This thesis documents a study of the simultaneous North Atlantic extratropical transition (ET) and intensification (ET/R) of ox-hurricanes Danielle and Earl (1998), with the goal of identifying the midlatitude and remnant tropical cyclone (TC) features germane to the ET/R process. Using potential vorticity (PV) based diagnostics and an extension of piecewise PV inversion techniques that accounts for atmospheric water, the initial conditions of the Mesoscale Compressible Community model are altered by the individual removal of possible forcing features. Results from ensuing sensitivity tests are compared to the control simulation and changes in the structure and/or the intensity of ET/R are diagnosed. It is found that the existence of a trough upstream of the remnant TC is a necessary forcing for redevelopment and that larger north-south trough amplitudes result in stronger vortex reintensification. Transitions occurring in the equatorward entrance region of a baroclinic jet are likely to undergo baroclinic mode redevelopment, whereas those taking place in the poleward exit region of the jet usually take on tropical mode characteristics. Baroclinic mode storms are insensitive to the structure of the TC remnant; tropical mode redevelopment, however, rely heavily on both the circulation and the moisture associated with the ex-tropical feature. Considered pragmatically, the results of this study amount to a list of the key ingredients necessary for the ET/R of the storms studied, which will be of use in the forecasting of similar events. A broader application of the findings in the context of current ET research yields insight into both the dynamics and thermodynamics of these extreme events.

Winter storms produce major problems for society and their precipitation is often the key factor responsible. The objective of this thesis is to better understand the formation of this precipitation. A multi-moment bulk microphysics scheme coupled with a cloud model has been developed to address this issue. It predicts the mass mixing ratio and total number concentration for many hydrometeor categories including rain, snow, freezing rain, wet snow, slush and ice pellets. Semi-melted particles have been incorporated into the bulk scheme since they are commonly formed at temperatures near 0ºC and they influence the formation of other types of precipitation within the atmosphere and reaching the surface. Considering a vertical profile in the atmosphere, the precipitation type characteristics during the 1998 Ice Storm in the Montreal area have been compared with aircraft measurements. Many of the observed characteristics were reproduced by the model. Also, sensitivity tests on the precipitation types formed during the Ice Storm were performed. The results show that small variations (±0.5ºC) in the temperature profiles as well as the precipitation rate can have major impacts on the types of precipitation formed at the surface in such a catastrophic event. Using a two-dimensional cloud model, the effects of the background wind on the precipitation type evolution within the atmosphere and at the surface have likewise been investigated. These results were compared with observations taken during a field project held at the Centre for Atmospheric Research Experiments (CARE) in the Toronto area during the winter 2006-2007. The results reproduced many of the precipitation types observed. The background wind field and snowfield aloft influence the type and the amount of precipitation reaching the surface. Overall, the environmental factors such as the temperature, the degree of saturation and the background wind critically affect the type of winter precipitation formed. / Les tempêtes hivernales associées à la production de différents types de précipitation peuvent s’accompagner d’inconvénients majeurs pour nos sociétés. L’objectif de cette étude est d’approfondir les connaissances acquises sur la formation des précipitations d’hiver (pluie verglaçante, neige, neige fondante, grésil, neige fondante gelée). Un modèle de nuage relié à un schéma microphysique à plusieurs moments a été développé afin de mener cette recherche. Les différents types de précipitations atteignant la surface sont influencés, entre autre, au cours de leur formation par la production de particules formées d’un mélange d’eau et de glace. Par conséquent, ces dernières ont été incorporées dans le schéma microphysique en basant directement leurs prédictions sur les conditions atmosphériques. Les caractéristiques de différents types de précipitation formés durant la tempête de verglas de 1998 dans la région de Montréal ont notamment été étudiées en utilisant le modèle de nuage à une dimension. Un profil vertical de température obtenu par avion a tout d’abord été utilisé pour initialiser le modèle de nuage. Par la suite, les résultats de cette simulation ont été comparés avec les précipitations réelles observées au cours du même vol. Par ailleurs, des tests de sensibilité ont été réalisés pour étudier l’influence d’une petite variation de température sur la formation de différents types de précipitations. Les résultats démontrent qu’une petite variation de la température du profil vertical (±0.5ºC) ainsi que le taux de précipitation ont un impact majeur sur le type de précipitation produit durant une telle catastrophe naturelle. De plus, les effets du vent sur les types de précipitations formés durant une tempête d’hiver ont été étudiés en utilisant un modèle de nuage à deux dimensions. Les résultats ont été comparés avec des observations recueillies a

