Étude des fortes précipitations sur la côte méridionale ouest-africaine

Début de thèse : septembre 2016

Financement : bourse d’excellence Eiffel, cotutelle uB / université d’Abomey-Calavi

Encadrants : Expédit Vissin (université d’Abomey-Calavi) et Pierre Camberlin (équipe CRC, codirecteur)

Soutenue le 10 décembre 2021

Résumé

L’étude des précipitations extrêmes sur le littoral méridional ouest-africain (LMOA) vise à caractériser la climatologie, les variations et tendances, la dynamique spatio-temporelle et les paramètres atmosphériques des précipitations extrêmes. Pour atteindre ces objectifs, il a été utilisé trois types de données : les données pluviométriques journalières in situ issues de 31 stations réparties dans les parties méridionales du Bénin, Togo, Ghana et Côte d’Ivoire ; les estimations de précipitation par satellite (SRE) telles que TRMM, CHIRPS et PERSIANN-CCS ; ainsi que des réanalyses issues de Era-Interim. Les événements extrêmes sont définis à l’échelle journalière comme ceux dépassant le 95^e centile local (P95). On en dérive deux indicateurs : le nombre de jours dont la pluviométrie dépasse le P95 (NJPS95) et la contribution du cumul des précipitations supérieures au P95 par rapport au cumul annuel (CPS95).

Les précipitations le long du littoral sont plus intenses que celles de l’intérieur du continent (P95 de 64,5 mm/j en moyenne pour les stations littorales contre 50 mm/j pour les stations continentales). Les précipitations extrêmes sont concentrées au cours de la période mai-juin-juillet où le maximum est atteint en juin. Il existe aucune différenciation littoral/intérieur du continent quant à la variabilité et à la tendance des précipitations extrêmes. Cependant, le NJPS95 et le CPS95 enregistrent au niveau de plusieurs stations littorales une baisse significative sur la période 1951 – 2015. En revanche sur la période 1981 – 2015, les données (in situ et CHIRPS) révèlent des tendances à la hausse du NJPS95 et du CPS95 en Côte d’Ivoire et au Bénin/Togo, mais pas au Ghana où aucune tendance n’a été mise en évidence. De fait, la reprise pluviométrique observée par plusieurs auteurs dans la zone guinéenne, trouve son explication dans l’apport de plus en plus élevé qu’ont les précipitations extrêmes (quant à la fréquence et leur cumul) dans la pluviométrie.

Une classification des jours de précipitations extrêmes est réalisée en fonction de la répartition spatiale des pluies. Les fortes précipitations de type 1 caractérisées par des précipitations importantes à l’est du LMAO (Togo, Bénin et ouest du Nigéria), sont induites par des systèmes dynamiques de type MCS (mesoscale convective systems), qui naissent à l’Est de 5°E. Les précipitations intenses de type 2 qui s’individualisent des autres types par une partie centrale du littoral sèche entourée à l’Est (frontière Ghana-Togo et Bénin) et à l’Ouest (Côte d’Ivoire) du LMAO par de fortes précipitations, sont provoquées par des MCS peu intenses à propagation Est-Ouest. Les précipitations extrêmes de type 3 qui se singularisent par l’occurrence de fortes précipitations sur tout le long du LMAO sur deux jours successifs, sont pilotées par un système perturbé dynamique (venant du fond du golfe de Guinée et migrant vers l’ouest) combiné à des cellules stationnaires. Les précipitations intenses de type 4 qui ont la particularité d’être localisées uniquement à l’ouest du cap des Trois-Pointes et pendant deux jours successifs, sont associées à des systèmes stationnaires. Enfin, les fortes précipitations de type 5 sont singulières en ce sens où elles se produisent uniquement à l’ouest du littoral, sur des jours isolés. Elles sont régies par des MCSs qui naissent ou se réactivent au-dessus du cap des Trois-Pointes. En termes d’organisation des séquences pluvieuses, si à Accra la majorité des événements pluvieux extrêmes sont isolés, à la station de Cotonou (et surtout Abidjan) les précipitations extrêmes s’insèrent dans des séquences pluvieuses dont la durée est plus longue (couramment 2 jours et 3 jours de pluvieux respectivement à Cotonou et Abidjan).

