Guide de l'analyse et de la prévision des vagues

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Guide de l'analyse et de la prévision des vagues (OMM-N° 702) NOTE DE L’ÉDITEUR TABLEAU DES MISES À JOUR TABLE DES MATIÈRES AVANT-PROPOS REMERCIEMENTS INTRODUCTION Aperçu général Terminologie Questions climatologiques Structure du Guide Chapitre 1. VAGUES OCÉANIQUES 1.1 INTRODUCTION 1.2 VAGUE LINÉAIRE SIMPLE 1.2.1 Définitions de base 1.2.2 Rapports de base 1.2.3 Mouvement orbital des particules d'eau 1.2.4 Énergie des vagues 1.2.5 Influence de la profondeur de l'eau 1.2.6 Réfraction et diffraction 1.2.7 Vagues déferlantes 1.3 CHAMPS DE VAGUES 1.3.1 Décomposition des vagues simples 1.3.2 Groupes de vagues et vitesse de groupe 1.3.3 Description statistique des enregistrements de vagues 1.3.4 Durée des enregistrements de vagues 1.3.5 Utilisation des paramètres statistiques 1.3.6 Distribution des hauteurs de vagues 1.3.7 Spectre des vagues 1.3.8 Paramètres déduits d'un spectre 1.3.9 Types de modèles pour les spectres des vagues 1.3.10 Remarques sur le spectre directionnel des vagues Chapitre 2. VENT À LA SURFACE DE L’OCÉAN 2.1 INTRODUCTION 2.2 SOURCES DE DONNÉES MARITIMES 2.2.1 Messages météorologiques de navires 2.2.1.1 Évaluation du vent 2.2.1.2 Mesure du vent 2.2.2 Messages émanant de bouées ancrées et dérivantes 2.2.3 Stations terrestres (côtières) 2.2.4 Ajustement courant des données in situ selon la hauteur 2.2.5 Données transmises par les satellites 2.3 COUCHES LIMITES MARITIMES 2.3.1 Couche à flux constant 2.3.2 Rugosité de la surface 2.3.3 Effets de la stabilité 2.4 FACTEURS MÉTÉOROLOGIQUES À GRANDE ÉCHELLE INFLUANT SUR LE VENT À LA SURFACE DE L'OCÉAN 2.4.1 Analyses du vent et de la pression 2.4.2 Vent géostrophique 2.4.3 Vent du gradient 2.4.4 Effets du frottement en surface 2.4.5 Vent thermique  2.4.6 Vent isallobarique 2.4.7 Diffluence des champs de vent 2.4.8 Cisaillement du vent dans les zones frontales 2.4.9 Analyse des lignes de courant dans les régions tropicales 2.4.10 Analyse des systèmes dépressionnaires tropicaux 2.5 PRÉVISION NUMÉRIQUE DU TEMPS 2.5.1 Modèles à points de grille 2.5.2 Modèles spectraux 2.5.3 Modèles à domaine limité 2.5.4 Paramétrage de la couche limite 2.5.5 Modèles couplés 2.5.6 Assimilation des données 2.5.7 Réanalyses 2.5.8 Prévision d'ensemble Chapitre 3. FORMATION ET DÉCLIN DES VAGUES 3.1 INTRODUCTION 3.2 CROISSANCE DES VAGUES DE VENT Formules empiriques et courbes de croissance des vagues de vent 3.3 PROPAGATION DES VAGUES 3.3.1 Dispersion angulaire 3.3.2 Dispersion longitudinale 3.4 DISSIPATION DES VAGUES 3.4.1 Dissipation des vagues en eau profonde 3.4.2 Dissipation des vagues en eau peu profonde 3.4.3 Dissipation de la houle 3.5 INTERACTIONS NON LINÉAIRES VAGUE-VAGUE 3.6 OBSERVATIONS GÉNÉRALES SUR LES TERMES SOURCES Chapitre 4. PRÉVISION MANUELLE DES VAGUES 4.1 INTRODUCTION 4.2 MÉTHODES EMPIRIQUES 4.2.1 Vents variables 4.2.2 Évaluation du fetch 4.2.3 Croissance des vagues 4.2.4 Déclin de la houle 4.2.5 Vitesse et déplacement des groupes de vagues 4.2.6 Questions diverses 4.3 CALCUL DES VAGUES DE VENT 4.3.1 Détermination des caractéristiques de l'état de la mer pour une vitesse du vent et un fetch donnés 4.3.2 Détermination de l'état de la mer pour une vitesse de vent croissante 4.3.3 Extrapolation d'un champ de vagues existant se développant ultérieurement sous l’action d'un vent de vitesse constante 4.3.4 Extrapolation d'un champ de vagues existant se développant ultérieurement sous l’action d'un vent de vitesse croissante 4.3.5 Détermination des effets d'un fetch dynamique pour une tempête tropicale se déplaçant à différentes vitesses 4.4 CALCUL DE LA HOULE 4.4.1 Tempêtes lointaines 4.4.2 Tempêtes lointaines et fetch long 4.4.3 Houle arrivant en un point d'observation à partir d'une tempête