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12.7 : Fronts repliés et Sting Jets - Géosciences

12.7 : Fronts repliés et Sting Jets - Géosciences


Les fronts sont intimement liés aux cyclones des latitudes moyennes. Une approximation de cette connexion est appelée la Modèle de cyclone norvégien, où les fronts froid et chaud se croisent (Figs. 12.30a & 12.31a) ou où ils pivotent autour d'un centre commun de basse pression (Fig. Le chapitre suivant a traité plus en détail des cyclones extratropicaux.

Un autre modèle, qui a été trouvé pour décrire certains cyclones marins, s'appelle le Modèle de cyclone Shapiro-Keyser (Fig. 12.33). Dans ce modèle, le front froid est à peu près perpendiculaire au front chaud, mais ne le coupe pas.

Parfois, le front chaud/occlus s'enroule autour du centre bas. Le résultat est un devant courbé (Fig. 12.33) vers l'équateur de la dépression. Cette partie du front a de l'air froid avançant vers les pôles, et est identifiée comme un front froid qui s'affaiblit.

Près de la fin de certains fronts courbés se trouve une région incurvée d'air rapide de la moyenne troposphère qui descend à la surface de la Terre, provoquant une tempête de vent destructrice appelée un jet de piqûre. Son nom est motivé par la queue venimeuse incurvée (dard) d'un scorpion.


Le réseau social

Figure 1 : La tempête de vent Tini (12 février 2014) passe au-dessus des îles britanniques apportant des vents extrêmes. Un Sting Jet a été identifié dans la tempête. Image reproduite avec l'aimable autorisation de l'Observatoire de la Terre de la NASA

C'était le matin du 16 octobre lorsque le sud-est de l'Angleterre a été battu par les Grande tempête de 1987. Des vents extrêmes se sont produits, avec des rafales de 70 nœuds ou plus enregistrées en continu pendant trois ou quatre heures consécutives et des rafales maximales jusqu'à 100 nœuds. Les dégâts ont été énormes dans tout le pays avec 15 millions d'arbres abattus et 18 morts.

Figure 2 : Rafales de vent en surface lors de la grande tempête de 1987. Image reproduite avec l'aimable autorisation du UK Met Office.

La prévision émise dans la soirée du 15 octobre n'a pas permis d'identifier l'aléa entrant mais les prévisionnistes n'étaient pas à blâmer car les vents les plus forts étaient en fait dus à un phénomène encore à découvrir à l'époque : le Sting Jet. Un nouveau sujet de recherche météorologique avait commencé : quelle était la cause des vents exceptionnellement forts dans la Grande Tempête ?

C'est à Reading, au début du 21e siècle, que les scientifiques ont proposé la première description formelle de ces vents, à l'aide d'observations et de simulations de modèles. Suivant les intuitions des prévisionnistes norvégiens, ils ont utilisé le terme Sting Jet, le « piqûre au bout de la queue ». En utilisant un peu d'imagination, nous pouvons voir la ressemblance de la tête de nuage courbée avec une queue de scorpion : des vents forts sortant de sa pointe et descendant vers la surface peuvent alors être vus comme l'aiguillon venimeux au bout de la queue.

Figure 3 : Modèle conceptuel d'un cyclone extratropical à jet d'aiguillon, de Clark et al, 2005. Lorsque la tête du nuage se replie et que le front froid avance, nous pouvons voir le Sting Jet sortir de la pointe du nuage et descendre dans l'ouverture de la fracture frontale . WJ : Bande transporteuse chaude. CJ : Bande transporteuse froide. SJ : Sting jet.

Au cours de la dernière décennie, la recherche sur les sting-jet a progressé régulièrement avec des études d'observation, de modélisation et climatologiques confirmant que les vents forts peuvent se produire relativement souvent, qu'ils se forment dans des cyclones extratropicaux intenses avec une forme particulière et sont causés par un flux d'air supplémentaire qui n'est ni lié à le froid ni à la bande transporteuse chaude. Les questions clés portent actuellement sur la dynamique des Sting Jets : comment se forment-ils et accélèrent-ils ?

