Dynamique du cyclone tropical révélée par observations satellites de la vitesse des vents de surface : la contribution majeure de la structure du vent de surface près du coeur

Tropical cyclone dynamics revealed by satellite ocean surface wind speeds observations : the key contribution of the near-core surface wind structure

• Auteur / Autrice : Arthur Avenas
• Direction : Ronan Fablet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Signal, image et vision
• Date : Soutenance le 28/03/2024
• Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Pour l'Ingénieur et le Numérique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Equipe Observations Signal & Environnement - Département Mathematical and Electrical Engineering - Laboratoire en sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance
• Jury : Président / Présidente : Xavier Carton
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ronan Fablet, Claudia Pasquero, Paco Lopez-Dekker, Bertrand Chapron, John Knaff
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Claudia Pasquero, Paco Lopez-Dekker

Mots clés

Mots clés contrôlés

Télédétection

Radar à antenne synthétique

Interaction mer-atmosphère

Cyclones

Mots clés libres

Cyclones tropicaux

Interactions air-Mer

Observations par satellite

Télédétection

Tropical cyclones

Air-Sea interactions

Satellite observations

Remote sensing

Résumé

Malgré les avancées dans la prédiction de la trajectoire des cyclones tropicaux et des vitesses de vent dans la région externe, la représentation numérique des vents les plus forts associés aux événements les plus intenses demeure une question ouverte, principalement en raison de la faible taille du cœur du cyclone et de la difficulté à comprendre et résoudre les échanges turbulents entre l’océan et l’atmosphère. Les limitations observationnelles ont longtemps entravé des mesures précises de la surface océanique près de la région centrale dans des conditions de vent extrême, tandis que les satellites géostationnaires aident à caractériser les motifs nuageux mais ne donnent pas d’information directe sur l’interface air-mer. Récemment, le radar à ouverture de synthèse (SAR) a émergé comme une technologie satellitaire prometteuse capable de produire des mesures bidimensionnelles haute résolution des vitesses du vent à la surface de l’océan, grâce à de nouveaux modes d’acquisition et à des développements algorithmiques. Compte tenu de ces nouvelles opportunités d’observation, nous explorons la contribution des caractéristiques structurelles près du cœur, exclusivement discernables à travers des instruments haute résolution, à la dynamique des cyclones. En utilisant un cadre théorique simple et examinant sa cohérence avec les mesures SAR, nous démontrons que les vents en surface près du cœur contrôlent l’évolution de la structure du vent du cyclone. Le cadre développé permet d’illustrer comment les futures mesures des caractéristiques de la couche limite océan-atmosphère pourraient bénéficier du suivi à court et à long terme des cyclones tropicaux.

Despite advances in predicting the tropical cyclones (TCs) trajectory and outer-core wind speeds, the numerical representation of the strongest winds associated with the most intense events is still an open issue, essentially because of the small radial extent of the TC core and the difficulty in understanding and resolving turbulent air-sea exchanges. Observational limitations have for a long time hindered accurate measurements of the ocean surface near the core region in extreme wind conditions, while geostationary satellites help characterizing the cloud patterns but lack direct information on the air-sea interface. Recently, synthetic aperture radar (SAR) has emerged as a promising satellite technology capable of producing high-resolution two dimensional measurements of the ocean surface wind speeds, thanks to new acquisition modes and algorithmic developments. Given these new observational opportunities, we investigate the contribution of near-core structural features, exclusively discernible through high-resolution instruments, to the TC dynamics. Using a simple theoretical framework and examining its consistency with SAR measurements, we demonstrate that the near-core surface winds modulate the evolution of the TC wind structure. The developed framework allows to illustrate how future measurements of ocean-atmosphere boundary layer characteristics could benefit the short- and long-term monitoring of TCs.