La variabilité climatique en Afrique de l'Ouest aux échelles ...

Rubrique : à venir
Sécheresse 2004 ; 15 (4) : 1-10
La variabilité climatique en Afrique
de l’Ouest aux échelles saisonnière
et intra-saisonnière.
I : mise en place de la mousson
et variabilité intra-saisonnière
de la convection
Benjamin Sultan
Serge Janicot
Institut de recherche pour le développement
(IRD),
Laboratoire d’océanographie dynamique
et de climat (LODYC), UMR 7617
(CNRS/IRD/P6/MNHN),
Université Pierre et Marie Curie,
Case 100,
4, Place Jussieu,
75252 Paris cedex 05,
France
Résumé
L’agriculture en Afrique de l’Ouest, vitale pour la population locale, est extrêmement
dépendante de la saison des pluies estivales et nécessite une bonne compréhension
du cycle saisonnier de la pluviométrie. Cette étude aborde une caractérisation
d’événements qui structurent et modulent le cycle saisonnier des pluies en Afrique de
l’Ouest comme la mise en place de la mousson et les occurrences de séquences
sèches au cœur de la saison des pluies. En se fondant sur l’analyse des observations
pluviométriques de l’Institut de recherche pour le développement (IRD) et sur les
réanalyses atmosphériques du NCEP/NCAR sur la période 1968-1990, la mise en
place de la mousson est étudiée à partir du déplacement méridien saisonnier de la
Zone de convergence intertropicale (ZCIT). Il est montré que ce déplacement est
caractérisé par une transition rapide entre une première position d’équilibre à 5° N
en mai et en juin, marquant la première saison des pluies en Afrique guinéenne, et
une deuxième latitude d’équilibre à 10° N en juillet et en août, au moment du cœur
de la saison humide en Afrique soudano-sahélienne. On s’attache également à
décrire les fluctuations intra-saisonnières de la convection en Afrique de l’Ouest, qui
s’expriment dans deux bandes de fréquences à 15 jours et à 40 jours avec une
alternance sur le Sahel de séquences sèches et humides se propageant d’est en ouest.
Mots clés : Afrique de l’Ouest, mousson, Zone de Convergence Intertropicale
Summary
West African monsoon variability at seasonal and intraseasonal time-scales. I: The
monsoon onset and the intraseasonal variability.
By using daily gridded rainfall data and NCEP/NCAR reanalyses over the period
1968-1990, we have documented two main aspects of the West African monsoon
dynamics: the onset of the summer monsoon and the intra-seasonal modulation of
convection. It is shown that the onset stage of the summer monsoon over West Africa
is linked to an abrupt latitudinal shift in late June of the Inter-Tropical Convergence
Zone (ITCZ) from a quasi-stationary location at 5° N in May-June to a second
quasi-stationary latitude at 10° N in July-August. In the second part of this study, we
show the evidence of large and coherent fluctuations in the rainfall fields in two
Sécheresse n° 4, vol. 15, décembre 2004 1

different spectral windows: between 10 and 25 days, and between 30 and 40 days.
A composite analysis based on a filtered regional rainfall index suggests the
existence of enhanced and weakened monsoon phases belonging to a quasiperiodic
signal of about 15 days. These wet and dry sequences are characterized by
a westward propagation of large convection anomalies over the Sahel.
Keywords: West Africa, Monsoon, Intertropical Convergence Zone
L’Afrique de l’Ouest compte parmi les
régions les plus pauvres au regard de
l’économie mondiale. Pour subvenir à
ses besoins, elle reste actuellement très
dépendante de son agriculture. La distribution
des pluies utiles à cette agriculture, se
concentrant dans un intervalle de temps
très court entre juin et septembre, impose
une contrainte hydrique forte aux cultures
des régions sahéliennes et une extrême
sensibilité des rendements agricoles aux
fluctuations de la mousson ouest-africaine
à différentes échelles d’espace et de
temps.
La majeure partie des études sur ces fluctuations
de la mousson ont porté sur
l’échelle décennale et interannuelle de la
sécheresse de la deuxième moitié du XX e
siècle [1,2] et sur l’échelle synoptique des
ondes d’est [3] et des lignes de grains [4].
Entre ces deux échelles, la variabilité pluviométrique
est mal connue, malgré un
impact majeur sur la stratégie agricole au
Sahel [5]. Ce sont ces échelles saisonnière
et intra-saisonnière que l’on se propose
d’étudier à travers deux axes principaux :
la caractérisation du démarrage de la
saison humide et de l’installation de la
mousson en Afrique de soudanosahélienne
et la mise en évidence de phases
de renforcement et d’affaiblissement
de la convection à l’échelle intrasaisonnière.
Les résultats de cette étude régionale de la
mousson pourront trouver une application
directe à l’échelle locale à travers la réponse
du rendement agricole aux fluctuations
pluviométriques présentée dans la
deuxième partie de cette étude [6].