Ensemble-based Kalman filters have drawn a lot of attention in the atmospheric and ocean scientific community because of their potential to be used as a data assimilation tool for numerical prediction in a strongly nonlinear context at an affordable cost. However, many studies have noted practical problems in their implementation. Indeed, being Monte-Carlo methods, the useful parameters are estimated from a sample of limited size of independent realizations of the process. As a consequence, the unavoidable sampling noise impacts the quality of the analysis. An idealized perfect model context is considered in which the analytical expression for the analysis accuracy and reliability as a function of the ensemble size is established, from a second-order moment perspective. It is proved that one can analytically explain the general tendency for ensemble-based Kalman filters to underestimate, on average, the analysis variance and therefore the likeliness for these filters to diverge. Performance of alternative methods, designed to reduce or eliminate sampling error effects, such as the double ensemble Kalman filter or covariance inflation are also analytically explored. For methods using perturbed observations, it is shown that the covariance inflation is the easiest and least expensive method to obtain the most accurate and reliable analysis. These analytical results agreed well with means over a large number of experiments using a perfect, low-resolution, and quasi-geostrophic barotropic model, in a series of observation system simulation experiments of single analysis cycles as well as in a simulated forecast system. In one-analysis cycle experiments with rank histograms, non-perturbed-observation methods show a lack of reliability regardless of the number of members. For small ensemble sizes, sampling error effects are dominant but have a smaller impact than in the perturbed observation method, making non / La possibilité pour les filtres de Kalman d'ensemble d'être mis en œuvre à un coût non prohibitif comme outil d'assimilation de données dans les modèles de prévision numérique du temps, et donc dans un contexte hautement non-linéaire, a suscité l'attention de la communauté scientifique au cours des dernières années. De nombreuses études ont cependant montré les limites pratiques de leur implémentation. En effet, en tant que méthode de Monte-Carlo, ils requièrent l'utilisation d'un échantillon limité de réalisations indépendantes du processus étudié. Les inévitables erreurs d'échantillonnage engendrées conduisent à une détérioration de la qualité de l'analyse. L'expression théorique donnant la précision et la fiabilité de l'analyse en fonction de la taille de l'ensemble est établie dans un contexte idéalisé impliquant un modèle parfait, en se bornant aux moments de second ordre des distributions statistiques des erreurs. La tendance générale des filtres de Kalman d'ensemble à sous-estimer en moyenne la variance de l'analyse, et donc leur propension à diverger, est ici prouvée théoriquement. Les comportements de méthodes alternatives construites pour réduire ou éliminer les effets de l'erreur d'échantillonage font également l'objet d'une étude théorique. Le filtre de Kalman d'ensemble double et l'inflation des covariances sont étudiés. Dans le cas des méthodes utilisant des observations perturbées, la méthode d'inflation des covariances apparaît comme la plus facile et la moins coûteuse à mettre en œuvre. Les résultats théoriques obtenus sont en accord avec les moyennes effectuées sur un grand nombre de réalisations d'expériences utilisant un modèle barotrope parfait, de faible résolution et quasi-géostrophique. Ces expériences-jumelles ont d'abord été effectuées sur un seul cycle d'analyse, puis dans un système de prévision numéri

