Tropical Cyclone rapid intensification in the southwest Indian ocean: internal processes and external influences

Intensification rapide des cyclones tropicaux du sud-ouest de l'océan Indien : dynamique interne et influences externes

Marie-Dominique Leroux (1)

1 LACy - Laboratoire de l'Atmosphère et des Cyclones

Despite significant improvements in Tropical Cyclone (TC) track forecasts over the past few decades, anticipating the sudden intensity changes of TCs remains a major operational issue. The main purpose of this thesis is to analyze TC rapid intensification processes in relation with external forcing induced by upper-level troughs originating from the mid-latitudes. The impact of initial storm structure on storm evolution and prediction is also documented. An objective definition for rapid intensification in the southwest Indian Ocean is first proposed. The location and frequency of TC-trough interactions are identified, as well as TC-trough arrangements conducive to TC intensification. An interesting study case, TC Dora (2007), is chosen to run numerical simulations initialized with synthetic TC observations blended in a global analysis. The simulated TC-trough interaction is intricate with potential vorticity (PV) advection from the trough into the TC core at mid and upper levels. Vortex intensification first occurs inside the eyewall and results from PV superposition. Further intensification is associated with a subsequent secondary eyewall formation triggered by external forcing from the trough. The numerical model is able to reproduce the main features associated with outer eyewall spin-up, inner eyewall spin-down, and their effects on vortex intensity changes. Another numerical study examines typhoons in the northwest Pacific and demonstrates the critical role played by initial vortex structure in TC track and intensity prediction. Upgrading the initial specification of a TC inner-core structure in numerical models is recommended for future TC prediction improvements.

La prévision d'intensité des cyclones tropicaux est un enjeu opérationnel majeur qui connaît encore de graves déficiences. Cette thèse vise à mieux comprendre les mécanismes d'intensification cyclonique en lien avec un thalweg d'altitude originaire des moyennes latitudes et à mettre en évidence le rôle des conditions initiales pour la prévision cyclonique. Une première étude climatologique définit un seuil objectif pour l'intensification rapide des cyclones dans le Sud-Ouest de l'océan Indien, caractérise la localisation et la fréquence des interactions cyclone-thalweg, tout en identifiant les configurations propices à l'intensification. Le cas de Dora (2007) est identifié pour simuler l'interaction grâce à un modèle numérique en assimilant les caractéristiques du cyclone dans une analyse globale. L'interaction cyclone-thalweg simulée est particulièrement complexe. Dans un premier temps, du tourbillon potentiel provenant du thalweg se superpose au coeur du cyclone en moyenne et en haute troposphère. Ensuite, un forçage dynamique induit une accélération de la circulation cyclonique tangentielle dans une région extérieure au mur de l'oeil principal, provoquant un cycle de remplacement du mur de l'oeil. Le modèle simule correctement les différentes phases d'intensification du cyclone, ce qui permet de relier l'intensification aux effets du thalweg sur le cyclone. Une deuxième étude numérique dans le Pacifique Nord-Ouest met en évidence le rôle de la structure initiale d'un cyclone sur la prévision de trajectoire et d'intensité. La prévision cyclonique future progressera en affinant la structure du coeur cyclonique spécifiée dans l'état initial de la prévision.

Mots clés: Numerical weather prediction; tropical cyclones; typhoons; vortex specification; rapid intensification; eyewall replacement cycle; beta effect; vortex Rossby wave; mid-latitude trough; Rossby wave breaking; potential vorticity; southwest Indian ocean; northwest Pacific

Mots clés: Prévision numérique du temps; cyclones tropicaux; typhons; bogus et structure initiale; intensification rapide; cycle de remplacement du mur de l'oeil; effet beta; onde de Rossby de vortex; thalweg des moyennes latitudes; déferlement d'onde de Rossby; tourbillon potentiel; océan Indien Sud; Pacifique Nord-Ouest

Domaines: Physique Atmosphérique et Océanique [physics.ao-ph]

Marie-Dominique Leroux. Intensification rapide des cyclones tropicaux du sud-ouest de l'océan Indien : dynamique interne et influences externes. Physique Atmosphérique et Océanique [physics.ao-ph]. Université de la Réunion, 2012. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01131171v1⟩