Données de l’étude
Pour cette étude, on s’est appuyé sur plusieurs
jeux de données indépendants décrivant
l’intensité de la convection et la
circulation atmosphérique.
aérienne en Afrique et à Madagascar
(Asecna) et le Comité inter-africain d’études
hydrauliques (CIEH) a pu élaborer une
base de données pluviométriques importante
sur le domaine de l’Afrique de
l’Ouest. Elle est constituée de cumuls journaliers
d’observations pluviométriques
pour des stations réparties sur le continent
entre 3° Net20° N de latitude et s’étalant
en longitude de 18°W à 10°E(figure 1).
La répartition spatiale de ces stations montre
une couverture assez irrégulière du
domaine ouest-africain avec très peu,
voire aucune station de mesure sur des
pays anglophones. La plus forte densité de
stations (figure 1) se trouve dans la bande
de latitude 5° N-15° N pour plusieurs sections
méridiennes : entre 7°W et5°E et,
plus à l’est vers 15°E. Ces données quotidiennes
sont disponibles pour la période
1954-1993, avec une forte hétérogénéité
du nombre de stations au cours de cette
période : on compte plus de 1 300 stations
en moyenne pour la période 1968-
1980, entre 700 et 800 pour la période
1981-1990 et moins de 250 stations depuis
1991. Cette diminution du nombre de
stations de mesure affecte particulièrement
les pays tels que le Nigeria et le Cameroun.
En conséquence, on ne s’appuiera
que sur les données antérieures à 1990.
Pour une bonne adéquation avec les différents
jeux de données utilisés, les données
quotidiennes ont été interpolées sur une
Latitude
30˚
24˚
18˚
12˚
grille de maille carrée de 2,5 degrés, identique
à celle des réanalyses américaines
(cf.). Cette interpolation spatiale a été réalisée
en affectant comme valeur journalière
de chaque point de grille la moyenne
des précipitations des stations les plus proches.
Pour caractériser l’intensité de la convection,
on a également utilisé des observations
des satellites TIROS-NOAA (National
Oceanic and Atmospheric Administration)
qui mesurent les données de rayonnement
à grande longueur d’onde issu du sommet
de l’atmosphère. L’OLR (Outgoing Longwave
Radiation), apprécié en watts par
mètre carré, caractérise l’estimation de
l’émission vers l’espace du rayonnement
dans ces grandes longueurs d’onde du
système Terre-Océan-Atmosphère. Dans
les tropiques, la présence de nuages cumuliformes
à sommet élevé peut être détectée
et suivie par cette mesure de l’OLR qui
traduit ainsi la couverture nuageuse associée
à la convection profonde. Complémentaire
à l’utilisation des données pluviométriques,
son analyse est fréquemment
utilisée dans les tropiques, et, dans ces
basses latitudes, fait correspondre à des
températures froides du sommet de la couverture
nuageuse (des valeurs faibles de
l’OLR) l’occurrence d’un événement
convectif pluviogène. Ces données sont
disponibles en moyenne journalière pour
la période 1979-1990 sur la même grille
Mesures de convection
Du fait de sa forte implantation matérielle
et humaine sur le terrain et de ses relations
avec les unités de recherche locales, l’Institut
de recherche pour le développement,
IRD, ex-Orstom), en collaboration avec
l’Agence pour la sécurité de la navigation
6˚
0˚
−30˚ −22˚ −15˚ −7˚ 0˚
Longitude
7˚ 15˚ 22˚ 30˚
Figure 1. Réseau de stations pluviométriques de l’IRD pour la période 1968-1980.
2 Sécheresse n° 4, vol. 15, décembre 2004

que celle des précipitations avec une résolution
de 2,5 degrés [7].
Description
de la circulation atmosphérique
Le National Center for Environmental Prediction
(NCEP) et le National Center for
Atmospheric Research (NCAR) sont à l’origine
de la production de plus de 40 années,
depuis 1958, de paramètres atmosphériques
de surface et d’altitude
réanalysés selon un système complexe
d’assimilation de données et de prévision
à courte échéance [8]. Cette assimilation
est réalisée pour chaque maille de 2,5
degrés pour une couche du système d’assimilation
qui correspond à un niveau de
pression, c’est-à-dire à une altitude donnée.
Même si ce ne sont pas de véritables
observations, de nombreux travaux ont
montré que ces réanalyses sont très proches
des radiosondages en Afrique de
l’Ouest, en particulier pour la période
1968-1990 que l’on a retenue pour notre
étude [2,9].
Démarrage de la saison humide
et mise en place de la mousson
Déplacement méridien
de la mousson
La répartition différentielle de l’énergie au
sein du système Terre-Océan-Atmosphère
se traduit par une source chaude située
dans les régions intertropicales et deux
sources froides, l’une entre l’Équateur et
10° N au niveau de pression 300 hPa, qui
correspond approximativement à 10 km
d’altitude, et l’autre dans les moyennes et
hautes latitudes à 800 hPa, vers 2 km
d’altitude [10]. Ce sont ces différences
dans la répartition spatiale du bilan radiatif,
par l’amplification du gradient méridien
de température aux latitudes moyennes
et du gradient vertical aux latitudes
tropicales, qui provoquent la mise en mouvement
de l’atmosphère pour rééquilibrer
la distribution d’énergie dans le système.
