La transition extra-tropicale est la transformation d'un cyclone tropical en cyclone extra-tropical lors de sa migration vers les latitudes moyennes. Au cours de son interaction avec son nouvel environnement barocline, le cyclone peut se réintensifier par des processus dynamiques et diabatiques complexes. Il peut également avoir un impact en aval par le renforcement d'un train d'ondes de Rossby, qui se propage rapidement et dont le déferlement est souvent à l'origine d'événements extrêmes. La complexité des processus dynamiques et diabatiques de la transition extra-tropicale conduit alors à une réduction de la prévisibilité en aval. Les ouragans Florence et Hélène en Atlantique Nord ont ainsi contribué au déclenchement des événements extrêmes de septembre 2006 en Méditerranée, respectivement un épisode de précipitations intenses et un phénomène plus rare, un méditerragan (ouragan méditerranéen). Hélène s'est distinguée de Florence par des processus diabatiques prépondérants au cours de sa réintensification sur un océan plus chaud, ce qui lui a permis de conserver des caractéristiques tropicales. Ses trois réintensifications en trois jours induites par l'étirement de trois filaments de tourbillon potentiel, ajoutées au développement du méditerragan en aval, font d'Hélène un cas exceptionnel. Les deux événements extrêmes en Méditerranée étaient absents de la prévision déterministe à moyen terme. L'incertitude dans la représentation des processus diabatiques a été examinée car ceux-ci contrôlent l'impact des ouragans sur les ondes de Rossby. Pour la première fois, des simulations ont été réalisées avec le modèle Méso-NH sur un grand domaine avec une résolution explicite de la convection profonde, tirant parti de la parallélisation massive du modèle. Une faible sensibilité à la résolution horizontale du modèle a été trouvée dans les précipitations des ouragans, donc dans leur impact sur les ondes de Rossby et sur les événements extrêmes en Méditerranée. La trajectoire d'Hélène a par contre montré une forte sensibilité à sa synchronisation avec le train d'ondes de Rossby, influencée par la résolution horizontale du modèle. Cette forte sensibilité a été retrouvée dans les prévisions d'ensemble du Centre Européen pour la Prévision Météorologique à Moyen Terme, où le développement du méditerragan a requis la synchronisation d'Hélène avec le train d'ondes de Rossby. La perturbation ciblée des conditions initiales autour d'Hélène et du thalweg en amont a suffi à prévoir le méditerragan à une échéance de 108 h dans une simulation Méso-NH. Ces résultats montrent l'impact possible de transitions extra-tropicales en Atlantique Nord, qui surviennent à la même saison que la plupart des épisodes de précipitations intenses en Méditerranée. La réduction de l'incertitude dans la prévision de la transition extra-tropicale est donc un des enjeux de l'amélioration de la prévision d'événements extrêmes d'automne en Méditerranée.

This work is a multi-scale effort to confront the rapidly evolving threat of biological weapons attacks through improved bioaerosol surveillance, detection, and response capabilities. The effects of bioaerosol release characteristics, transport in the atmospheric surface layer, and implications for bioaerosol sampler design and real-time detection were studied to develop risk assessment and modeling tools to enhance our ability to respond to biological weapons attacks. A simple convection-diffusion-sedimentation model was formulated and used to simulate atmospheric bioaerosol dispersion. Model predictions suggest particles smaller than 60 micrometers in aerodynamic diameter (AD) are likely to be transported several kilometers from the source. A five fold increase in effective mass collection rate, a significant bioaerosol detection advantage, is projected for samplers designed to collect particles larger than the traditional limit of 10 micrometers AD when such particles are present in the source distribution. A family of dynamically scaled wetted-wall bioaerosol sampling cyclones (WWC) was studied to provide bioaerosol sampling capability under various threat scenarios. The effects of sampling environment, i.e. air conditions, and air flow rate on liquid recovery rate and response time were systematically studied. The discovery of a critical liquid input rate parameter enabled the description of all data with self-similar relationships. Empirical correlations were then integrated into system control algorithms to maintain microfluidic liquid output rates ideally suited for advanced biological detection technologies. Autonomous ambient air sampling with an output rate of 25 microliters per minute was achieved with open-loop control. This liquid output rate corresponds to a concentration rate on the order of 2,000,000, a substantial increase with respect to other commercially available bioaerosol samplers. Modeling of the WWC was performed to investigate the underlying physics of liquid recovery. The set of conservative equations governing multiphase heat and mass transfer within the WWC were formulated and solved numerically. Approximate solutions were derived for the special cases of adiabatic and isothermal conditions. The heat and mass transfer models were then used to supplement empirical correlations. The resulting semi-empirical models offer enhanced control over liquid concentration factor and further enable the WWC to be deployed as an autonomous bioaerosol sampler. / text