The coldest surface temperatures in Canada are associated with arctic air masses. These air masses form during the snow-covered and low-sunlight environment of the high-latitude northwest in the winter. This is a region that has been experiencing intense localized surface temperature warming that has not been well captured by climate models. The purpose of this study is to examine the arctic air masses of the region in detail, the larger synoptic context of changes in temperature intensity across Canada in which they are embedded, their thermodynamic properties, and secular changes that they may be experiencing.Trends in temperature anomalies relative to a 30-year running mean were examined, a measure of changes in intensity separated from changes in the mean. Trends towards decreasing variability were found in the southwest and northeast during the winter and trends in increasing variability in the Prairies, southern Ontario and Quebec during mid-winter and in the Atlantic stations in the early-spring. However, no trends were found in the variability of the northwest meaning that even though temperatures inside arctic air masses are increasing, their intensity relative to the 30-year running mean has not been changing.Ninety-three arctic air masses were isolated, using the anomalies calculated relative to the 30-year running mean, and examined. They were found to be deep-layer cold-air damming events associated with an intense anticyclone in the lee of the Canadian Rockies. Using a thermodynamic budget, we find the primary formation mechanism to be diabatic, with cold-air advection playing a small role, counter-balanced by subsidence warming. Sublimation cooling from snowfall at the start of the formation is one of the diabatic processes playing a role. A secular trend toward deeper events was found and decreased radiative cooling during the event, possibly owing to increased cloudiness.In a case study of an intense and long-lived event in February of 1979, moisture was found to be a crucial component in maintaining the cold air. Ice crystals radiatively cool the layer in which they are embedded but settle gravitationally over time or are brought to the ground through subsidence. Moisture must be replenished by precipitation if the air mass is to continue cooling. Moisture transport into the event region is primarily from the upper-levels, 700 hPa, from cyclones in the Gulf of Alaska and from the north over the pole, where it precipitates and falls into the lower-levels. / Les températures de surface les plus froides au Canada sont associées aux masses d'air arctiques. Ces masses d'air forment pendant l'environnement snow-covered et de bas-lumière du soleil du nord-ouest de haut-latitude en hiver. C'est une région qui avait éprouvé le chauffage localisé intense de température de surface qui n'a pas été bien capturé par des modèles de climat. Le but de cette étude est d'examiner les masses d'air arctiques de la région en détail, le contexte synoptique plus grand des changements de l'intensité de la température à travers le Canada auquel ils sont inclus, leurs propriétés thermo-dynamiques et changements séculaires qu'ils peuvent éprouver.Des tendances dans des anomalies de la température relativement à un moyen de fonctionnement de 30 ans ont été examinées, une mesure de changements de l'intensité séparée des changements du moyen. Des tendances vers la variabilité décroissante ont été trouvées dans le sud-ouest et le nord-est pendant l'hiver et les tendances dans la variabilité croissante les prairies, l'Ontario méridional et au Québec pendant le plein hiver et dans les stations atlantiques dans le tôt-ressort. Cependant, aucune tendance n'a été trouvée dans la variabilité de la signification du nord-ouest que quoique les températures à l'intérieur des masses d'air arctiques augmentent, leur intensité relativement au moyen de fonctionnement de 30 ans avait changé.Quatre-vingt-treize masses d'air arctiques ont été isolées, utilisant les anomalies calculées relativement au moyen de fonctionnement de 30 ans, et examinées. Elles se sont avérées air froid de profond-couche endiguer des événements liés à un anticyclone intense dans la lie des Rocheuses canadiennes. Utilisant un budget thermo-dynamique, nous trouvons le mécanisme primaire de formation pour être diabatic, avec l'advection d'air froid jouant un petit rôle, équilibré par le chauffage d'affaissement. La sublimation se refroidissant des chutes de neige au début de la formation s'est également avérée pour jouer un rôle. Une tendance séculaire vers des événements plus profonds a été trouvée et a diminué le refroidissement radiatif pendant l'événement, probablement dû à l'opacité accrue.Dans une étude de cas d'un événement intense et longévital en février de 1979, l'humidité s'est avérée un composant crucial en maintenant l'air froid. Les cristaux de glace radiatively refroidissent la couche dans laquelle ils sont enfoncés mais arrangent gravitationellement avec le temps ou sont apportés à la terre par l'affaissement ; ils doivent être complétés le niveau par la précipitation si la masse d'air est de continuer de se refroidir. Le transport d'humidité dans la région d'événement est principalement des niveaux supérieurs, des cyclones dans le Golfe de l'Alaska et du nord au-dessus du poteau, où il précipite et tombe dans les niveaux plus bas.

