Météorologie en générale/ Échelles et indicateurs Les échelles d'intensité des orages et autre phénomènes

Les échelles d'intensité des orages et autre phénomènes

Afin de classer les cyclones tropicaux selon leur intensité, une échelle a été développée en 1969 par deux chercheurs (Saffir et Simpson). Cette échelle de vent, qui évolue toujours légèrement au fil des années, permet de comparer les systèmes tropicaux entre eux, selon leur bassin.

Concernant les orages, après une première échelle d'intensité établie en 2006, KERAUNOS a publié en début d'année 2013 une nouvelle échelle d'intensité des orages, qui optimise celle de 2006 en lui faisant bénéficier des apports de plusieurs années d'expérimentations et d'évaluations.

Les indicateurs

Contrairement aux paramètres atmosphériques physiques (la température par exemple), l'intensité des orages ne peut se lire de façon immédiate sur un instrument de mesure. Elle présente ainsi le risque d'être appréciée de façon subjective et, dès lors, il devient délicat d'établir des statistiques fiables d'intensité orageuse. C'est pour pallier cet écueil que plusieurs essais ont été menés au sein de l'Observatoire en 2007 et 2008 pour mettre au jour un système d'évaluation harmonisé, fiable et aussi objectif que possible de la sévérité des orages. Après plusieurs séries de tests suivis d'ajustements, ces travaux ont abouti à la création d'un indice national, baptisé "indice de sévérité orageuse", ou "ISO" (E. WESOLEK, 2009).

Afin de mettre en perspective et de qualifier les niveaux d'activité orageuse que l'on observe chaque jour en France, KERAUNOS a développé plusieurs indicateurs qui ont pour vocation d'établir des référentiels d'activité ou de potentiel convectif. Ces référentiels servent d'une part à juger du caractère d'anormalité d'une situation orageuse donnée, et d'autre part à établir des prévisions précises d'écart à la norme.

 

 

 

Echelle d'intensité des cyclones tropicaux

L'échelle de Saffir-Simpson

Afin de classer les cyclones tropicaux selon leur intensité, une échelle a été développée en 1969 par deux chercheurs (Saffir et Simpson). Cette échelle de vent, qui évolue toujours légèrement au fil des années, permet de comparer les systèmes tropicaux entre eux, selon leur bassin.

Cette échelle reste sujette à controverse en raison du fait qu'elle ne prenne uniquement en compte que le facteur vent. Or, certains cyclones tropicaux, en fonction de leur taille ou de leur vitesse de déplacement peuvent infliger de lourds dégâts autres que ceux dus au vent (marées cycloniques, surcotes, fortes pluies notamment).

En 2012, le National Hurricane Center a intégré la composante liée aux marées cycloniques afin de prendre en compte cet aléa parfois très destructeur.

Le nombre de Dvorak

La détermination du nombre de Dvorak (noté T) repose sur une technique d'analyse de l'imagerie satellite infra-rouge. Cette analyse subjective vise à définir l'organisation de la convection d'un système tropical en lui attribuant un chiffre compris entre 0 et 8. L'échelle a été développée par Vernon Dvorak en 1974.

Le diagramme ci-dessous, publié par Velden et al. en 2006 fait correspondre les différentes structures convectives au nombre de Dvorak.

* (CDO : Central Dense Overcast - Shear : cisaillement - Curved Band : bandes incurvées - TD : dépression tropicale - TS : tempête tropicale - Hurricane : ouragan)

 

Echelle d'intensité des orages

Après une première échelle d'intensité des orages établie en 2006, KERAUNOS a publié en ce début d'année 2013 une nouvelle échelle, qui optimise celle de 2006 en lui faisant bénéficier des apports de plusieurs années d'expérimentations et d'évaluations. Intégrant des standards internationaux, notamment nord-américains, et développant une approche plus exhaustive qui permet de définir précisément toute la gamme d'intensité des orages, cette échelle constitue le nouveau référentiel utilisé autant dans la climatologie des orages que dans leur prévision au sein de KERAUNOS.

Echelle d'intensité des orages

La nouvelle échelle est bâtie sur 5 niveaux et conserve comme pivot la définition nord-américaine de l'orage fort (severe storm). Les critères de classement sont les suivants :

1. ORAGES FAIBLES : orages peu intenses, ne générant pas de grêlons de diamètre supérieur à 1 cm, ni de rafales convectives supérieures à 58 km/h, ni de tornade, ni de pluies intenses productrices d'inondations.

