Etude diagnostique de nouvelles données climatiques : les réanalyses. <br />Exemples d'application aux précipitations en Afrique tropicale - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2000

Diagnostic studies of new climate dataset: the
Reanalysis data. Examples of rainfall studies over tropical Africa

Etude diagnostique de nouvelles données climatiques : les réanalyses.
Exemples d'application aux précipitations en Afrique tropicale

Résumé

This study establishes an objective diagnosis of NCEP/NCAR reanalysis data reliability over tropical Africa at intra-seasonal to interannuel space scale. The reanalysis data are an original database available over 1958-1998 period which combines observations and atmospheric model outputs and allows us to better understand global scale atmospheric dynamics. The study of data reliability allows us to identify a great number of recommendations for using them. Over tropical Africa, the homogeneous period which should be extracted goes from 1968 to 1998. Before this year, reanalysed datasets should be used with greatest caution. However, during this period, the SMWDA, a statistical method used to detect abrupt shifts in time series and to localize them, shows three major dates: 1976/77, 1983/84 and 1987/88, that could we found in a great number of atmospheric parameters. Surface parameters like rainfall show greatest number of abrupt shifts. The most reliable atmospheric parameters among 12 that we have tested are parameters for which the NCEP model has assimilated a maximum of observations (air temperature, geopotential height, winds ...). Over tropical Africa, these parameters are representative of realistic climatic fields. The parameters associated to hydrological cycle are not very reliable. A detailed study of rainfall has showed pronounced differences between reanalysis and observation dataset. The major problems identified are an existence of many shifts in time series, a strong underestimation of seasonal cycle, time series are dominated by a low-frequency variability and a frequently incoherent interannuel variability. Thus reanalyses rainfall should not be used over tropical Africa.
Teleconnections between major sea surface temperature anomalies and tropical African rainfall variability have been investigated to determine the ability of reanalysis to help the understanding of the role of atmospheric circulation. Ocean signals which have the strongest relationship with African rainfall are eastern Pacific SST (NINO3) characterizing the El Nino Southern Oscillation (ENSO) and southern tropical Atlantic SST (SATL). At continental scale, 5 typical teleconnection types have been highlighted with SATL according to the relationship seasonal evolution and 4 types with NINO3. The reanalysis data have been used to better understand atmospheric mechanisms when a teleconnection occurs. For July-September, October-December and January-March 1968-1998 rainy seasons, composite analyses have been made according to the years of strong SST anomalies and years abnormally dry and wet over different African regions. The comparison of composite results allows us to highlight ocean-atmosphere forcing associated to ENSO via east-west and north-south components of atmospheric divergent circulation as more regional ocean-atmosphere forcing apart from ENSO and atmospheric forcing linked to land surface conditions.
Le travail établit un diagnostique objectif de la fiabilité des données de réanalyse du NCEP/NCAR en Afrique tropicale aux échelles intra-saisonnière à interannuelle. Les réanalyses sont une base de données originale, disponible sur la période 1958-1998, combinant des données d'observations et des sorties de modèle atmosphérique, qui permet d'appréhender la dynamique atmosphérique à l'échelle globale. L'étude de la fiabilité de ces données nous a permis de dégager un certain nombre de recommandations pour leur utilisation. En Afrique tropicale, la période homogène à extraire pour l'analyse du climat va de 1968 à 1998. Cependant, au sein de cette période, la SMWDA, méthode statistique servant à détecter les ruptures d'homogénéité et à les localiser, a permis de mettre en évidence trois dates majeures: 1976/77, 1983/84 et 1987/88, que l'on retrouve dans un grand nombre de paramètres atmosphériques. Ce sont les paramètres de surface comme les précipitations qui sont le plus touchés par ces ruptures d'homogénéité. Les paramètres atmosphériques les plus fiables parmi les 12 testés sont les paramètres pour lesquels un grand nombre d'observations a été assimilé dans le modèle du NCEP (température de l'air, hauteur géopotentiel, vents ...). En Afrique tropicale, ces paramètres sont représentatifs de champs climatiques réalistes. Ce sont les paramètres liés au cycle hydrologique qui soulèvent le plus d'interrogations notamment du fait de la difficulté pour les valider. L'étude approfondie des précipitations a montré l'importance des écarts entre les réanalyses et l'observation. Les problèmes majeurs identifiés sont la présence de nombreuses ruptures de stationnarité, une sous-estimation marquée de l'amplitude du cycle saisonnier, la présence d'un signal basse fréquence dans les chroniques et l'incohérence dans la variabilité interannuelle. Face à ce constat, les précipitations du NCEP ne peuvent être utilisées dans une étude climatique sur le continent africain.
Le thème des téléconnexions entre les principales anomalies de températures de surface océanique (TSO) et la variabilité pluviométrique en Afrique tropicale a été investi afin de déterminer dans quelle mesure les réanalyses permettent d'améliorer les connaissances sur le rôle de la circulation atmosphérique. Les deux signaux océaniques qui ont des relations statistiques fortes avec la pluviométrie en Afrique tropicale sont d'une part les oscillations des TSO du Pacifique équatorial oriental (NINO3) signant le phénomène El Nino Southern Oscillation (ENSO), et d'autre part les variations plus lentes des TSO de l'Atlantique tropical sud (SATL). À l'échelle du continent africain, 5 types de téléconnexions ont été identifiés avec SATL en fonction de l'évolution saisonnière de la relation, et 4 types avec NINO3. Les réanalyses ont été utilisées pour mieux comprendre les mécanismes atmosphériques lors de l'occurence de ces téléconnexions. Pour les saisons des pluies juillet-septembre, octobre-décembre et janvier-mars, des analyses composites ont été réalisées en fonction des années d'occurence de fortes anomalies de TSO et des années anormalement sèches et pluvieuses sur différentes régions d'Afrique tropicale sur la période 1968-1998. La comparaison des différentes composites a permis de mettre en évidence des forçages océano-atmosphériques associés à l'ENSO,via les composantes méridienne et zonale de la circulation divergente de l'atmosphère, ainsi que des forçages océano-atmosphériques plus régionaux indépendamment de l'ENSO et des forçages atmosphériques associés à des conditions de surface continentale.
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Dates et versions

tel-00012042 , version 1 (26-03-2006)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00012042 , version 1

Citer

Isabelle Poccard-Leclercq. Etude diagnostique de nouvelles données climatiques : les réanalyses.
Exemples d'application aux précipitations en Afrique tropicale. Géographie. Université de Bourgogne, 2000. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00012042⟩
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