Enfin, il ressort que chaque classe s’insère dans des configurations atmosphériques et océaniques partiellement distincte. Les précipitations extrêmes de type 1 sont pilotées par une CAPE et une humidité supérieure à la normale au sud Togo, Bénin et ouest du Nigéria. Ces deux paramètres amplifient la convection à l’intérieur des MCSs eux-mêmes entretenus par des ondes d’Est, en provenance de la frontière nigéro-camerounaise. Les conditions qui accompagnent l’occurrence des précipitations extrêmes de type 2 et 3 présentent des similitudes, c’est-à-dire des pluies de mousson associées à un flux de sud à sud-ouest renforcé sur le littoral, en liaison avec le passage systèmes perturbés dans la zone soudano-sahélienne. Néanmoins la persistance des extrêmes pluviométriques dans la classe 3 sur deux jours successifs et toute la bande littorale est expliquée par la relative longue durée de vie de la perturbation sahélienne (5 jours) par rapport à son homologue de classe 2 qui a une durée de vie plus courte (3 jours). Ceci combiné à un golfe de Guinée anormalement froid induit un flux d’humidité et une convergence d’humidité anormalement élevées au-dessus du LMAO. Les précipitations de types 4 sont provoqués par une cellule locale de circulation de basse atmosphère (LALC) entretenue et intensifiée par une divergence au-dessus de l’équateur (provoquée par un refroidissement équatorial de la SST), par une convergence au-dessus du littoral (nourrie par des SSTs élevées sur la côte), et par un gradient de pression anormal entre l’équateur et le littoral. Les précipitations intenses de type 5 (les plus fréquentes) sont causées par le passage d’une ligne de grain, pilotée elle-même par une onde d’est, et amplifiée par des systèmes dépressionnaires qui intensifient la convection à l’intérieure de la ligne de grain qui nait ou se réactive au-dessus du cap des Trois-Pointes.

Mots-clés

précipitations extrêmes, littoral méridional, Afrique de l’ouest

Comité de suivi de thèse

Pierre Camberlin
Expédit Vissin
Pascal Roucou
Hervé Giordani
Théo Vischel
Etienne Houngninou

Composition du Jury

Salem Dahech , université de Paris – président et rapporteur
Pierre Akponikpe , université de Parakou – rapporteur
Expédit Wilfrid Vissin, université d’Abomey-Calavi – co-directeur de thèse
Pierre Camberlin, université de Bourgogne Franche-Comté – co-directeur de thèse
Pascal Roucou, université de Bourgogne Franche-Comté – examinateur
Théo Vischel, université Grenoble-Alpes – examinateur
Henri Totin Vodounou, université de Parakou – examinateur
Christophe Houssou, université d’Abomey-Calavi – examinateur

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Étude des fortes précipitations sur la côte méridionale ouest-africaine

Début de thèse : septembre 2016

Financement : bourse d’excellence Eiffel, cotutelle uB / université d'Abomey-Calavi

Encadrants : Expédit Vissin (université d'Abomey-Calavi) et Pierre Camberlin (équipe CRC, codirecteur)

Soutenue le 10 décembre 2021

 

Résumé

L’étude des précipitations extrêmes sur le littoral méridional ouest-africain (LMOA) vise à caractériser la climatologie, les variations et tendances, la dynamique spatio-temporelle et les paramètres atmosphériques des précipitations extrêmes. Pour atteindre ces objectifs, il a été utilisé trois types de données : les données pluviométriques journalières in situ issues de 31 stations réparties dans les parties méridionales du Bénin, Togo, Ghana et Côte d’Ivoire ; les estimations de précipitation par satellite (SRE) telles que TRMM, CHIRPS et PERSIANN-CCS ; ainsi que des réanalyses issues de Era-Interim. Les événements extrêmes sont définis à l’échelle journalière comme ceux dépassant le 95^e centile local (P95). On en dérive deux indicateurs : le nombre de jours dont la pluviométrie dépasse le P95 (NJPS95) et la contribution du cumul des précipitations supérieures au P95 par rapport au cumul annuel (CPS95).

Les précipitations le long du littoral sont plus intenses que celles de l’intérieur du continent (P95 de 64,5 mm/j en moyenne pour les stations littorales contre 50 mm/j pour les stations continentales). Les précipitations extrêmes sont concentrées au cours de la période mai-juin-juillet où le maximum est atteint en juin. Il existe aucune différenciation littoral/intérieur du continent quant à la variabilité et à la tendance des précipitations extrêmes. Cependant, le NJPS95 et le CPS95 enregistrent au niveau de plusieurs stations littorales une baisse significative sur la période 1951 – 2015. En revanche sur la période 1981 – 2015, les données (in situ et CHIRPS) révèlent des tendances à la hausse du NJPS95 et du CPS95 en Côte d’Ivoire et au Bénin/Togo, mais pas au Ghana où aucune tendance n’a été mise en évidence. De fait, la reprise pluviométrique observée par plusieurs auteurs dans la zone guinéenne, trouve son explication dans l’apport de plus en plus élevé qu’ont les précipitations extrêmes (quant à la fréquence et leur cumul) dans la pluviométrie.