The quality of major reanalysis datasets is first evaluated for the Northern-Hemisphere intraseasonal variability of Stratospheric Vortex Weakening (SVW)and Intensication (SVI) events using global positioning system (GPS) radio-occultation temperature soundings. The biases are small in comparison to the magnitude of the anomalies encountered during SVW and SVI events. With a greater confidence in the ability of reanalysis projects to reliably capture SVWevents, we evaluate the necessary conditions for the downward propagation of the anomalies from the stratosphere to the troposphere by separating SVW events into propagating and non-propagating categories. The tropopause is generally the region delimiting the propagation of Northern Annular Mode (NAM) index, wind and temperature anomalies. Counter-intuitively, stronger SVW events do not necessarily result in stronger downward propagation to the troposphere. The seasonal distribution of SVW events reveals a greater propagation for late winter events. Eliassen-Palm flux diagnostics further reveal that, although SVW events are well explained by planetary wave breaking in the upper stratosphere, the tropospheric response does not match perfectly the pattern of wave forcing. This indicates that other mechanism(s) might play a role in the stratosphere/troposphere coupling associated with SVW events. / La qualité des réanalyses numériques est évaluée lors des évènements d'affaiblissement (SVW) et d'intensication (SVI) du vortex stratosphérique par comparaison aux profils d'occultation de satellites GPS. Les erreurs présentes sont petites en comparaison à l'ampleur des anomalies rencontrées lors des évènements SVW et SVI. Avec une plus grande confiance en l'abilité des réanalyses à capturer les évènements SVW, nous évaluons les conditions nécessaires à la propagation des anomalies de la stratosphère à la troposphère en développant une nouvelle méthode de classication des évènements qui présentent une propagation de ceux qui n'en présentent pas. Les résultats indiquent que la tropopause est généralement la région qui délimite la propagation des anomalies de vent, de température et d'indice du "Northern Annular Mode" (NAM). Il apparaît aussi que les anomalies troposphériques associées aux évènements SVW ont une meilleure corrélation avec la basse stratosphère. Une évaluation de la distribution saisonnière des SVW montre qu'ils ont un plus grand taux de propagation vers la fin de l'hiver. Les diagnostiques du "Eliassen-Palm flux" révèlent que bien que les anomalies de vent dans la startosphère correspondent bien au forcage par les ondes, la réponse troposphérique ne correspond pas parfaitement à ce dernier, suggérant la présence d'autres méchanismes dynamiques dans la troposphère.

To understand the impact of numerical grid spacing and time step size on vortex Rossby waves in hurricanes going through an eyewall replacement cycle, multiple simulations with identical parameterization but with different numerics were carried out using the WRF model on hurricane Wilma (2005). The method of Empirical Normal Modes was then applied on the dataset in order to find radially outward propagating vortex Rossby waves (VRWs). It was found that for varying grid lengths, using high resolution can resolve these VRWs while a mixture of gravity and vortex Rossby waves was propagating from the eyewall using coarse resolution. An examination of the divergence of the Eliassen-Palm flux showed that high resolution is required to form a secondary eyewall. In terms of varying the time step size, differences were noted in the eyewall replacement cycles as well as the final shape of the eyewall, implying that non-converging numerical errors can impact strongly the vortex Rossby waves and therefore the dynamics of the hurricane. / Pour comprendre l'impact de l'espacement de grille numérique et la taille du pas de temps sur les ondes de Rossby de tourbillon (ORT) dans les ouragans affectés par un cycle de remplacement du mur de l'oeil, plusieurs simulations avec des paramètres identiques mais des données numériques changeantes ont été éffectuées en utilisant le modèle WRF sur l'ouragan Wilma (2005). La méthode des Modes Normaux Empiriques a été appliquée sur un ensemble de données afin de trouver des ORT se propageant radialement vers l'extérieur. Il a été trouvé que pour un espacement de grille variable, une haute résolution permet de résoudre ces ORT alors qu'en utilisant une résolution plus grossière, un mélange d'ondes gravitationnelles et d'ORT se propageaient à partir du mur de l'oeil. Une examination de la divergence du Flux d'Eliassen-Palm a montré qu'une haute résolution est requise pour former un deuxième mur. Pour le pas de temps variable, des différences ont été notées lors du cycle de remplacement du mur de l'oeil ainsi que sur la forme finale du mur de l'oeil, laissant entendre que la non-convergence des erreurs numériques peut fortement affecter les ORT et ainsi la dynamique de l'ouragan.