Dans les régions intertropicales, cette cinématique
se traduit par une circulation méridienne
de type Hadley assurant le transfert
de l’énergie vers les zones déficitaires que
sont les niveaux supérieurs de la troposphère
et les pôles [11].
Au-dessus de l’Afrique de l’Ouest, la
convergence entre les cellules d’été et d’hiver
forme une zone d’intense convection :
la Zone de convergence intertropicale
(ZCIT), ou plus généralement l’Équateur
météorologique. En altitude, cette zone de
concentration de la vapeur d’eau advectée
par les alizés etlesflux de mousson
[10] présente une structure inclinée qui
définit deux zones d’ascendances distinctes
: la convection sèche et la convection
profonde. La trace au sol de la ZCIT que
l’on appelle Front intertropical (FIT) marque
la position de la convection sèche
moins développée verticalement et plus au
30N
27N
24N
10
0
0
21N
18N
10
8
15N
0
12N
9N
10
12
6N
3N
10
EQ
30W 25W 20W 15W 10W 5W 0 5E
30N
10
27N
8
24N
21N
0
18N
15N
4
12N
9N
5
12
6N
3N
EQ
14
6
5
30W 25W 20W 15W 10W 5W 0 5E
nord que la zone de convection profonde
dont l’extension verticale atteint le niveau
200 hPa (figure 2). L’évolution saisonnière
de ce système incliné décrit un
déplacement en direction du pôle d’été
et une intensification de la cellule de
30N
10
27N
12
24N
b
21N
0
8
10
18N
10
0
0
8
15N
8
12N
4
12
10 8
0
9N
5
5 12
10
6N
3N
EQ
30W 25W 20W 15W 10W 5W 0 5E 10E 15E 20E 25E 30E
8
30N
27N
24N
10
8
12 d
21N
18N
0 10
9N
14 5 6
8
15N
5
6
8
12N
12 5
6
10
6N
3N
14
12
12
EQ
30W 25W 20W 15W 10W 5W 0 5E 10E 15E
10
20E 25E 30E
10E
14
10E
4
10
15E
12
8
4
5 10
6
Figure 2. Champs pluviométriques moyens et circulation atmosphérique sur la période
1968-1990 entre (a) le 1er avril et le 15 mai, (b) le 15 mai et le 30 juin, (c) le 1er juillet et le 15
juillet, (d) le 16 juillet et le 31 août.
Les précipitations (mm/jour) sont représentées en couleur pour les valeurs supérieures à 4 mm/jour. Le vent
(m/s) est représenté en vecteur à 925hPa, et la pression réduite au niveau de la mer est représentée en isoligne
(hPa-1 000). La ligne la plus épaisse traduit l’isoligne zéro de la vitesse zonale du vent.
6
0
15E
6
8
20E
12
8
20E
a
10
c
0
8
25E
25E
30E
30E
Sécheresse n° 4, vol. 15, décembre 2004 3

l’hémisphère d’hiver. Ce mouvement méridien
est mis en évidence sur la figure 2
par des moyennes bihebdomadaires des
précipitations, du vent, et de la hauteur
géopotentielle à 925 hPa. Le FIT, défini
comme étant la zone de contact en surface
entre les vents chauds et secs de nord-est et
les vents plus frais et humides de sud-ouest
[12] est représenté par l’isoligne 0 de la
composante zonale du vent. Il est centré
sur la latitude 12° N au printemps de
l’hémisphère nord pour se déplacer vers
18° Nenété, sous l’influence des minima
de pression. Ce déplacement de la zone
de convection sèche s’accompagne à l’arrière
d’un déplacement de la zone de
convection profonde, traduite par les isohyètes
supérieures à 4 mm/jour, dont la
position varie entre la latitude 5° N au
printemps et en automne à la latitude
10° Nenété boréal.
La figure 3 illustre l’importance de cette
dynamique méridienne de la circulation
de mousson sur le cycle saisonnier des
pluies des latitudes sahéliennes. Il s’agit
de la moyenne journalière des précipitations
à la latitude 15° N intégrées sur
une bande de longitudes de plus de
2 000 km entre 10° Wet10° E sur la
période 1968-1990. Le cycle saisonnier
moyen au-dessus des régions sahéliennes
montre une augmentation graduelle
des précipitations du printemps à
l’été, puis une diminution rapide en
automne qui marque la fin de la saison
humide. Le lissage des pluies brutes avec
des moyennes mobiles montrent cependant
plusieurs ruptures que l’on peut
associer au déplacement de la structure
inclinée FIT/ZCIT à travers deux étapes
dans l’arrivée du système de mousson
au Sahel :
- au printemps, le FIT atteint d’abord le
Sahel, accompagné d’une instabilité locale
et de phénomènes pluvieux intermittents,
pour marquer les premières pluies
de la saison. C’est la vision traditionnelle
du démarrage de la saison humide qui
s’observe par une première rupture de
pente au sein du cycle saisonnier ;
– plus tard, vers la fin du mois de juin, on
observe une seconde rupture de pente par
rapport à l’évolution saisonnière. Elle correspond
à l’arrivée delaZCITà sa position
la plus au nord, s’accompagnant des
nuages à plus fort développement vertical
responsables des pluies intenses. Elle marque
le cœur de la saison des pluies et ce
que l’on peut appeler la mise en place de
la mousson.