2. ORAGES MODERES : orages accompagnés de grêlons de 1 à 2 cm de diamètre, et/ou de rafales convectives de 58 à 89 km/h, mais sans tornade, ni pluies intenses productrices d'inondations.

3. ORAGES FORTS : orages accompagnés de grêlons de 2 à 4 cm de diamètre, et/ou de rafales convectives de 90 à 119 km/h, et/ou de tornade d'intensité EF0 ou EF1, et/ou de pluies intenses productrices d'inondations (typiquement > 50 mm/1h).

4. ORAGES VIOLENTS : orages accompagnés de grêlons de 5 à 9 cm de diamètre, et/ou de rafales convectives de 120 à 149 km/h, et/ou de tornade d'intensité EF2 ou EF3.

5. ORAGES EXTREMES : orages accompagnés de grêlons de plus de 10 cm de diamètre, et/ou de rafales convectives de plus de 150 km/h, et/ou de tornade d'intensité EF4 ou EF5.

Les explications détaillées sur cette nouvelle échelle sont fournies dans le document pdf accessible en bas de page.

 

Echelle R d'intensité des épisodes pluvieux convectifs

L'échelle R est une échelle créée par l'Observatoire afin de permettre une classification des épisodes pluvieux convectifs. Le but est de faciliter les comparatifs entre épisodes pluvieux, d'affiner la climatologie des épisodes pluvieux destructeurs et de déterminer par conséquent les durées de retour des épisodes pluvieux convectifs sévères.

Elle vise donc à mieux mesurer l'exposition des divers territoires français au risque de pluies convectives intenses.

Une structure à double entrée

le chiffre, de 0 à 5, est fonction du cumul maximal enregistré sur 24 heures glissantes au cours de l'épisode pluvieux ;

le signe (-/+/++) est pour sa part fonction du cumul maximal enregistré sur 1 heure glissante au cours de l'épisode pluvieux. Si ce dernier est inconnu, le signe est remplacé par un astérisque (*).

L'approche par ces deux entrées permet ainsi de distinguer les épisodes pluvieux non seulement par la lame d’eau totale sur 24 heures, mais également par la présence ou non de pics d’intensité horaire marqués. Or c’est généralement l’association des deux qui génère les dommages les plus sévères. La mise en place de cette échelle permettra entre autres d’évaluer précisément ce dernier point en fonction des contextes hydrologiques et géographiques propres à chaque portion du territoire.

Cette échelle a été calibrée en fonction de la climatologie française, mais elle peut s'appliquer partout autour du globe et pourrait dans cette perspective rendre plus aisée les études qui visent à proposer une analyse globale des régions soumises aux épisodes pluvieux convectifs diluviens.

Afin de couvrir la grande variété des régimes pluviométriques français, le niveau 1 de l'échelle, fixé à 40 mm sur 24 heures glissantes, correspond à la valeur moyenne des records de précipitations sur 24 heures non glissantes les plus bas en France, essentiellement rencontrés dans le nord du pays (ce seuil est donc surtout significatif pour les régions les moins exposées aux pluies convectives intenses). Le seuil des 100 mm correspond à la moyenne française des records de précipitations en 24 heures (établie sur la base de 13 stations du réseau principal). Le seuil des 190 mm correspond à la limite au-delà de laquelle on parle d'épisode diluvien. Le seuil des 400 mm n'est dépassé que par les épisodes les plus sévères.

Pour ce qui concerne les cumuls horaires glissants, les seuils retenus distinguent les cumuls sous-critiques (-) ou significatifs ( ), des cumuls horaires remarquables (+) ou exceptionnels (++). L'expérience montre en effet que les cumuls horaires supérieurs à 40 mm produisent fréquemment des dommages, même lorsqu'ils ne sont liés qu'à un seul orage et non à un épisode pluvieux convectif durable. Dans la climatologie française, le seuil des 100 mm en 1 heure n'est que rarement atteint ou dépassé au cours d'une année civile, d'où son choix comme critère pour le qualificatif "remarquable" (+). Le seuil des 130 mm signale enfin des cumuls horaires exceptionnels, réservés aux orages producteurs des pluies les plus intenses, généralement peu mobiles ; il ne s'en rencontre que rarement en France.