Une classification des jours de précipitations extrêmes est réalisée en fonction de la répartition spatiale des pluies. Les fortes précipitations de type 1 caractérisées par des précipitations importantes à l’est du LMAO (Togo, Bénin et ouest du Nigéria), sont induites par des systèmes dynamiques de type MCS (mesoscale convective systems), qui naissent à l’Est de 5°E. Les précipitations intenses de type 2 qui s’individualisent des autres types par une partie centrale du littoral sèche entourée à l’Est (frontière Ghana-Togo et Bénin) et à l’Ouest (Côte d’Ivoire) du LMAO par de fortes précipitations, sont provoquées par des MCS peu intenses à propagation Est-Ouest. Les précipitations extrêmes de type 3 qui se singularisent par l’occurrence de fortes précipitations sur tout le long du LMAO sur deux jours successifs, sont pilotées par un système perturbé dynamique (venant du fond du golfe de Guinée et migrant vers l’ouest) combiné à des cellules stationnaires. Les précipitations intenses de type 4 qui ont la particularité d’être localisées uniquement à l’ouest du cap des Trois-Pointes et pendant deux jours successifs, sont associées à des systèmes stationnaires. Enfin, les fortes précipitations de type 5 sont singulières en ce sens où elles se produisent uniquement à l’ouest du littoral, sur des jours isolés. Elles sont régies par des MCSs qui naissent ou se réactivent au-dessus du cap des Trois-Pointes. En termes d’organisation des séquences pluvieuses, si à Accra la majorité des événements pluvieux extrêmes sont isolés, à la station de Cotonou (et surtout Abidjan) les précipitations extrêmes s’insèrent dans des séquences pluvieuses dont la durée est plus longue (couramment 2 jours et 3 jours de pluvieux respectivement à Cotonou et Abidjan).

Enfin, il ressort que chaque classe s’insère dans des configurations atmosphériques et océaniques partiellement distincte. Les précipitations extrêmes de type 1 sont pilotées par une CAPE et une humidité supérieure à la normale au sud Togo, Bénin et ouest du Nigéria. Ces deux paramètres amplifient la convection à l’intérieur des MCSs eux-mêmes entretenus par des ondes d’Est, en provenance de la frontière nigéro-camerounaise. Les conditions qui accompagnent l’occurrence des précipitations extrêmes de type 2 et 3 présentent des similitudes, c’est-à-dire des pluies de mousson associées à un flux de sud à sud-ouest renforcé sur le littoral, en liaison avec le passage systèmes perturbés dans la zone soudano-sahélienne. Néanmoins la persistance des extrêmes pluviométriques dans la classe 3 sur deux jours successifs et toute la bande littorale est expliquée par la relative longue durée de vie de la perturbation sahélienne (5 jours) par rapport à son homologue de classe 2 qui a une durée de vie plus courte (3 jours). Ceci combiné à un golfe de Guinée anormalement froid induit un flux d’humidité et une convergence d’humidité anormalement élevées au-dessus du LMAO. Les précipitations de types 4 sont provoqués par une cellule locale de circulation de basse atmosphère (LALC) entretenue et intensifiée par une divergence au-dessus de l’équateur (provoquée par un refroidissement équatorial de la SST), par une convergence au-dessus du littoral (nourrie par des SSTs élevées sur la côte), et par un gradient de pression anormal entre l’équateur et le littoral. Les précipitations intenses de type 5 (les plus fréquentes) sont causées par le passage d’une ligne de grain, pilotée elle-même par une onde d’est, et amplifiée par des systèmes dépressionnaires qui intensifient la convection à l’intérieure de la ligne de grain qui nait ou se réactive au-dessus du cap des Trois-Pointes.

 

Mots-clés

précipitations extrêmes, littoral méridional, Afrique de l’ouest

Comité de suivi de thèse

Pierre Camberlin
Expédit Vissin
Pascal Roucou
Hervé Giordani
Théo Vischel
Etienne Houngninou

 

Composition du Jury

Salem Dahech , université de Paris - président et rapporteur
Pierre Akponikpe , université de Parakou - rapporteur
Expédit Wilfrid Vissin, université d’Abomey-Calavi - co-directeur de thèse
Pierre Camberlin, université de Bourgogne Franche-Comté - co-directeur de thèse
Pascal Roucou, université de Bourgogne Franche-Comté - examinateur
Théo Vischel, université Grenoble-Alpes - examinateur
Henri Totin Vodounou, université de Parakou - examinateur
Christophe Houssou, université d’Abomey-Calavi - examinateur

extrait:

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titre:

Étude des fortes précipitations sur la côte méridionale ouest-africaine

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septembre 2016

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Étude des fortes précipitations sur la côte méridionale ouest-africaine

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septembre 2016

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Kpanou

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201609

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10 décembre 2021

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20211210