Nous nous attacherons donc à décrire ces
deux étapes de l’arrivée du système de
mousson en mettant l’accent sur la description
de la mise en place de la mousson
puisqu’elle constitue la partie nouvelle du
travail. Pour ces deux événements, seront
développées une méthode de caractérisation
et une approche composite [13, 14].
Le « saut » de la ZCIT
et la mise en place de la mousson
Le fort gradient méridien des précipitations
permet d’utiliser un diagramme
latitude-temps pour mettre en évidence le
déplacement des pluies de mousson.
Un exemple de ce type de diagramme est
représenté sur la figure 4 pour l’année
1978 pour laquelle on calcule la
moyenne des pluies journalières de chaque
point de grille entre 10° Wet10° E.
On s’attache ainsi à intégrer régionalement
le signal pluviométrique en éliminant
les fluctuations locales qui masquent
le signal à plus grande échelle. De
plus, le bruit induit par la variabilité
haute-fréquence journalière est atténué
par un algorithme de lissage reposant
7
6,5
6
5,5
5
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
MARS AVR MAI JUIN JUIL AOÛT SEPT OCT NOV
Figure 3. Moyenne des précipitations (mm/jour) entre 10° W-10° E à la latitude 15° N sur la
période 1968-1990 (barres).
La courbe noire est un filtrage des précipitations où les fluctuations inférieures à 10 jours ont été éliminées. Les
flèches marquent les ruptures de pente.
sur des moyennes mobiles à 11 jours.
Ce diagramme montre une transition
rapide de la ZCIT entre une première
position d’équilibre à 5° N en mai et en
juin, marquant la première saison des
pluies en Afrique guinéenne, et une seconde
latitude d’équilibre à 10° Nen
juillet et en août, au moment du cœur de
la saison humide en Afrique soudanosahélienne.
Le « saut » de la ZCIT entre
ces deux positions d’équilibre marque
l’installation du régime de mousson aux
latitudes soudano-sahéliennes et peut
donc être considéré comme la mise en
place de la mousson. La date de ce
« saut » de mousson peut être repérée
au moyen des séries temporelles aux
deux latitudes d’équilibre (figure 4) au
moment où l’on observe simultanément
une forte baisse de la pluviométrie à 5° N
et une augmentation rapide des indices
pluviométriques à 10° N et à 15° N. Il
s’agit du 17 juin pour l’année 1978.
Cette méthode a été utilisée pour déterminer
les dates de « saut » de la ZCIT pour
chaque année delapériode 1968-1990.
Sur ces 23 années, la date moyenne est le
24 juin, avec un écart type de 8 jours. La
moyenne composite des précipitations entre
1968 et 1990 pour un point de grille
donné peut être obtenue après un repositionnement
des séries temporelles de chaque
année dans un repère temporel dont
l’origine, t0, est la date de « saut » de la
ZCIT. Ainsi, le signal du « saut » dans la
progression vers le nord de la ZCIT peut
apparaître plus clairement sur les champs
pluviométriques moyens. La figure 4 représente
sur un diagramme latitude-temps les
variations du champ composite de précipitations,
moyenné entre 10° W et 10° E
pour les 90 jours qui précèdent et les 140
jours qui suivent la date moyenne de mise
en place de la mousson. Elle met en évidence
le déplacement rapide du noyau de
forte pluviométrie de la latitude 5° N à la
latitude 10° N, marquant ainsi le cœur de
la saison des pluies au Sahel et contrastant
avec le retrait beaucoup plus progressif de
la ZCIT qui commence environ 60 jours
après la date de référence t0. Cette chronologie
de la migration saisonnière de la
ZCIT peut être observée au moyen des
séries temporelles des indices de précipitations
à 5° N, 10° Net15° N(figure 4)
moyennées entre 10° Wet10° E. Le maximum
pluviométrique à 5° N, également
visible aux latitudes 10° Net15° N, apparaît
autour de 10 à 20 jours avant la
date t0. Ce maximum est suivi d’une baisse
des précipitations, faible mais généralisée
sur toute l’Afrique de l’Ouest, jusqu’à un
minimum relatif au moment du déplacement
de la ZCIT. À cette date t0, le déplacement
de la ZCIT est traduit par une
augmentation rapide des indices pluvio-
4 Sécheresse n° 4, vol. 15, décembre 2004

Latitude
22N
20N
a
1
18N
1 1 2
1
2 5
16N
2
8 2
4 9 4
5
14N
1
5 5
1
4
4
7
12N
5
7 2
2 1 2
8 10
1 4 4
8 8 5
10N
5 5 7
5 7 7 7
8N
5
9 8
8
4
5 4
9 4
7
10 4
4
7 7
6N 2 5
7
11
5
5
MARS AVR MAI JUIN JUIL AOÛT SEPT OCT NOV
1968
Période (Mars ---> Novembre)
Precipitation (mm/j)
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
MARS AVR
1968
MAI JUIN JUIL AOÛT SEPT OCT NOV
Période (Mars ---> Novembre)
b
22N
20N
18N
16N
14N
12N
10N
8N
6N
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
1
1
2 2
3
1
3 5
7
6 4
1
5
2
2
1
5 4
3
7 8
6
3
4
6
7
5
6 6
5
5 7
6
−80 −60 −40 −20 0 20 40 60 80 100 120 140
Date (t0-90j. ---> t0+140j.)
