Les événements extrêmes de précipitations (EEP) ont un impact fort sur les populations, les biens et les activités économiques au Sahel. Les deux dernières décennie sont vu leur fréquence d’occurrence et leur intensité augmenter, et les projections climatiques tendent à montrer que cela va continuer. Cependant, de nombreuses zones d’ombre demeurent sur les mécanismes pilotant leurs propriétés et leur variabilité. Cette thèse se propose d’aborder certaines des questions scientifiques sous-jacentes : Quelles sont, qualitativement et quantitativement, ces propriétés ? Quelles sont les mécanismes gouvernant la variabilité des EEPs, notamment aux échelles interannuelles ? Un EEP peut prendre des formes variées. Ici, la définition adoptée est la suivante : tout événement où le cumul journalier sur un surface de 1° x 1° dépasse le 99ème percentile du pixel.
Pour répondre à ces questions, cette thèse se décompose en deux volets. Le premier volet se focalise sur la documentation des EEPs sahéliens. Cet objectif requiert a priori l’utilisation d’observations de précipitation, ce qui représente malheureuse-ment une difficulté majeure à l’échelle du Sahel (faible densité du réseau de pluviomètres, accessibilité souvent restreinte). Grâce à une collaboration avec l’agence météorologique du Burkina Faso, nous avons pu avoir accès à un réseau de pluviomètres particulièrement dense pour la région, et adapté à la documentation des EEPs sur ce pays pour la période récente (2001-2013). Ce jeu de données montre que les EEPs se produisent en phase avec le cycle annuel de la mousson africaine et plus fréquemment pendant les années humides. Par ailleurs, la variabilité de leur cumul est dominée par la variabilité de leur nombre plutôt qu’un changement dans leur intensité. Pour étendre ces résultats à l’échelle du Sahel, nous avons considéré la quasi-totalité des produits grillés de précipitation (24 produits mélangeant différentes sources d’observations et algorithmes d’estimation de la pluie). Ces produits ont d’abord été évalués sur la Burkina Faso à l’aide de nos données de référence. La plus grande difficulté pour ces produits est d’estimer quantitativement l’intensité des EEPs. Cette difficulté se manifeste sur l’ensemble du Sahel via une forte dispersion de ces produits sur le 99ème percentile de la pluie. Malgré tout, les produits disponibles s’accordent sur le couplage entre précipitation et EEPs sur le Sahel aux échelles saisonnière et interannuelle.
Le second volet propose d’utiliser la modélisation pour étudier l’impact de la variabilité interannuelle des températures de surface de la mer de l’Atlantique tropical sur les EEPs sahéliens, avec au cœur de cette stratégie le modèle atmosphérique global ARPEGE-Climat développé au CNRM. La dernière version disponible de ce modèle a tout d’abord été évaluée sur plusieurs facettes du climat ouest-africain. Son principal défaut est un manque important de précipitation sur le Sahel, limitant son utilisation pour notre objectif. Nous avons cependant pu mettre en œuvre une approche statistique récemment développée dans la communauté française de modélisation du climat permettant de recalibrer efficacement le modèle et de le rendre plus adapté à nos préoccupations. Plusieurs configurations sont même identifiées. Une de celle-ci est ensuite utilisée pour étudier la réponse du climat sahélien à des anomalies chaudes ou froides dans l’Atlantique tropical. |
Extreme precipitating events (EPEs) have a strong impacts on populations, livelihoods and economic activities in the Sahel. The last two decades have seen an increase in their frequency of occurrence and intensity, and climate projections tend to show that this will persist. However, many gaps remain in the understanding of the mechanisms driving their properties and variability. This thesis addresses some of the underlying scientific questions : What are, qualitatively and quantitatively, these properties ? What are the mechanisms governing the variability of EPEs, especially on interannual timescales ? An EPE can be defined in various ways. Here, the following definition is adopted : any event where the daily accumulated rainfall over an area of 1° x 1° exceeds the 99th percentile of the pixel.
To answer these questions, this thesis is divided into two parts. The first one focuses on the documentation of Sahelian EPEs. This objective requires the use of precipitation observations, which unfortunately represents a major difficulty at the Sahel scale (low density of the rain gauge network, with often restricted access). Thanks to a collaboration with the meteorological agency of Burkina Faso, we were able to access a particularly dense network of rain gauges for the region, and appropriate for documenting EPEs over this country for the recent period (2001-2013). The analysis of this dataset emphasizes that the EEPs occur in phase withthe West African monsoon annual cycle and are more frequent during wet years. Furthermore, the variability in their annual rainfall contribution is dominated bythat in their number rather than that in their intensity. To extend these results tothe wider Sahel, we considered almost all currently available gridded rainfall products (24 products using different sources of observations and rainfall estimationalgorithms). These products are first evaluated over Burkina Faso using our reference data. The greatest difficulty for these products is to quantitatively estimatethe EPE intensity. This difficulty manifests over the entire Sahel via a strong dispersion of these products on the 99th percentile of daily rainfall. Nevertheless, the available products agree on the strong coupling between precipitation and EPEsover the Sahel, on seasonal and interannual timescales.
The second part proposes to use a modelling approach to study the impact of interannual variability of tropical Atlantic sea surface temperatures on Sahelian EPEs, based on the ARPEGE-Climat global atmospheric model developed at CNRM. The latest available version of the model is first evaluated on several facets of theWest African climate, its main shortcoming being a significant lack of precipita-tion over the Sahel. This makes it unsuitable for our purposes. However, we havebeen able to use a statistical approach recently developed by the French climatemodelling community that allows us to efficiently re-calibrate the model and makeit more appropriate for our purposes. Several relevant configurations have beenachieved. One of these is then used to study the response of the Sahelian climateto warm or cold anomalies in the tropical Atlantic. |