This study focuses on cold-season (October-April) precipitation events at Iqaluit, Nunavut that exceed the 97th percentile of daily corrected precipitation accumulation. The characteristics of 194 major precipitation events are described for the 1955-1996 period; four events were examined in great detail as well. Based on NCEP-NCAR and NARR reanalysis data, the low pressure systems that led to these events came from the South (40%), the West (29%), the Atlantic Ocean (23%), or were triggered by short-wave troughs (8%). The duration and precipitation rate of the events, rather than the speed of motion, were critical factors influencing on precipitation accumulation. High atmospheric moisture content and surface warm fronts were the common tropospheric features of these events. Snow was the dominant precipitation type and topography was important in terms of wind direction. The NAO index tends to influence the occurrence of major precipitation events, but is not a determining factor. / Ce travail traite des évènements de précipitation qui sont supérieurs au 97e rang centile des précipitation quotidiennes à Iqaluit, Nunavut, durant la saison froide, soit d'octobre à avril. Nous décrivons les caractéristiques de 194 évènements de précipitation majeures qui se sont déroulés entre 1955 et 1996; quatre d'entre eux font l'objet d'une explication détaillée. Selon les données traitées par NCEP-NCAR et NARR, les systèmes dépressionnaires responsables de ces évènements provenaient du sud (40%), de l'ouest (29%), de l'océan Atlantique (23%) ou étaient associés à des creux barométriques dans 8% des cas. Plus que la vitesse des systèmes dépressionnaires, la durée et le niveau de précipitation ont été des facteurs déterminant sur les accumulations. Le haut taux d'humidité atmosphérique et la présence de fronts chands en surface furent les caractéristiques troposphériques de ces évènements. La neige fut le principal type de précipitation et la topographie influença de manière importante la direction du vent. L'Oscillation Nord-Atlantique a certes une influence sur les évènements de précipitation majeures, mais ne peut être considéré comme un facteur déterminant.

No description available.

This thesis examines characteristics of the tropical cold-point tropopause (CPT)and associated dynamic mechanisms using observations, idealized model, and generalcirculation model simulations. Fine-scale structure of the CPT is investigated usingnewly available high-resolution temperature data. Then, the dynamic mechanism ofthe CPT formation is rigorously tested and examined using a dry primitive equationmodel under the framework of transformed Eulerian-mean. Finally, the characteristicsof the CPT are examined in the state-of-art climate models that participated inthe Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 (CMIP5). The current climatemodels' capability to reproduce the CPT features is evaluated and discussed.In the observational study, climatology, seasonal cycle, and intraseasonal variabilityof three CPT properties (temperature, pressure, and sharpness) are examinedusing high-resolution temperature profiles derived from COSMIC global positioningsystem (GPS) radio occultation (RO) measurements. The climatology obtained fromthe GPS RO data captures the characteristic structure of the CPT successfully. Thethree CPT properties show coherent seasonal cycle in the tropics that the CPT iscolder, higher (lower in pressure) and sharper in boreal winter compared to that inboreal summer. This seasonality is consistent with that of the large-scale tropopauseupwelling, which is largely driven by near-tropopause processes. The variability onintraseasonal timescales is more likely controlled by the tropical deep convectionand associated tropical waves. Particularly, intraseasonal variability of the CPTproperties shows clear signature of Kelvin waves, with a secondary contribution byMadden-Julian Oscillation in the deep tropics.The formation mechanism of the CPT is further investigated using a dry primitiveequation general circulation model with a simplified thermal forcing. The simpledynamic system reproduces a distinct cold level at the top of the tropical troposphere,which is analogous to the CPT in the real atmosphere. The modeled CPT is primarilymaintained by adiabatic cooling due to upwelling at the tropical tropopause,and synoptic-scale wave forcing in the subtropical lower stratosphere is found as theprimary driver of the upwelling. Further investigation on the evolution mechanismsuggests that the formation of the CPT is a part of balancing process between waveforcings and mean flow response in the tropics, and this is likely an important processthat decides the vertical extent of the subtropical jet in the lower stratosphere.The thermal characteristics of the CPT