−80 −60 −40 −20 0 20 40 60 80 100 120 140
Date (t0-90j. ---> t0+140j.)
d
c
Figure 4. (a) Diagramme latitude-temps de la pluie journalière (mm/jour) entre le 1er mars et le 30 novembre, en moyenne entre 10° Wet
10° E ; (b) Séries temporelles de la pluie à 5° N (vert), 10° N (noir) et 15° N (rouge) sur la même bande de longitude ; (c) idem (a) mais pour
la moyenne composite entre 1968 et 1990 autour de la date du « saut » de la ZCIT (t0) ; (d) idem (b) mais pour la moyenne composite entre
les 90 jours qui précèdent et les 140 jours qui suivent la date du « saut » de la ZCIT (t0). Pour les 4 figures, la date du « saut » de la ZCIT est
marquée par un trait vertical, et les pluies sont lissées à partir de moyennes mobiles sur 11 jours.
métriques à 10° Netà 15° N. La ZCIT
atteint sa nouvelle position d’équilibre, à
la latitude 10° N, environ 10 jours après
la date de référence t0 (figure 4).
• Démarrage de la saison des pluies
La notion de mise en place de la mousson
est à distinguer de la vision classique du
démarrage de la saison des pluies. Cette
dernière se fonde en effet principalement
sur l’arrivée du FIT [12] aux latitudes sahéliennes
à laquelle est associée une forte
convection locale, marquant ainsi les premières
pluies sur le Sahel, à la différence
de la mise en place de la mousson qui
caractérise l’installation de la mousson et
le cœur de la saison humide. Ces différences
peuvent être illustrées à travers une
analyse composite fondée sur la date de
démarrage de la saison des pluies telle
qu’elle a été définie par les travaux
d’Omotosho [15], d’Afelolalu [12] et
d’Adefolalu et al. [16].
Pour déterminer une date de démarrage
de la saison des pluies, on a considéré
comme marqueur de la position du FIT à la
latitude 15° N quatre indices atmosphériques
tous basés sur la latitude 15° Net
intégrés en moyenne zonale entre 10° W
et 10° E:
– l’annulation du vent zonal qui marque la
limite entre les vents secs en provenance
du nord et les vents humides en provenance
du sud ;
– un maximum de convergence traduisant
cette même discontinuité intertropicale
[12] ;
– un maximum de tourbillon relatif marquant
l’augmentation de la circulation cyclonique
liée à la dépression thermique
continentale ;
– une augmentation de la vitesse du vent à
15° N traduite par le module du vent.
Les séquences composites de ces indices
autour de cette date sont représentées sur
la figure 5. Lamême moyenne composite
appliquée aux pluies de l’IRD à
15° N montrent une rupture de pente
claire au moment du passage du FIT
avec des pluies qui passent de presque
0mmà t0-20 jours à près d’un millimètre
10 à 15 jours après la date de
démarrage de la saison humide, que
l’on a appelée t0. En cohérence avec les
travaux d’Adefolalu [12], cette séquence
composite illustre l’association entre l’arrivée
duFITà 15° N et les premières pluies
des latitudes sahéliennes. Sur la période
1968-1990, la date moyenne de démarrage
de la saison humide est le 14 mai
avec un écart type de 10 jours. Elle se situe
donc environ un mois avant la date que
l’onadéfinie comme la date de mise en
place de la mousson.
Démarrage de la saison des pluies
et mise en place de la mousson
Une analyse succincte des relations entre
ces dates sur la période 1968-1990 ne
montre aucune corrélation significative entre
le démarrage de la saison des pluies et
la mise en place de la mousson. De même,
aucune relation statistique n’apuêtre mise
en évidence entre le démarrage ou la mise
en place de la mousson et le caractère
déficitaire ou excédentaire de la pluviométrie.
Bien que reposant sur une approche
différente, ces résultats sont cohérents avec
les travaux de Le Barbé et al. [17]. Ils ont
montré que la variabilité des dates de
« saut » de la ZCIT n’est pas affectée par
la variabilité décennale dominée par l’opposition
entre les années 1950-1960 ex-
Sécheresse n° 4, vol. 15, décembre 2004 5

Précipitations (mm/j)
8
7
6
RR 15N [10 W - 10 E] FIT
a
cédentaires en pluies et les années déficitaires
1970-1990.