proche 4.4.4 Autres exemples 4.5 CALCUL DES EFFETS LIÉS À LA FAIBLE PROFONDEUR DE L'EAU 4.5.1 Effets sur la houle de la diminution de la profondeur et de la réfractionà proximité du littoral 4.5.1.1 Variation de la hauteur des vagues due à la diminution de la profondeur 4.5.1.2 Effets de la réfraction sur la hauteur des vagues 4.5.1.3 Détermination du coefficient de réfraction par la méthode de Dorrestein 4.5.2 Vagues de vent en eau peu profonde 4.6 MODIFICATION DES ORIENTATIONS FOURNIES PAR LES MODÈLES NUMÉRIQUES 4.6.1 Problèmes éventuels rencontrés avec les modèles 4.6.2 Vérification opérationnelle des modèles 4.6.2.1 Vent 4.6.2.2 Vagues 4.6.2.3 Autres effets 4.6.3 Cycle de prévision: analyse, diagnostic et pronostic 4.7 PRÉVISION DES COURANTS D’ARRACHEMENT  4.7.1 Méthode de prévision de base 4.7.2 Éléments à prendre en considération dans la prévision 4.7.3 Conseils relatifs à la mise en place d’un système de prévision Chapitre 5. MODÉLISATION NUMÉRIQUE DES VAGUES 5.1 INTRODUCTION 5.2 NOTIONS DE BASE 5.3 ÉQUATION DU BILAN ÉNERGÉTIQUE DES VAGUES 5.4 ÉLÉMENTS DE LA MODÉLISATION DES VAGUES 5.4.1 Conditions initiales 5.4.2 Vent 5.4.3 Apports et dissipation 5.4.4 Interactions non linéaires 5.4.5 Propagation 5.4.5.1 Méthodes faisant appel à une grille discrète 5.4.5.2 Méthodes de traçage de rayons 5.4.6 Relaxation directionnelle et interaction entre la mer du vent et la houle 5.4.7 Profondeur 5.4.8 Effets des limites, du littoral et des îles 5.5 CLASSIFICATION DES MODÈLES 5.5.1 Modèles découplés avec propagation 5.5.2 Modèles hybrides couplés 5.5.3 Modèles couplés discrets 5.5.4 Modèles de troisième génération 5.6 NOUVEAUTÉS Chapitre 6. MODÈLES DE VAGUES OPÉRATIONNELS 6.1 INTRODUCTION 6.2 MODÈLES DE VAGUES À SPECTRES BIDIMENSIONNELS 6.3 CARTES DES VAGUES 6.4 PRODUITS CODÉS DES MODÈLES DE VAGUES 6.4.1 GRIB 6.4.2 NetCDF 6.5 VÉRIFICATION DES MODÈLES DE VAGUES 6.6 SYSTÈMES DE PRÉVISION D’ENSEMBLE Chapitre 7. DONNÉES SUR LES VAGUES OBSERVÉES, MESURÉES ET MODÉLISÉES 7.1 INTRODUCTION 7.2 DONNÉES SUR LES VAGUES RECUEILLIES IN SITU 7.2.1 Différences entre données visuelles et instrumentales 7.2.1.1 Estimation de la hauteur significative des vagues à partir de l’observation de la mer du vent et de la houle 7.2.1.2 Partitionnement des données du spectre des vagues entre la mer du vent et la houle 7.2.2 Observations visuelles 7.2.2.1 Observations visuelles réalisées à partir de navires 7.2.2.2 Sources de données visuelles sur les vagues recueillies par des navires 7.2.2.3 Observations visuelles à partir de stations côtières 7.2.3 Données mesurées sur les vagues 7.2.3.1 Mesures des vagues effectuées sous la surface de la mer 7.2.3.2 Mesures des vagues effectuées à partir de bouées 7.2.3.3 Autres mesures des vagues effectuées à la surface de la mer 7.2.3.4 Mesures effectuées au-dessus (mais à proximité) de la surface de la mer 7.3 DONNÉES DE TÉLÉDÉTECTION 7.3.1 Analyse active de la surface des océans par des ondes électromagnétiques 7.3.2 Télédétection par satellite 7.3.2.1 Altimètres radar 7.3.2.2 Radars à antenne synthétique 7.3.2.3 Diffusiomètres 7.3.2.4 Radiomètres à hyperfréquences 7.3.2.5 Nouvelles technologies 7.3.3 Télédétection en surface 7.3.3.1 Capteurs obliques montés sur des plateformes 7.3.3.2 Radars haute fréquence à onde de sol et à onde réfléchie 7.4 DONNÉES MODÉLISÉES 7.4.1 Simulations rétrospectives 7.4.2 Réanalyse 7.4.2.1 Réanalyse ERA5 du Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme 7.4.2.2 Le Climate Forecast System Reanalysis (CFSR) des Centres nationaux de prévision environnementale (NCEP) de l’Administration américaine pour les océans et l’atmosphère (NOAA) 7.4.3 Modélisation opérationnelle ANNEXE 1. NOMOGRAMMES - VAGUES ANNEXE 2. PRÉVISION DES VAGUES: NOTIONS FONDAMENTALES ET CONSEILS PRATIQUES BIBLIOGRAPHIE AUTRES LECTURES