 

 

Indice de sévérité orageuse (I.S.O)

Contrairement aux paramètres atmosphériques physiques (la température par exemple), l'intensité des orages ne peut se lire de façon immédiate sur un instrument de mesure. Elle présente ainsi le risque d'être appréciée de façon subjective et, dès lors, il devient délicat d'établir des statistiques fiables d'intensité orageuse. C'est pour pallier cet écueil que plusieurs essais ont été menés au sein de l'Observatoire en 2007 et 2008 pour mettre au jour un système d'évaluation harmonisé, fiable et aussi objectif que possible de la sévérité des orages. Après plusieurs séries de tests suivis d'ajustements, ces travaux ont abouti à la création d'un indice national, baptisé "indice de sévérité orageuse", ou "ISO" (E. WESOLEK, 2009).

Objectifs de l'indice de sévérité orageuse

L'indice de sévérité orageuse a pour vocation de donner une appréciation à échelle nationale de l'intensité des orages couplée à l'étendue spatiale concernée par la convection orageuse sur le territoire français (continent et Corse) et sur une période de 24 heures. Il répond à plusieurs besoins :

• il permet d'établir des statistiques d'activité orageuse qui ne se limitent pas au "nombre de jours avec orage" ou à la "densité de foudroiement" ;
• il permet de faire ressortir les épisodes orageux les plus significatifs ;
• il permet de juger scientifiquement du caractère anormalement intense de certains épisodes orageux sur un plan climatologique.

En d'autres termes, l'ISO a pour objectif de rendre compte de l'intensité globale des orages, et non simplement de l'activité foudre, et de pouvoir comparer objectivement les mois entre eux et les années entre elles sur le plan de l'activité et de la sévérité orageuse nationale. Cette méthode est novatrice dans la mesure où elle permet désormais de réaliser des statistiques d'intensité orageuse, alors que les statistiques actuelles sont ordinairement contraintes de se limiter au nombre de chutes de foudre détectées, ce qui ne représente que très imparfaitement la réalité des orages. L'un des avantages de cette méthode est ainsi par exemple de ne plus négliger les orages peu électriques mais néanmoins de forte intensité, qui ne sont pas rares en saison froide, mais sous-estimés dans les statistiques existantes du fait du peu d'activité électrique associée.

Calcul de l'indice de sévérité orageuse

L'ISO est une valeur quotidienne nationale, qui représente la sévérité orageuse moyenne sur l'ensemble de la France. Cette valeur est établie sur la base d'un algorithme qui extrait l'intensité maximale des orages sur une grille numérique de 488 points, dont la résolution horizontale avoisine 30 km. Cette intensité maximale sur chaque point de la grille, nommée "ik" pour "indice kéraunique", est jaugée de façon systématisée, harmonisée et objective, sur la base d'une série de critères qui intègre l'intensité des précipitations, la vitesse des plus fortes rafales de vent, le diamètre maximal observé des grêlons, etc. Dès lors, les statistiques résultantes intègrent tous les paramètres qui permettent de juger sans parti-pris du degré de sévérité des orages.

Interprétation de l'indice de sévérité orageuse

Dans la mesure où il s'agit d'un indicateur national, ce sont les épisodes orages les plus organisés, les plus intenses et les plus généralisés qui ressortent avec un ISO élevé. Il faut en effet garder à l'esprit que la vocation première de cet indicateur est de distinguer les grandes vagues orageuses nationales et de pouvoir les comparer en terme d'intensité globale et d'extension géographique.

Les résultats s'interprètent sur une échelle ouverte, cependant contenue ordinairement entre 0 et 30. Des valeurs supérieures à 30 sont possibles, mais de fait très rares. Lorsqu'il est inférieur à 5, l'ISO témoigne d'orages généralement localisés et sans extension géographique conséquente (ce qui n'exclue pas qu'ils puissent être localement violents). Les épisodes orageux classiques, qui concernent plusieurs régions avec des intensités modérées à fortes, ressortent ordinairement avec un ISO compris entre 5 et 15. Au-delà de 15, les épisodes orageux sont significatifs, concernent de nombreuses régions avec des intensités fortes. Au-delà de 25, nous sommes en présence de vagues orageuses sévères. A ce jour, l'ISO le plus élevé a été enregistré le 13 août 2015, avec une valeur de 34,1.