L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre la traversée du courant-jet de son côté chaud vers son côté froid par un certain nombre de tempêtes des moyennes latitudes. En effet, on a observé que ces tempêtes croissent de manière explosive juste après cette traversée, d'où l'intérêt porté à la question de la traversée. On se demande par quel mécanisme la structure spatialement inhomogène du courant-jet influence, au-delà de l'instabilité barocline, la trajectoire et le creusement des dépressions de surface pendant la traversée du jet. On étudie d'abord, dans un cadre numérique barotrope idéalisé, comment les effets de déformation grande échelle modulent le déplacement méridien d'un tourbillon cyclonique. Ce déplacement est, en premier lieu, dû à l'effet non linéaire du gradient méridien de la vorticité potentielle grande échelle (concept de beta-drift, connu dans le contexte des cyclones tropicaux et des tourbillons océaniques). On montre que les effets de déformation renforcent l'anticyclone qui est créé par la génération d'ondes de Rossby due à la présence du gradient de vorticité potentielle, et avec lequel le tourbillon cyclonique interagit. Puis on généralise ce mécanisme à une atmosphère barocline en étudiant la traversée par un tourbillon cyclonique de surface d'un courant-jet avec méandres et instable barocliniquement, dans un modèle à deux couches. On montre qu'un gradient de vorticité potentielle barotrope positif induit un fort anticyclone d'altitude, responsable de la traversée du jet par le tourbillon de surface avec lequel il interagit. En outre, le cycle de vie énergétique d'un tourbillon idéalisé subissant les effets de la déformation est similaire à celui de certaines tempêtes réelles, avec notamment une intensification juste après la traversée du jet.

Cette thèse se penche sur différents aspects des cyclones tropicaux tels que simulés par des modèles de circulation générale (MCG) et un modèle régional de climat (MRC), le modèle régional de climat canadien (MRCC5). D'abord, nous évaluons la capacité d'un ensemble de MCG, utilisé dans le cadre du 4e rapport du GIEC (Groupe d'experts Intergouvernemental sur l'Évolution du Climat), à capturer les principales zones de cyclogenèse au travers d'indices dérivés à partir des champs atmosphériques favorables à la formation des cyclones tropicaux. En comparant les événements de cyclogenèse observés avec les deux indices calculés à partir de réanalyses et d'un ensemble de MCG, nous vérifions que les indices arrivent à relativement bien représenter la distribution actuelle des cyclones tropicaux, autant dans les modèles que les réanalyses. En comparant des simulations couvrant la période 2080-2100 avec la période présente, l'indice jugé plus stable projette une légère augmentation du nombre des tempêtes dans le Pacifique Ouest. Le deuxième partie de la thèse est consacrée à évaluer la capacité du MRCC5 à reproduire la climatologie des cyclones tropicaux observée durant la période 1979-2006. Plus précisément, nous évaluons l'impact d'une augmentation de la résolution sur les caractéristiques physiques des cyclones ainsi que sur leur distribution géographique, de même que l'impact des conditions aux frontières, de la technique de « downscaling » dynamique utilisée et de la taille du domaine sur les cyclones simulés. Une telle évaluation est une étape cruciale à toute étude d'impact des changements climatiques sur les ouragans. La distribution des cyclones est consistante avec la distribution d'un indice de cyclogenèse, ce qui permet de mieux comprendre les changements observés dans les différentes simulations. Aussi, nous évaluons la capacité du modèle à reproduire la variabilité interannuelle observée durant cette période, et plus particulièrement l'impact de l'oscillation australe d'El Niño (El Niño Southern Oscillation ou ENSO) sur la cyclogenèse. Finalement, nous étudions les ondes d'Est africaines, systèmes précurseurs des ouragans dans l'Atlantique, tel que simulées par le MRCC5 de même que leur relation avec les cyclones tropicaux de l'Atlantique. Règle générale, le MRCC5 arrive à reproduire de façon réaliste l'activité observée durant la période 1979-2006. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : cyclones tropicaux, indices de cyclogenèse, ondes d'Est africaines, modèle régional de climat, modèle de circulation générale

L'effet sur l'écoulement atmosphérique de grande échelle, du déferlement des ondes de gravité de montagne à des niveaux critiques, est étudiée sous l'angle d'une production de vorticité potentielle dans le cadre du modèle de Eady. Concernant les échelles synoptiques, on montre notamment à l'aide d'un modèle semi-géostrophique linéarisé forcé par une force paramétrisée, que l'effet est cyclolytique dans le cas d'un front froid, et cyclogénétique pour un front chaud. Puis la dynamique 2D complète non linéaire est abordée à l'aide des équations primitives anélastiques. La réponse au forçage montagneux (paramétrisé ou direct) aux échelles sous-synoptiques, contient notamment des modes de Eady non-géostrophiques, couplant une onde de Eady de surface à une onde d'inertie-gravité de même échelle, et des trains d'ondes d'inertie-gravité générés spontanément par l'écoulement équilibré associé au dipole de vorticité potentielle. L'étude de la saturation non linéaire de ces réponses donne des amplitudes relativement faibles mais significatives.