examined in CMIP5 models exhibitreasonable agreements with observations. Historical simulations successfully capturethe spatio-temporal structure of the CPT on annual and seasonal timescales. The interannualvariability associated with El Ni˜no Southern Oscillation and intraseasonalvariability associated with equatorial waves are also roughly reproduced. However,many of the models still have overall warm bias near the CPT and non-negligiblebiases in the amplitude of variability in intraseasonal to interannual timescales. Inthe future projections based on the Representative Concentration Pathway (RCP)8.5 scenario, the models predict robust warming both at the 100-hPa and zero-lapseratelevels (estimated CPT), but cooling at the 70-hPa level. A weakened seasonalcycle in the temperature is also found in most models at both the 100- and 70-hPalevels, which could have an important implication for the stratosphere-troposphereexchange and related climate variability. / Cette thèse examine les caractéristiques du point froid de la tropopause tropicale, "tropical cold-point tropopause" (CPT) et les mécanismes dynamiques associés en utilisant des observations, un modèle idéalisé ainsi qu'on model de circulation globale. La fine structure du CPT est évaluée en utilisant de nouvelles mesures de températures à haute résolution. Ensuite, les mécanismes dynamiques de la formation du CPT sont testées de manière rigoureuse et examinées en utilisant un model sec basé sur les équations primitives dans le cadre du "Transformed Eulerian Mean". Finalement, les caractéristiques du CPT sont examinées avec les modèles climatiques de pointe du "Coupled Model Intercomparions Project Phase 5" (CMIP5). La capacité actuelle de ces modèles de reproduire les caractéristiques du CPT sont par la suite évaluées.Dans l'étude observationnelle, la climatologie, le cycle saisonnier et la variabilité intra-saisonnière de trois propriétés du CPT (température, pression et finesse) sont examinées en utilisant des profils de température haute-résolution dérivés du system de mesure par radio occultation gps COSMIC. La climatologie obtenue par COSMIC capture la structure caractéristique du CPT avec succès. Les trois propriétés du CPT montrent une évolution saisonnière cohérente dans les tropiques : le CPT est plus haut, plus froid, et plus fin lors de l'hiver boréal compare à l'été boréal. Cette saisonnalité est consistante avec les mouvements verticaux de large échelle qui sont principalement générées par des procédés locaux à la tropopause. La variabilité intra saisonnière est plus vraisemblablement contrôlée par la convection tropicale profonde et les ondes tropicales associées. Particulièrement, la variabilité saisonnière du CPT montre clairement une signature d'onde Kelvin, avec une contribution secondaire de la Madden-Julian Oscillation dans les tropiques. Les mécanismes de formation du CPT sont par la suite évalués en utilisant un model basé sur les équations primitives avec un forçage thermal simplifie. Le système dynamique simple reproduit un niveau froid distinct au sommet de la troposphère tropicale, qui est analogue au CPT de l'atmosphère terrestre. Le CPT modelé est principalement maintenu par de refroidissement adiabatique par ascension à la tropopause tropicale. Le forçage par onde synoptiques dans la basse stratosphère subtropicale est le mécanisme dominant régissant ce refroidissement par ascension. Une évaluation plus poussée suggère que la formation du CPT fait partie d'un processus de stabilisation entre le forçage d'onde et la réponse de la circulation moyenne dans les tropiques et que ce processus est vraisemblablement important pour décider de l'étendue verticale du courant jet subtropical dans la basse stratosphère.Les caractéristiques thermales du CPT observées dans les modèles CMIP5 démontrent une correspondance raisonnable avec les observations. Les simulations historiques capturent avec succès la structure spatio-temporelle du CPT sur des bases annuelles et saisonnières. La variabilité interannuelle associée avec le « El Nino-Southern Oscillation» et la variabilité intra saisonnière associée avec les ondes équatoriales sont reproduites avec succès. Cependant, plusieurs des modèles présentent une erreur chaude près du CPT et des erreurs non-négligeables dans l'amplitude de la variabilité intra saisonnière et interannuelle. Dans la projection future basée dur le scenario « Representative Concentration Pathway » (RCP) 8.5, les modèles prédisent un réchauffement au niveau du CPT, mais un refroidissement à 70 hPa. Un cycle saisonnier de températures plus faible est aussi observé dans la plupart des modèles au niveau de 100 et 70 hPa, ce qui pourrait avoir des implications importantes pour les échanges stratosphère troposphère et la variabilité climatique associée.