L’intérêt de la prise en compte de la date
de mise en place de la mousson par rapport
à cette date de démarrage de la
saison humide sera discuté àtravers les
aspects agronomiques de la deuxième
partie de cette étude [6].
5
Variabilité intra-saisonnière
de la mousson
4
3
2
1
0
−60
−40 −20 0 20 40 60 80 100 120 140 160
Vitesse du vent (m/s)
8
7
6
b
5
vent
4
3
2
1
0
−1
−2
−3
−4
−5
−6
−7
−60 −40 −20 0 20 40 60 80 100 120 140 160
14
12
10
8
6
4
2
0
−2
tourbillon
convergence du vent
−4
−60 −40 −20 0 20 40 60 80 100 120 140 160
Date
Figure 5. (a) Moyenne composite des pluies à 15° N centrées sur la date de démarrage de
la saison humide (t0) pour la période 1968-1990. Les données pluviométriques (mm/jour)
sont représentées entre t0 - 60 jours et t0 + 170 jours en brut (barres) et lissées (trait gras)
par des moyennes glissantes de 11 jours. (b) Moyenne composite de la composante zonale
(m/s) et du module (m/s) du vent (trait discontinu) à 925 hPa à la latitude 15° N. (c) Moyenne
composite du tourbillon (10-6 sˉ 3 ) et de la convergence du vent (trait discontinu en
10-6 sˉ 3 ) à 925 hPa à la latitude 15° N.
La date moyenne de démarrage de la saison humide est marquée par un trait vertical sur les trois figures.
c
La figure 6 représente un exemple de
cycle saisonnier au Sahel pour l’année
1968 en moyenne sur 10° W-10° Eet
12,5° N-15° N. Les pluies brutes sont
représentées en blanc, et en rouge figurent
les pluies filtrées de manière à mettre
en évidence le cycle saisonnier. On
peut observer que les ruptures au sein
du cycle saisonnier associées au démarrage
de la saison humide (15 mai) et à
la mise en place de la mousson (27 juin)
s’intègrent dans un mode de variabilité
intra-saisonnière qui persiste tout au
long de la saison humide, suggérant
l’importance des fluctuations intrasaisonnières
dans la compréhension du
cycle saisonnier.
De manière à mettre en évidence le signal
intra-saisonnier, les pluies brutes de la figure
6 ont été filtrées pour éliminer les
fluctuations haute-fréquence inférieures à
10 jours. La série filtrée fait observer deux
modes de variabilité : à courte échelle de
temps avec des séquences humides et sèches
autour de 15 jours et à plus basse
fréquence avec plusieurs jours marqués
par une baisse de la pluviométrie au milieu
du mois d’août. Ces deux modes de variabilité
sont récurrents pour chaque année
de la période 1968-1990 et des analyses
spectrales sur les cycles saisonniers ont
montré qu’ils s’expriment dans deux fenêtres
spectrales : entre 10 et 25 jours, et
entre 25 et 50 jours [18, 19].
Le mode récurrent de variabilité :
le signal 10-25 jours
Pour caractériser le mode dominant, on a
réalisé une analyse composite sur la période
1968-1990 en utilisant cet indice
des précipitations régionales filtrées pour
sélectionner des phases sèches et humides
qui contribuent à plus de 30 % au cycle
saisonnier (en rouge sur la figure). Pour
une année individuelle, on sélectionne les
dates centrales des phases positives que
l’on note t0, et on moyenne toutes les
phases positives entre elles 10 jours avant
la date centrale et 10 jours plus tard. Une
séquence composite moyenne est obtenue,
décrivant l’évolution moyenne de l’indice
intra-saisonnier pendant les phases
6 Sécheresse n° 4, vol. 15, décembre 2004

10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
MARS
1968
Séquence
sèche à
15 jours
Séquence
sèche à
40 jours
Séquence
sèche à
15 jours
AVR MAI JUIN JUIL AOÛT SEPT OCT NOV
les valeurs négatives représentant un
renforcement de la convection et t0 représentant
la date centrale des anomalies
intra-saisonnières. Ce diagramme
montre que cette modulation de la mousson
n’est pas limitée à la région sahélienne
mais appartient à un système de
plus grande échelle. En effet, le renforcement
de la convection apparaît d’abord
en Afrique centrale pour ensuite se propager
assez loin vers l’océan Atlantique
avec une vitesse d’environ 4 degrés par
jour. On peut également observer que
ces fluctuations de la mousson persistent
pendant près d’un mois autour de la
date centrale t0 avec une alternance de
séquences humides et sèches sur le Sahel.
Figure 6. Exemple de cycle saisonnier pour l’année 1968 en moyenne régionale sur le
Sahel (12,5° N-15° N;10° W-10° E).