Les objectifs de cette thèse sont d'analyser l'influence des processus humides sur les dépressions des moyennes latitudes en s'intéressant plus particulièrement aux déplacements des dépressions et à la formation des vents forts près de la surface. Ces recherches ont été effectuées à l'aide de simulations idéalisées du modèle de méso-échelle Méso-NH. La première étude s'est focalisée sur l'effet des processus humides sur le déplacement des dépressions dans la direction perpendiculaire à l'axe du courant-jet, c'est à dire principalement le déplacement vers les pôles. Le mécanisme expliquant ce déplacement est dû à l'advection non-linéaire de la dépression de surface par les anomalies cyclonique et anticyclonique d'altitude se trouvant de part et d'autre de la dépression de surface. En présence d'humidité, l'anomalie anticyclonique d'altitude se renforce du fait du dégagement de chaleur latente dans les zones d'ascendances, et ainsi le déplacement perpendiculairement à l'axe du jet et vers les pôles s'accélère. On montre aussi que le déplacement vers l'est des dépressions s'accélère en incluant les processus humides. La seconde étude porte sur la formation des vents forts près de la surface et notamment sur ce qu'on appelle les "sting jets". Les "sting jets" sont des jets dont les masses d'air associées descendent rapidement du milieu de la troposphère au niveau de la tête du nuage jusqu'au sommet de la couche limite et peuvent déclencher des vents dévastateurs en surface. Ceux-ci se forment lorsque le front chaud se déplace à l'arrière de la dépression et qu'une fracture frontale apparaît. Les simulations montrent que, lorsqu'une dépression traverse l'axe du courant-jet de son côté chaud à son côté froid, le retour en arrière du front chaud se produit tandis qu'une dépression naissant côté froid du courant-jet possède un front chaud beaucoup moins actif. Ainsi, la formation d'un " sting jet " n'apparaît que dans le premier cas , moyennant une résolution verticale élevée. C'est la présence d'un forçage géostrophique dans un environnement neutre vis-à-vis de l'instabilité symétrique qui facilite la descente des masses d'air et la formation du " sting jet ". / The objective of this thesis is to analyze the influence of moist processes on mid-latitude cyclones, and specifically the tracks of cyclones and the formation of strong winds near the surface. These researches have been made using idealized simulations of the mesoscale model Méso-NH. The first study focused on the effects of moist processes on the motion perpendicularly to the zonal jet axis, poleward. The main mechanism explaining this motion involves the nonlinear advection of the surface cyclone by the upper-level cyclonic and anticyclonic perturbations located on both sides of the surface cyclone. In the presence of humidity, the upper-level anticyclonic anomaly strengthens due to the latent heat release in the ascent zones, and the poleward motion is reinforced. The eastward motion of the cyclone is also reinforced with the inclusion of moist processes. The second study focuses on the formation of near-surface strong winds which are triggered by the so-called " sting-jets ". These jets correspond to descending air masses from the mid-troposphere near the cloud head down to the top of the boundary layer, and can trigger devastating surface winds. In the case where synoptic perturbations are initialized south of the baroclinic zonal jet, the bent-back warm front phase occurs, whereas when they are initialized on the zonal jet axis, the surface cyclone has a less active warm front. Thus, the formation of a sting-jet only occurs in the first case, and with a high vertical resolution. It is the geostrophic forcing in a globally neutral environment relative to conditional symmetric instability which facilitates the airstreams descent and the formation of the sting-jet.

Les flux air-mer, la convection profonde et la cyclogénèse sont étudiés en Méditerranée<br />grâce au développement d'un modèle régional couplé (AORCM). Il reproduit correctement<br />ces processus et permet de quantifier et d'étudier leur variabilité climatique. Le couplage<br />régional a un impact significatif sur le nombre de cyclogénèses intenses en hiver et sur<br />les flux et précipitations associés. Il simule une variabilité interannuelle plus faible qu'en<br />mode forcé pour les flux et la convection et permet de comprendre les rétroactions<br />qui la pilotent. L'impact régional d'un scénario climatique est analysé avec les modèles<br />non-couplés : le nombre de cyclogénèses diminue, les pluies associées augmentent au<br />printemps et en automne et diminuent en été. En outre, la Méditerranée se réchauffe,<br />se sale et sa circulation thermohaline s'affaiblit fortement. Cette thèse conclut de plus à<br />la nécessité des AORCMs pour étudier l'impact du changement climatique en Méditerranée.

La formation des Cyclones du Cap Vert met en jeu divers processus : les thalwegs, dorsales de l'onde d'Est africaine et l'anticyclone saharien en moyenne troposphère, les thalwegs des moyennes latitudes en moyenne et haute troposphère, le flux de mousson et les alizés au large de la côte Ouest africaine en basse troposphère, les systèmes convectifs. Ces processus sont étudiés à l'aide d'une climatologie sur cinq ans d'analyses du Centre Européen de Prévision Météorologique à Moyen Terme et d'images Meteosat. Deux cas particuliers sont ensuite modélisés avec Méso-NH : celui de la perturbation qui a donné naissance à l'ouragan Helene (2006) et celui de la « Perturbation D », un cas de non-cyclogénèse observé pendant la campagne AMMA / SOP-3 à Dakar en septembre 2006. Les évolutions des perturbations simulées sont quantifiées à l'aide de bilans d'énergie et de tourbillon. Le résultat principal de cette thèse est que l'ajustement géostrophique du champ de vent à une perturbation de pression d'origine convective dans la région des Îles du Cap Vert ne se produit que lorsqu'il y a un apport d'énergie cinétique tourbillonnaire par une conversion barotrope, ainsi qu'une advection horizontale de tourbillon cyclonique. Ceci confirme l'hypothèse bien connue selon laquelle la cyclogénèse tropicale est le résultat d'une interaction entre systèmes convectifs et un environnement favorable.