To a first approximation hurricanes can be considered as axisymmetric vor- tices. However, asymmetries often accompany the symmetric circulation. Spiral rainbands, elliptical eyewalls, polygonal eyewalls, secondary eyewalls, mesovortices, and deep rotating convective clouds are examples of such asym- metric structures. The contribution of these asymmetries to the intensity and structural changes of hurricanes are not well understood.In this thesis, a suite of numerical models (both two dimensional [2D] and three dimensional [3D]) along with a series of diagnostic tools (Empirical Normal Mode [ENM] method, linear eigenmode analysis, wave activities con- servations laws, Eliassen-Palm [EP] flux calculations, and eddy kinetic energy budget calculations), are used to study the underlying dynamics associated with: the lifetime of elliptical eyewalls (Chapter 2), the genesis of secondary eyewalls (Chapter 2,3), the origin of polygonal eyewalls and mesovortices and their contribution to the rapid intensification process (Chapter 4), and finally the role of asymmetric convective bursts to the intensification of developing hurricanes (Chapter 5). In Chapter 2, it is shown that the evolution and the lifetime of a 2D el- liptical eyewall may be controlled by the inviscid damping of sheared vortex Rossby waves (VRWs) or the decay of an excited quasimode. In the context of 2D vortex flows, it is also shown that secondary rings of enhanced vorticity (secondary eyewalls) can form by the radiation of VRWs that result from the release of barotropic instability, and the process of wave-mean flow in- teractions. In Chapter 3, the importance of VRWs to the secondary eyewall genesis is verified in a successful numerical simulation of hurricane Wilma (2005) that developed a secondary eyewall. In Chapter 4, an analysis of the simulated Wilma during the rapid intensification stage is performed to show that the observed polygonal eyewall in Wilma is the result of counterpropa- gating unstable VRWs. The analysis also indicates that the polygonal eyewall and mesovortices can assist in the rapid intensification process. Finally, in Chapter 5 it is shown that the response of a weak vortex to asymmetric con- vective bursts is dominated by the excitation of damped sheared VRWs that act to accelerate the symmetric flow through the radial transport of angular momentum. / D'une façon approximative, les ouragans peuvent être considérés comme des vortex axisymétriques. Cependant, des asymétries accompagnent souvent la circulation symétrique. Des bandes de pluie en spirale, des mésovortex et de profonds et tourbillonnants orages convectifs sont des exemples de tels structures. Le mur autour de l'oeil de l'ouragan (ou simplement le mur) peut aussi prendre des formes elliptiques ou polygonales. Parfois même, la présence de murs secondaires est observée. La contribution de ces asymétries à l'intensité et aux changements structuraux des ouragans sont mal compris. Dans cette thèse, nous utilisons plusieurs modèles en deux et trois dimensions (2D et 3D) ainsi que des outils de diagnostiques (incluant la méthode des "Empirical Normal Mode" [ENM], l'analyse des "eigenmode" linéaires, les lois dictant la conservation des activités ondulatoires, le calcul des flux d'Eliassen-Palm [EP] ainsi que les calculs des budgets d'énergie cinétique) afin d'étudier les effets dynamiques associées à: la dure de vie des murs elliptiques (chapitre 2), la genèse des murs secondaires (chapitres 2 et 3), l'origine des murs polygonaux et des mésovortex ainsi que leur contribution associé à l'intensification des ouragans (chapitre 4) et, finalement, le rôle des pulsations convectives aussi associés à l'intensification des ouragans en développement (chapitre 5). Dans le chapitre 2, nous démontrons que l'évolution et la durée de vie de murs elliptiques en 2D pourrait être contrôlés par l'amortissement inviscide d'ondes de Rossby tourbillonnantes (VRWs) ou de la dissipation d'un quasi-mode préalablement excité. Dans des simulations en 2D, il est aussi démontré que des anneaux secondaires de vorticité prononcée (des murs secondaires) peuvent être formés par la radiation de VRWs qui résultent de la libération d'instabilité barotropique ainsi que des interactions avec l'écoulement moyen. Dans le chapitre 3, l'importance des VRWs à la genèse des murs secondaires est vérifiée dans une successions de simulations numériques de l'ouragan Wilma (2005) qui a développé un mur secondaire. Dans le chapitre 4, l'analyse de la simulation de Wilma durant le stade d'intensification rapide est utilisée pour dmontrer que le mur de forme polygonale observé durant Wilma est le résultat de VRWs instables se propageant en sens contraire. Notre analyse indique aussi que les murs polygonaux et les mésovortex peuvent contribuer au processus d'intensification rapide des ouragans. Finalement, dans le chapitre 5, il est démontré que la réponse d'un vortex de faible intensité aux pulsations convectives asymétries est dominée par l'excitation de VRWs amortis et cisaillés qui accélêrent l'écoulement symétrique par le transport de moment angulaire.