Korean coals are typically high rank anthracite characterized by high ash content and difficult cleaning characteristics. The main objective of the study was to evaluate the feasibility of treating various size fractions within the coal using an assortment of physical coal cleaning technologies. Dry cleaning is preferred due to the friability of the coal. As such, three pneumatic processes were tested including Ore Sorting for the plus 10 mm material, Air Table Separation for 10 x 1 mm fraction and Tribo-electric Separator for - 1 mm fraction. The Dense Medium Cyclone is known to be one of the most efficient separation processes and thus was evaluated for the cleaning of 10 x 1 mm coal. To realize the optimum performances from the Air Table and Rotary Tribo-electric Separator, their operational variables were systematically studied using a parametric experimental design. In addition, the dense medium cyclone and X-ray Transmission Sorting trials were performed under various medium densities and separation settings, respectively. A comparison of the cleaning performance revealed that the Dense Medium Cyclone and X-ray Transmission Sorting proved to provide the most effective results with maximum ash rejection and combustible recovery. The tribo-electric separation process was ineffective while the air table provided modest ash reduction potential.

Les échanges entre la stratosphère et la troposphère induits par le courant-jet de l'hémisphère Nord sont bien documentés. Cependant, peu de données sont disponibles dans les régions subtropicales, ce qui a longtemps limité les études des échanges stratosphère-troposphère dans ces régions, en relation d'une part à la barrière dynamique et au courant-jet subtropical de l'hémisphère sud, et, d'autre part, à la convection tropicale, nuages convectifs tropicaux, cyclones et zone de convergence intertropicale. <br /><br /> Se basant principalement sur l'analyse des radiosondages effectués à un rythme bimensuel par le laboratoire depuis 1992, complétés par diverses autres données expérimentales, satellitales, et des sorties du modèle dynamique global du centre européen ECMWF, une première approche qualitative a débouché sur l'identification et l'analyse de plusieurs cas d'étude. Les concepts d'agéostrophisme, de jet-streak et de frontogénèse d'altitude ont permis de caractériser et d'analyser la formation de plusieurs foliations subtropicales et gouttes froides d'altitude. <br /><br />Les échanges entre la stratosphère et la troposphère en relation avec la convection tropicale, ont été ensuite abordés, dans un cas de transfert subsident intense le 6 avril 1995 (300 ppbv à l'altitude 10 km), alors que la Réunion était dans la partie périphérique du cyclone Marlène, à environ 1000 km du centre du cyclone. Après vérification de la bonne prise en compte du cyclone par les données des modèles utilisés (NMC et ECMWF), l'analyse dynamique semble indiquer une extension horizontale assez limitée du transfert, qui serait constitué typiquement par des mécanismes dynamiques à méso-echelle. <br /><br /> Pour permettre un meilleur suivi temporel de la concentration d'ozone troposphérique, un lidar ozone a été installé à la Réunion. Les résultats obtenus dans le cadre de la campagne TRACAS en juillet 1998 ont montré des apports d'ozone ayant une origine stratosphérique dans la troposphère, d'une manière extrêmement régulière pendant le mois de campagne de mesure. L'analyse dynamique au moyen des données du modèle européen et des données Météosat a permis la mise en évidence d'un pli de la tropopause d'échelle planétaire. Ces mécanismes sont nécessairement différents de ceux mis en jeu dans les latitudes moyennes et pourraient être contrôlés par le flux de retour de mousson et la branche descendante de la cellule de Hadley.

Ce travail de thèse porte sur l'étude de l'interaction entre l'île et le cyclone DINA qui avait bénéficié pour la première fois d'une couverture radar Doppler lors de son passage en Janvier 2002. Des simulations hautes résolutions ont été menées avec le modèle Méso-NH. Il a été montré que la présence de l'île induit une tendance générale à la stabilisation de la circulation cyclonique naturelle en relation avec un affaiblissement du système. Il a aussi été montré que la circulation des vents et la localisation des précipitations sur l'île en cas cyclonique sont entièrement définies par la topographie. De plus une étude approfondie a montré que l'évolution de la structure du mur de l'oeil en interaction avec le relief découlait de perturbations de l'anneau cyclonique de PV par des bandes de PV anticyclonique générées par l'île.