Les pluies (mm/jour) apparaissent brutes en blanc et filtrées de manière àéliminer les fluctuations inférieures à
10 jours (en noir) et inférieures à 60 jours (en rouge).
positives de l’année considérée. La même
moyenne composite est réalisée pour les
phases d’affaiblissement de la mousson.
On moyenne alors séparément toutes les
phases positives ensemble et toutes les
phases négatives ensemble pour obtenir
deux séries synthétisant l’évolution
moyenne de l’indice intra-saisonnier au
cours des phases de renforcement et d’atténuation
de la mousson (figure 7).
En moyenne sur la période 1968-1990,
on observe entre juin et septembre 3,9
séquences humides et 4,5 séquences sèches.
La moyenne est assez élevée
puisqu’elle atteint une contribution de près
60 % au cycle saisonnier au temps t0 pour
les phases de renforcement (en grisé) et
montre des valeurs autour de 50 % pour
les phases d’affaiblissement de la mousson.
Les structures composites positives et
+ 100 %
+ 80 %
+ 60 %
+ 40 %
+ 20 %
négatives ont une allure quasi symétrique
et présentent toutes deux des anomalies
assez faibles du signe opposé avant et
après la date centrale t0. Les séquences
sèches et humides durent 9 jours et appartiennent
à une fluctuation dont la période
est assez courte, autour de 15 jours. Cela
atteste la forte domination de la variabilité
entre 10 et 25 jours au sein de l’intrasaisonnier.
Pour analyser l’extension spatiale des anomalies
de la convection entre 10 et 25
jours, on s’intéresse aux anomalies d’OLR
qui s’observent autour des dates centrales
des phases de renforcement et d’affaiblissement
de la mousson. La figure 8 représente
un diagramme longitude-temps
des différences entre les phases humides
et les phases sèches de manière à mettre
en évidence une phase humide typique,
− 20 %
− 40 %
− 60 %
− 80 %
− 100 %
− 10 − 8 − 6 − 4 − 2 0 2 4 6 8 10
Date (t0 − 10 jours) ---> (t0 + 10 jours)
Figure 7. Moyenne composite des séquences humides (gris) et sèches (blanc) de la
pluviométrie sur la bande sahélienne 12,5° N-15° N/10° W-10° E.
Les valeurs représentent l’importance de l’anomalie intra-saisonnière par rapport au cycle saisonnier (en %).
Une modulation de la mousson
à 40 jours
L’observation des indices pluviométriques
filtrés ainsi que les analyses spectrales ont
montré qu’à ce signal pluviométrique entre
10 et 25 jours se superposait une modulation
plus faible de la convection à basse
fréquence autour de 40 jours. L’examen
des indices pluviométriques zonaux bruts
montre que ce signal à 40 jours correspond
à un minimum de précipitations important
au milieu de la saison humide que
l’on retrouve pour un grand nombre d’années
sur la période 1968-1990, avec toutefois
une amplitude et une position variable
à l’intérieur de la saison. Cette baisse
de la convection, la mise en place de la
mousson et la fin de la saison humide
appartiennent à un signal entre 30 et 40
jours dans les analyses spectrales.
Pour isoler ces baisses intra-saisonnières
de la convection à basse fréquence, on
cherche à repérer un minimum de l’activité
survenant après la date de mise en place
de la mousson et avant la fin septembre,
date moyenne de la fin de la saison des
pluies sur le Sahel. Pour ce faire, on construit
un indice de la modulation des pluies
à basse fréquence sur le Sahel en filtrant
entre 25 et 60 jours la moyenne régionale
des pluies sur le Sahel entre 12,5° N-
15° Net10° W-10° E. Une phase sèche
intra-saisonnière est détectée par le minimum
de cet indice, s’il survient après la
date de mise en place de la mousson de
l’année correspondante, et avant le 30
septembre. Sur les 23 ans de la période
1968-1990, on a sélectionné 19 minima
de l’activité convective entre 25 et 60
jours avec une dispersion assez forte des
dates d’occurrences caractérisées par un
écart type de 18 jours et une moyenne au
12 août.
La moyenne composite de cet indice intrasaisonnier
filtréàbasse fréquence, centrée
sur la date t0 de ce minimum, est représentée
sur la figure 9 entre t0 - 100 jours et
Sécheresse n° 4, vol. 15, décembre 2004 7

25
RAYONNEMENT À GRANDE LONGEUR D'ONDE - HUMIDE-SEC [12,5 N − 15 N]
−5
20
5
−5
−10
−5
−10
5
−5
5
5
−10
5
15
5
−5
−10
−5
−15 −10
−5
−15
5
−15
−10
−5
−10
10
5
5
10
5
−5
10
−5
−10
−15
1510
5
5
5
10
−5
−10
−5
0
− 5
5
−5
10
−5
5
−5
15
5
−5 −25
−20
−15
−15 −20
10
−25
5 5
10
−10
−5
15
5
−10
−20
−15
−5
− 10
5
−10
−5
−5
−10
10
5
10
5
10
−5
− 15
− 20
5
−5
−10
5 5
5
5
10
−5
−5
−5
5
−5
−5
−5
−10
−5
5
−10
−5
−5
5
−5
−10
− 25
70 W
−5 10
10
60 W 50 W 40 W 30 W 20 W 10 W 0 10 E 20 E 30 E 40 E
Figure 8. Diagramme Hövmoeller de la moyenne composite sur la période 1979-1990 de l’OLR intégré sur la bande de latitude
12,5° N-15° N entre t0 - 25 jours et t0 + 25 jours.
