseau. Ils n'en constitueront cependant pas l'unique objet, de nombreux séminaires ou conférences internationales sur les questions du climat, se tiennent déjà de façon périodique, à l'initiative d'organismes spécialisés (Omm, Unesco, Association Internationale de Climatologie,...).

    La réunion projetée à Dakar en 1996 sera un atelier de travail, entre partenaires identifiés, qui reconnaissent l'opportunité d'une certaine coopération régionale pour la maîtrise de capteurs satellitaires de l'environnement climatique de la région intertropicale et de l'Ouest africain.

    Les deux principales composantes du climat, à la connaissance desquelles, ce réseau souhaite contribuer sont:

-> 1. le flux de mousson qui intéresse la ceinture intertropicale atlantique ou africaine; ce flux est lié à l'activité des anticyclones subtropicaux de l'hémisphère Sud (anticyclone de Sainte Hélène, anticyclone des Mascareignes),

-> 2. l'oscillation Nord-Atlantique, qui intéresse la région de l'anticyclone des Açores et le climat dans le Nord-Ouest Africain.

    La base technique du projet à développer, repose sur un réseau existant, de compétences et données acquises au niveau des stations de réception Noaa (La Réunion, Nairobi, Niamey, Dakar, Casablanca, Fortaleza ou Cayenne), et de deux centres spécialisés dans le traitement du vent (Ers-1) à l'Ifremer-Brest, du contenu en humidité (Ssm/I) et du sondeur vertical (Tovs) au Cms-Lannion.
 
 

• un protocole d'échange de données, entre les différents sites de réception de données,
• un accord pour un programme de validation des sorties du sondeur vertical (Tovs) en zone intertropicale,
• un recueil de contributions sur :

* Les méthodes de restitution de paramètres atmosphériques

à partir de données de satellites,

* la sensibilité de différents indicateurs (Tsm, Zitc, zones de

subsidence) à la variabilité du climat de l'Afrique de l'Ouest et

de la région intertropicale de façon plus

générale,

* leur aptitude à définir des tendances du climat (et partant,

leur contribution potentielle à une alerte précoce),

• La publication des ces contributions dans l'une des séries de l'Orstom ou dans une revue de climatologie (ex; revue de l'AIC, Association Internationale de Climatologie).

2. Justifications

2a. Justification scientifique

    Le tropique Nord sépare les pays climatiquement liés à la Zone Intertropicale de Convergence de ceux dépendant de l'oscillation Nord Atlantique. Les saisons pluvieuses y sont d'ailleurs décalées dans le temps.

    Nous présenterosn ci-après ces deux régions, en conservant à l'esprit le côté simplificateur que peut avoir cette séparation: A l'échelle globale en effet, les anticyclones des Açores, de Sainte-Hélène ou des Mascareignes sont autant de centres d'actions d'un même système climatique dont l'équilibre reste sensible " au changement en position ou en intensité de l'un d'eux" (adapté de Janicot, 1990).

     La variabilité du flux de vapeur d'eau qui alimente la mousson peut être un élément déterminant les excédents ou déficits de la pluviométrie.

    Dans le cas de la mousson ouest-africaine, les sources potentielles de la vapeur d'eau sont le Golfe de Guinée, la grande forêt équatoriale d'Afrique et l'océan Indien par des flux d'altitude. La contribution relative des flux de vapeur d'eau qui en sont issus reste mal cernée:

    La planche ci-après donne une illustration schématique (reprisede Janicot, 1990) des principaux flux en présence.