Ces travaux visent à inscrire le monitoring des plages récifales de l'île de La Réunion dans la « Stratégie Nationale de Gestion Intégrée des Zones Côtières » (2012). Elle oriente les recherches vers une démarche labellisée sur le long terme qui se concrétise par la mise en place de protocoles de mesures normalisés déployés sur des sites ateliers. Le site de l'Ermitage devient, en 2012, le premier site atelier en zone tropicale et de type bioclastique labellisé à l'échelle nationale (AllENVI, puis INSU en 2014). La dynamique des plages d'arrière-récif demeure à ce jour peu étudiée à travers le monde. Les plages bioclastiques de La Réunion sont le produit de récifs coralliens décrits comme dégradés par les biologistes depuis les années 80. Elles sont confrontées à une très forte anthropisation. Des formes marquées d'érosion se lisent dans ces paysages littoraux. La révision des protocoles de suivi de la topographie des plages tout en exploitant les suivis historiques, vise à illustrer la pluralité des dynamiques en contexte d'arrière-récif. La diversité des processus et des échelles spatio-temporelles impliqués dans le fonctionnement hydro-sédimentaire des plages récifales nécessite la mise en œuvre de méthodes d'observation in situ adaptées, comparables et reproductibles. Dans cette étude nous exploitons surtout les suivis topographiques des plages à l'échelle évènementielle, saisonnière et pluriannuelle. Par l'analyse morphologique et volumétrique des séries de profils topographiques, la variabilité morphosédimentaire en zone intertidale et supratidale est décrite. La significativité de la mesure de la mobilité du trait de côte est également questionnée. / Long-term assessment of beach morphodynamic is a great challenge to understand future trajectories of these landforms. In France, in 2012, a national strategy for an integrated management of shoreline has been adopted. This one lead to creation of research labels (SOERE and SNO) which aim to sustain scientific researches dedicated to sandy beach morphodynamic in response to various hydrodynamics forcing. Shoreline monitoring on selected pilot sites is conducted within network where normalized protocols and high quality data are guaranteed at long-term scale. The French coastline also extend in tropical zone through its ultramarine territories. Tropical shoreline are among the most sensitive environment however they remain poorly studied. Since, 2012, Reunion island, a French department in Indian Ocean, integrated the SOERE network. Coral reef and coral beaches which preferentially developed on the western coast are frequently threatened by major swell event associated with tropical cyclones or long period swell. Since now, the beach trend evolution and morphogenic processes have not been quantified. However past monitoring exists which has consisted in topographic measurement along beach profile based on empirical protocols which produced biaised data. Since its integration within SOERE network, DGPS survey are now conducted along the different coral beach compartments of Reunion Island at seasonal and post-storm scale. This study aims to capitalize historical and DGPS beach topographic data in order to quantify long term and post-storm beach response and recovery from Cap Champagne to Trou d'Eau.