Le champ d’outgoing longwave radiation (OLR) (Watt/m 2 ) est représenté comme la différence entre la moyenne des phases humides et la moyenne composite des phases
sèches de manière à mettre en évidence une phase typique de renforcement de la mousson. La date centrale t0 est marquée par un trait horizontal et les longitudes 10° W
et 10° E par des lignes verticales.
8 Sécheresse n° 4, vol. 15, décembre 2004

1,2
0,9
0,6
0,3
0
− 0,3
− 0,6
− 0,9
− 1,2
− 1,5
− 100 − 80 − 60 − 40 − 20 0 20 40 60
8
7
6
5
4
3
2
1
0
− 100 − 80 − 60 − 40 − 20 0 20 40 60
t0 + 60 jours. Elle fait ressortir une
périodicité autour de 35 jours évidente
entre t0 - 40 jours et t0 + 40 jours. La
moyenne des précipitations brutes sur
cette région sahélienne (en bas de la
figure 9) met en évidence l’importance de
Indice sahélien [1968 − 1990] sur 25 − 60j.
Indice sahélien [1968 − 1990] brut
Date (t0 − 100j. --> t0 + 60j.)
Figure 9. Moyenne composite des 19 phases d’affaiblissement de la mousson (t0) détectées
sur la période 1968-1990.
En haut est représenté le signal pluviométrique moyenné sur la région 12,5° N-15° Net10° W-10° E filtré entre
25 et 60 jours, et en bas figurecemême signal mais non filtré. Les séries temporelles (mm/jour) sont centrées
sur la date t0 du minimum intra-saisonnier pluviométrique et représentées entre t0 - 100 jours et t0 + 60 jours.
cet affaiblissement intra-saisonnier de la
mousson marquée par une forte baisse de
la pluviométrie de près de 5 mm pendant
15 jours qui débute à t0 - 17 jours, suivie
par une remontée pendant plus de 15
jours à partir de t0.
Conclusion
Cette étude régionale de la mousson a
permis de décrire des événements qui
structurent et modulent le cycle saisonnier
de la mousson en Afrique de l’Ouest.
• La mise en place de la mousson est
associée à un « saut » de la ZCIT à la fin
juin entre deux latitudes d’équilibre à 5° N
et à 10° N marquant ainsi l’installation du
régime de mousson en Afrique soudanosahélienne.
Ce « saut » de mousson apparaît
en moyenne au 24 juin avec un écart
type de 8 jours.
• Cette définition de la mise en place de la
mousson diffère de la vision classique du
démarrage de la saison des pluies reposant
sur la migration saisonnière du FIT à
l’origine des premières pluies sur le Sahel
à la mi-mai. L’arrivée de la mousson d’été
en Afrique de l’Ouest peut dès lors se
décomposer en deux étapes, la première
marquant les premières pluies au Sahel en
relation avec la position du FIT, et la seconde
caractérisant la mise en place de la
mousson à travers l’arrivée delaZCITaux
latitudes soudano-sahéliennes. Aucune relation
linéaire significative n’apuêtre mise
en évidence entre ces deux étapes du
cycle saisonnier. De même, ces dates ne
montrent pas de relation avec le cumul
pluviométrique annuel.
• Des analyses composites appliquées à
des indices pluviométriques régionaux sur
le Sahel ont mis en évidence l’existence
d’un signal intra-saisonnier qui s’exprime
à deux échelles de temps distinctes : à 15
jours et à 40 jours. La modulation dominante
semble être due à des phases de
renforcement et d’affaiblissement de la
mousson qui durent en moyenne 9 jours et
appartiennent à un signal quasi périodique
à 15 jours.
L’importance de cette description à grande
échelle de la variabilité climatique en Afrique
de l’Ouest pourra être soulignée dans
la suite de cette étude 1 à travers l’impact
agronomique des fluctuations de la mousson
au Sahel [6]. ■
Remerciements
Les auteurs tiennent à remercier le NOAA-
CIRES Climate Diagnostics Center (Boulder,
Colorado) pour la mise à disposition
des réanalyses NCEP-NCAR, ainsi que
J.-L. Monge au Laboratoire de météorologie
dynamique pour la facilité d’accès à ces
données sur la base CLIMSERV. Ils remercient
également H. Laurent pour la mise à disposition
des observations pluviométriques de
l’IRD.
1 À paraître dans le prochain numéro de Sécheresse.
Sécheresse n° 4, vol. 15, décembre 2004 9

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10 Sécheresse n° 4, vol. 15, décembre 2004