=> De Félice et al. (1982), et Cadet et Nnoli (1987) ont montré l'importance des flux d'Est dans les couches moyennes (850-600hPa) et supérieures (600-300hPa), qui assurent l'essentiel du transport de la vapeur d'eau au-dessus de l'Afrique de l'Ouest,

=> Dhonneur (1974) privilégie l'importance relative des flux d'altitude (AEJ et TEJ), tandis que Krishnamurti et Kanamitsu, (1978), considèrent que l'intensité de la cellule de Hadley (dont la branche inférieure en Atlantique Sud alimente le flux de mousson) est la clé de la variabilité des pluies de la zone intertropicale,

=> l'analyse de données Meteosat/Analyses du Centre Européen, aboutit à l'importance des flux de basse couche alimentant la mousson ouest-africaine et la position en longitude de l'anticyclone de Sainte-Hélène (Citeau,1992),

=> quant à la vapeur d'eau, il apparaît selon Dhonneur (1974) ou Stephens (1990) que c'est davantage son transport que sa disponibilité qui constitue le facteur limitant,

=> une analyse plus récente à partir des données du canal Vapeur d'Eau de Meteosat, illustre de façon indirecte une composante de ce transport en Atlantique Sud (Citeau et al.,1994); cette étude représentant typiquement l'approche satellitaire et climatique que nous souhaitons privilégier dans le réseau " Satellite et Climat ", nous en donnons ci-après la substance:

    Le canal Vapeur d'Eau de Meteosat (WV) donne une image de l'humidité à un niveau voisin de 500hPa (Desbois et al.,1988) et se comporte comme un remarquable traceur des zones de subsidences; une simple moyenne d'images sur une semaine révèle en effet, la position moyenne des anticyclones de Sainte Hélène, de Libye et des Açores et peut fournir une approche élémentaire de la circulation verticale en Atlantique Sud:

    Si l'on admet que la différence des réponses radiométriques entre zone de convergence (ZITC) et zone de subsidence (fig.1) puisse être reliée à l'intensité de la cellule de Hadley en Atlantique Sud, il est naturel (selon Krishnamurti) d'associer aux minima d'intensité, les saisons des pluies déficitaires (1983, 1984, 1992) et aux maxima les saisons des pluies excédentaires (1988,1994).

    La figure 2 illustre cette différence des comptes numériques de juin à septembre.

    Cette analyse ne préjuge pas d'une relation biunivoque entre les deux types d'événements, mais simplement de la contribution probablement plus importante de la cellule de Hadley pour les différentes années citées.

 * Cette courte revue de travaux confirme l'intérêt d'affiner la connaissance du transport de vapeur d'eau, pour la compréhension de la mousson africaine.
 

2a.2 Oscillation Nord Atlantique (NAO)

    Cette oscillation traduit dans la région de l'Atlantique Nord, l'équilibre entre les masses d'air subtropicales et les masses d'air subpolaires. Ainsi nommée et décrite par Walker dans les années 1920, sa variabilité affecte les signaux saisonniers de gradient de pression dans les basses couches de l'atmosphère, l'intensité des vents d'Ouest, la température de surface de la mer et de façon plus générale, le climat du Nord-Ouest de l'Afrique.

 " Défini par la différence de pression au niveau de la mer entre les régions des Açores et l'Islande, l'indice NAO quand il est positif a pu être relié à des déficits pluviométriques au Maroc, un régime de vents d'Ouest forts en Atlantique et des anomalies positives de température de surface de la mer. A l'opposé, des valeurs négatives de cet indice s'observent avec des hivers pluvieux. Enfin, si ce phénomène se manifeste durant toute l'année, son rôle sur la circulation et la variabilité du climat, en dehors de la période de l'hiver, reste mal connue " (WMO, 1995).

    Les études entreprises au Maroc (Dmn) dans ce domaine, s'appuient sur des séries historiques de données et sur la mise au point d'un modèle de prévision climatique. Ce modèle s'est révélé particulièrement sensible aux températures de surface de la mer et gagnerait à être alimenté de plus nombreux profils verticaux de température de l'air (Moksitt, comm.pers.).

    Les données de satellites peuvent ici apporter les contributions suivantes au niveau:

• de la température de surface océanique (déduite de Meteosat ou Noaa)
• du profil vertical de température de l'air après " inversion " du sondeur vertical Tovs de Noaa (comme précédemment),
• de la représentation spatiale de la pression de surface (déduite du géopotentiel) sur l'ensemble de la région des Açores ou de l'Atlantique Nord.