Tropical cyclones claim a huge number of lives and cause substantial damage to property and crops in many regions each year. Southern Africa is no exception. This makes the process of forecasting tropical cyclones of great importance to the region’s economy and to public safety. Skillful seasonal forecasts of tropical cyclone activity could be used to warn the communities affected by tropical cyclones of the likely occurrence of such systems ahead of the cyclone season. This could result in reduced damage and fatalities associated with such systems. Both statistical and dynamical techniques have been employed in an attempt to predict tropical cyclone activity on a seasonal time scale over a number of ocean basins. The skills of such techniques vary from one technique to another and from one basin to another. This study investigates the predictability of tropical cyclone activity on a seasonal time scale over the southwestern Indian Ocean (SWIO) by nesting a regional climate model (RCM), the RegCM3 within a coarse-resolution atmospheric general circulation model (AGCM), the ECHAM4.5. The national meteorological centres of most southern African countries do not have the required dedicated computational resources to run the high-resolution GCMs that are suitable to predict these systems operationally. However, these systems can be very devastating on the southern African region and need to be predicted on various time scales, including the seasonal time scale. Therefore, it is instructive that research be done to better our understanding of these systems and their predictability using physical models. This study examines the simulations of the genesis locations and the number of tropical cyclones produced in RCM integrations nested within an AGCM forced by observed sea-surface temperatures (SSTs). The season of interest is the mid-summer period of December to February. Four members of the AGCM generated at the International Research Institute for Climate and Society (IRI) are used to force the RCM. Four-month integrations over a 10-year period (1991/92-2000/01) are performed. An objective procedure for detecting model-generated tropical cyclones is applied to this ensemble. Some characteristics of the simulated cyclones are compared with the observations. In addition, some statistical techniques are employed to evaluate the capability of the RCM to reproduce some aspects of the observed tropical cyclones during the aforementioned period. The results show that there is a good agreement between two of the simulated and observed environmental variables that influence tropical cyclone formation, viz. vertical wind shear and relative vorticity. In particular, the simulated and observed vertical wind shear show a similar pattern in most parts of the model domain. With regards to the relative vorticity, the highest agreement is found in the Mozambique Channel and in the region east of Madagascar. In addition, there is an appreciable agreement between the simulated and observed tropical cyclone characteristics such as tropical cyclone genesis locations and frequency. The model also simulated the interannual variability in the tropical cyclone frequency skillfully. AFRIKAANS : Tropiese siklone is verantwoordelik vir ‘n goot aantal sterftes en veroorsaak beduidende skade aan eindom asook oeste oor etlike areas elke jaar. Suidelike Afrika is nie ‘n uitsondering nie. Hierdie verliese maak die voorspelling van tropiese siklone van groot belang vir die gebied se ekonomie asook vir publieke veiligheid. Vaardige seisoenale voorspelling van tropiese sikloon aktiwiteit kan gebruik word om gemeenskappe wat onderhewig is aan die invloed van tropiese siklone te waarsku oor die kans vir sulke sisteme om voor te kom voordat die tropiese sikloon seisoen ‘n aanvang neem. Vroegtydige waarskuwings kan tot gevolg hê dat daar minder verwant skade en laer sterftes is. Beide statistiese en dinamiese tegnieke is al in die verlede gebruik om tropiese sikloon aktiwiteit oor verskeie oseaankomme op ‘n seisoenale tydskaal te probeer voorspel. Die vaardigheid van hierdie tegnieke hang af van die tipe tegniek wat gebruik word asook watter oseaankom beskou word. Hierdie studie ondersoek die voorspelbaarheid van tropies sikloon aktiwiteit op ‘n seisoenale tydskaal oor die suid-westelike Indiese Oseaan deur gebruik te maak van ‘n streeksmodel, die RegCM3, genes in ‘n growwe-resolusie algemene sirkulasie model van die atmosfeer, die ECHAM4.5. Die nasionale weerdienste van die meerderheid Suider-Afrikaanse lande beskik nie oor die nodige rekenaars om geskikte hoë-resolusie algemene sirkulasie modelle te loop om sodanige sisteme mee operasioneel te voorspel nie. Desnieteenstaande kan hierdie tropiese sisteme verwoestend wees en daarom behoort hulle voorspel te word op verskeie tydskale, insluitende seisoenale tydskale. Dit sal dus insiggewend wees om navorsing te doen om sodoende ons begrip oor hierdie sisteme en hul voorspelbaarheid te verbeter deur gebruik te maak van fisiese modelle. Hierdie studie gaan ondersoek instel oor die simulasie van tropiese siklone oor hul ontwikkelingsgebiede en die aantal tropiese siklone wat ‘n streeksmodel, genes in ‘n algemen sirkulasie model van die atmosfeer wat geforseer word deur waargeneemde see-oppervlak temperature, kan produseer. Die seisoen van belang is die mid-somer periode van Desember tot Februarie. Vier ensemble lede afkomstig vanaf die algemene sirkulasie model wat geloop is by die International Research Institute for Climate and Society word gebruik om die streeksmodel mee te forseer. Model integrasies word oor ‘n 4-maand periode gedoen en vir ‘n 10-jaar tydperk (1991/92-2000/01). ‘n Objektiewe vorteks opsporingsprosedure word dan toegepas op die 4-lid ensemble om model-geskepte tropiese siklone te identifiseer. Sommige van die karakteristieke van die gesimuleerde siklone word dan vergelyk met die waargeneemde tropiese stelsels. Hiermee saam word statisiese tegnieke ingespan vir die genoemde tydperk om die vermoë van die streeksmodel te ondersoek om sekere aspekte van waargeneemde storms te herproduseer. Die resultate wys dat daar ‘n goeie ooreenkoms is tussen twee van die gesimuleerde en waargeneemde omgewingsveranderlikes wat tropiese sikloon ontwikkeling beinvloed, nl, vertikale windskuiwing en relatiewe vortisiteit. In besonder het die gesimuleerde en waargeneemde vertikale windskuiwing ooreenstemmende patrone gelewer oor die grootste gedeelte van die streeks model-area. Wat relatiewe vortisiteit betref, is die beste ooreenkoms oor die Mosambiek kanaal en in die gebied oos van Madagaskar gevind. Verder is daar ‘n sterk ooreenkoms tussen die gesimuleerde en waargeneemde tropiese sikloon karakteristieke soos by die tropiese siklone se ontwikkelingsgebiede asook hul frekwensie. Die model he took daarin geslaag om die inter-jaarlikse veranderlikheid van tropiese sikloon frekwensie suksesvol te simuleer. / Dissertation (MSc)--University of Pretoria, 2010. / Geography, Geoinformatics and Meteorology / MSc / Unrestricted

The linear Barotropic Non-Divergent simulation of a vortex on a beta plane is consistent with Willoughby’s earlier shallow-water divergent results in that it produced an unbounded accelerating westward and poleward motion without an asymptotic limit. However, Montgomery’s work which yielded finite linear drift speeds for his completely cyclonic vortex was inconsistent with ours. The nonlinearly-forced streamfunction exhibited a beta-gyre like structure, but with opposite polarity phase to the linear gyres. Utilization of the linear model with time-dependent, but otherwise beta-like, forcing revealed increasing magnitude and phase reversal in the neighborhood of a low cyclonic frequency. Here, the mean bounded vortex has an outer waveguide that supports Vortex Rossby Wave propagation that is faster than the mean flow and confined to a very narrow band of frequencies between zero and the Vortex Rossby Wave cutoff. The low frequency waves constitute the beta-gyre mode described previously by Willoughby.

Major portion of hurricane-induced economic loss originates from damages to building structures. The damages on building structures are typically grouped into three main categories: exterior, interior, and contents damage. Although the latter two types of damages, in most cases, cause more than 50% of the total loss, little has been done to investigate the physical damage process and unveil the interdependence of interior damage parameters. Building interior and contents damages are mainly due to wind-driven rain (WDR) intrusion through building envelope defects, breaches, and other functional openings. The limitation of research works and subsequent knowledge gaps, are in most part due to the complexity of damage phenomena during hurricanes and lack of established measurement methodologies to quantify rainwater intrusion. This dissertation focuses on devising methodologies for large-scale experimental simulation of tropical cyclone WDR and measurements of rainwater intrusion to acquire benchmark test-based data for the development of hurricane-induced building interior and contents damage model. Target WDR parameters derived from tropical cyclone rainfall data were used to simulate the WDR characteristics at the Wall of Wind (WOW) facility. The proposed WDR simulation methodology presents detailed procedures for selection of type and number of nozzles formulated based on tropical cyclone WDR study. The simulated WDR was later used to experimentally investigate the mechanisms of rainwater deposition/intrusion in buildings. Test-based dataset of two rainwater intrusion parameters that quantify the distribution of direct impinging raindrops and surface runoff rainwater over building surface — rain admittance factor (RAF) and surface runoff coefficient (SRC), respectively — were developed using common shapes of low-rise buildings. The dataset was applied to a newly formulated WDR estimation model to predict the volume of rainwater ingress through envelope openings such as wall and roof deck breaches and window sill cracks. The validation of the new model using experimental data indicated reasonable estimation of rainwater ingress through envelope defects and breaches during tropical cyclones. The WDR estimation model and experimental dataset of WDR parameters developed in this dissertation work can be used to enhance the prediction capabilities of existing interior damage models such as the Florida Public Hurricane Loss Model (FPHLM).

Tropical cyclone (TC)-spawned tornadoes in Florida were analyzed to determine patterns of occurrence based on storm and geographic features. Tornadoes were determined to be associated with a landfalling or nearby TC if a tornado occurred within 800 km of the TC’s center of circulation. TC-tornadoes were analyzed for patterns based on distance and angle from TC’s center, topographic influences, population biases, and influence based on time of landfall. Most TC-Tornadoes tend to occur more often before landfall than after. It was discovered that tornadoes have occurred in different areas with respect to the bearing from the center depending on the landfall location and time of landfall. It was also discovered that land use type, and elevation had little to do with TC-Tornado occurrence. The results do suggest some population bias. The findings will be a guide for operational meteorologists to aid in forecasting likely tornadogenesis from TCs.