    La faible densité du réseau synoptique en Afrique intertropicale est un handicap reconnu aux progrès des études sur le climat dans la région, voire à la précision des modèles sur cette région.

    L'alternative satellitaire aux observations classiques, trouve ici plus qu'ailleurs une justification qui a convaincu les bailleurs de fonds (Coopération Française) et agence de développement (Pnud, Fao) à couvrir progressivement le continent, avec un réseau de stations de réception Meteosat et Noaa, de Nairobi (Kmd), Niamey (Agrhymet/Acmad) à Dakar (Asecna, Cse et Utis)...

    L'optimum d'exploitation de ces données satellitaires, reste cependant à atteindre, tous les paramètres n'étant pas complètement validés:

    Les données du sondeur vertical Tovs (à bord du satellite Noaa) ont pour mission de fournir la distribution verticale des paramètres de l'atmosphère. Ces données sont généralement traitées par l'un des deux logiciels de restitution qui existent actuellement: Itpp de l'Université de Madison ou 3I du Laboratoire de Météorologie Dynamique (Chédin et al., 1986).

 - en zone tempérée et pour l'Europe, les traitements donnent des sorties comparables aux sorties de modèle (Rochard, comm. pers.)

 - dans les régions intertropicales, cette restitution est moins satisfaisante et un effort de validation est nécessaire; il a du reste été entrepris à la Funceme (Fortaleza, Brésil) et à Utis (Dakar, Sénégal). Un exemple des résultats obtenus est donné ci-après:

    En Afrique de l'Ouest (région intertropicale), l'application faite du logiciel Itpp4 (Univ. de Madison, Wisc.) aux orbites Tovs, indique qu'une restitution convenable de la température de l'air (fig. 3) peut être obtenue en modifiant la climatologie initiale; l'humidité ne peut être pour l'instant exploitée.

    A différents niveaux, la maîtrise de cet instrument dans les différentes régions de l'Afrique, représente à terme, un réel objectif de développement:

• une meilleure connaissance des paramètres de l'atmosphère, eux-mêmes introduits dans les modèles, ne peut qu'améliorer les prévisions climatiques,
• en termes d'économie immédiate, le sondeur vertical offre une alternative ou un complément d'information économique aux coûteux radiosondages (300ff par lancer),
• l'investissement intellectuel et technologique qu'il exige, n'a guère été entrepris en dehors des régions tempérées (développées) et reste donc indispensable dans la zone intertropicale,

a) Les données de satellites actuellement en orbite permettent potentiellement d'atteindre:

• différents paramètres de la structure verticale de l'atmosphère (température, géopotentiel, pression en surface, vent en altitude) grâce aux données Noaa/Tovs,
• la température de surface de la mer à partir de Meteosat ou de Noaa,
• le contenu intégré en vapeur d'eau à l'aide de données Ssm/I, et partant le flux de vapeur d'eau dans les basses couches de l'atmosphère,
• les flux à l'interface air-mer: flux de chaleur sensible et flux de chaleur latente,
• enfin, dans certaines conditions, le vent dans les basses couches de l'atmosphère par couplage de profils verticaux de température (Tovs) avec des vents de surface (Ships et Ers-1) dans un modèle de couche limite atmosphérique,

c) pour les paramètres à valider (ex. profil vertical de température de l'air, humidité de l'air), un protocole d'acquisition et d'échange de données brutes et de données de validation (radiosondages) doit être mis en place. Différentes procédures de validation seront proposées; elles seront exploitées localement par chaque équipe.

d) des différentes expériences locales est escomptée l'élaboration d'une synthèse régionale des paramètres du climat exploitable tant par les prévisionnistes que par les chercheurs.

    les données du satellite Meteosat, peuvent fournir une indication sur la circulation verticale dans les zones de subsidence,

 - la notion d'un " indice Sud Atlantique " (différence de pression en surface entre la région de Sainte-Hélène et la Zone de Convergence), mérite d'être précisée,

    Le fonctionnement d'une recherche au sein d'un réseau implique la communication des acquis et la mise en oeuvre d'expériences nouvelles:

- la première condition nécessaire est d'abord la réunion de ce réseau, objet de cette requête en vue d'un état des connaissances, du savoir-faire et des attentes et contributions de chaque partenaire.

4. Organisation de la réunion

    Il est prévu de tenir cette réunion à Rabat, l'Ecole Mohammadia d'Ingénieurs et la Direction de la Météorologie Nationale marocaine accueillant cet atelier.

    La relative proximité en Afrique de l'Ouest, des centres d'acquisition et de traitement de données de satellites, au Niger (Acmad, Aghrymet), au Sénégal (Lpa, Utis(Isra/Orstom, Asecna, Dmn) et au Maroc (Dmn, Emi,...), ne peut que favoriser l'émergence d'un pôle régional Ouest-africain de compétences en cette matière.

4a. Responsable et partenaires

Responsable: Citeau Jean, Directeur de recherches Orstom,
Organisme requérant: Orstom - Paris,
Partenaires du projet:
 

    Un autre degré de parenté existe également sur le plan technique: les termes du rapport de mission (au Kmd par Guy Rochard) joint en annexe, pourraient en effet s'appliquer à toute l'Afrique intertropicale (faiblesse des modèles, faiblesse du réseau, intérêt du Tovs).

    Leur participation (associée à l'espace scientifique francophone décrit plus haut) pourrait donc étendre de façon utile la base de validation des données du sondeur vertical.

    Le financement de cette participation éventuelle, citée pour des questions de rigueur scientifique, ne figure pas dans la présente requête.
 

5. Annexe: Bibliographie

Cadet, D.L. and Houston, S.H., 1984: Precipitable water over Africa and the Eastern/Central Atlantic ocean during the 1979 summer. Journal of Meteorological Society of Japan, 62, 5, 761-774.

Cadet, D.L. and Nnoli N.O., 1987: Water transport over Africa and the Atlantic ocean during summer 1979, Q.J.R. Meteorol. Soc., 113, 581-602.

Chédin, A., N.A. Scott, C. Wahiche, P. Molinier, N. Husson and P. Sitbon, 1986: The "3I" procedure applied to the retrieval of meteorological and climate parameters fromm Noaa-7. Ocean-Air Interactions, 1, 0101-0029, Harwood academic ed. GmbH.

Citeau J., 1992: Les satellites Météorologiques, Une approche nouvelle de la connaissance du climat au Sahel. Thèse de doctorat de l'Université Paul Sabatier - Toulouse, 110 pages et annexes

Citeau J, M. Carn, S Fongang and P. Sagna, 1994: Relationships between western Africa ITCZ and St-Helena anticyclone suggested by a watch of Meteosat-WV channel. Proc. of the International Conference on Monsoon Variability and Prediction WCRP-84, WMO/TD-No 619, 93-98.

De Félice,P., A. Viltard et M. Camara, 1982: Vapeur d'eau dans la troposphère en Afrique de l'Ouest. La Météorologie.VIe 29 et 30, 129-134.

Desbois, M., Kayiranga, T., Gnamien, B., Guessous, M.S. and Picon, L., 1988: Characteristics of some elements of the sahelian climate and their interannual variations for July 1983,84 and 85 from the analysis of Meteosat ISCCP data., Journal of Climate, 1, 9, 841-879.

Janicot S., 1990: Variabilité des précipitations en Afrique de l'ouest et circulation quasi-stationnaire durant une phase de transition climatique. Thèse de Doctorat, Paris VI, 193pp.

Krishnamurti, T.N. and Kanamitsu, M., 1978: Northern summer planetary-scale monsoons during drought and normal rainfall months. Mon. Wea. Rev., 106, 3, 331-347.

Krishnamurti, T.N, 1986: Workbook on numerical weather prediction for the tropics for the training of Class I and Class II meteorological personnel. WMO, 669.

Stephens, G.L., 1990: On the relationship between water vapor over the oceans and sea surface temperature. Journal of Climate, 3, 6, 634-645.

WMO, 1995: The Global Climate System Review. Climate System Monitoring, June 1991-November 1993. WMO, 819