Des travaux récemment publiés (et d'autres sur le point de sortir, restez à l'écoute !) affirment que bien que le Sting Jet se produise dans une zone dans laquelle des vents assez forts seraient déjà attendus compte tenu de la morphologie de la tempête, un autre mécanisme d'accélération est nécessaire pour prendre compte de sa pleine puissance. En fait, c'est l'apparition d'instabilités à mésoéchelle et l'apparition d'un refroidissement par évaporation sur le flux d'air qui améliore sa descente et son accélération, générant un jet intense focalisé (voir les références pour plus de détails). Il faut donc une synergie entre la dynamique générale de la tempête et les processus locaux dans la tête du nuage pour produire ce que nous appelons le Sting Jet .

Figure 4 : Sting Jet (vert) et Cold Conveyor Belt (bleu) dans les simulations de la tempête de vent Tini. L'animation montre comment l'apparition des vents les plus forts est liée à la descente du Sting Jet. Pour plus de détails sur cette animation et sur l'analyse de Windstorm Tini voir ici.


Techniques actuelles de prévision des rafales, développements et défis

Les rafales représentent la composante du vent la plus susceptible d'être associée à des risques graves et à des dommages structurels, représentant des extrêmes de courte durée dans le spectre de variation du vent. Intéressant à la fois pour les prévisions à court terme et pour les études climatologiques et de risque, cela se reflète également dans la variété des méthodes utilisées pour prévoir les rafales en fonction de divers facteurs statiques et dynamiques du paysage et de l'atmosphère. L'évolution des modèles de prévision numérique du temps (NWP) a apporté d'énormes avantages grâce à des prévisions de plus en plus précises du vent moyen près de la surface, avec lesquelles les rafales s'échelonnent largement. Les techniques de prévision des rafales reposent sur des paramétrisations basées sur une compréhension physique de la turbulence de la couche limite, appliquées aux champs de modèles de prévision numérique du temps, ou sur des modèles statistiques et des approches d'apprentissage automatique entraînés à l'aide d'observations, chacune apportant des avantages et des inconvénients.

Des changements majeurs dans la nature des informations disponibles à partir des modèles de prévision numérique du temps sont en cours avec l'avènement d'une résolution toujours plus fine et d'ensembles de plus en plus utilisés à l'échelle régionale. L'augmentation de la résolution des modèles opérationnels de prévision numérique du temps signifie que les phénomènes posant traditionnellement un défi pour la prévision des rafales, tels que les cellules convectives, les jets d'infiltration et les ondes sous le vent des montagnes, peuvent désormais être au moins partiellement représentés dans les champs du modèle. Cette avancée s'accompagne de nouvelles questions et de nouveaux défis importants, tels que : la capacité des formulations traditionnelles de prédiction de rafales à continuer à fonctionner alors que les phénomènes associés aux conditions de rafales sont de plus en plus résolus la mesure dans laquelle les différences dans le comportement de la turbulence associées à chaque phénomène ont besoin à intégrer dans les futures méthodes de prévision des rafales. Un défi similaire émerge de la résolution croissante, mais toujours partielle, des détails du terrain dans les modèles de prévision numérique du temps. L'accélération du vent moyen sur les sommets des collines résolus peut être réaliste, mais peut avoir des impacts négatifs sur les performances de prévision des rafales à l'aide des méthodes actuelles. La transition vers une prévision probabiliste utilisant des ensembles au niveau régional signifie que de telles considérations doivent également être appliquées à l'agrégation et au post-traitement des membres de l'ensemble pour produire la prévision finale. Ces questions et leurs implications sont discutées.

Les travaux publiés dans cette revue sont distribués sous la licence Creative Commons Attribution 4.0. Cette licence n'affecte pas l'œuvre protégée par le droit d'auteur de la Couronne, qui est réutilisable sous la licence Open Government (OGL). La licence Creative Commons Attribution 4.0 et l'OGL sont interopérables et n'entrent pas en conflit, ne se réduisent ni ne se limitent.

Les rafales représentent un pic de vent bref et intense, généralement responsable des pires dommages causés par les vents. Cela peut constituer des dommages à des structures telles que des bâtiments, des ponts et des éoliennes, ou résulter d'une perte de contrôle des véhicules aériens ou routiers, et la prévision des rafales est un élément crucial des prévisions météorologiques et des services climatologiques. Une définition rigoureuse d'une "rafale" est nécessaire pour que les résultats de la recherche soient généralement applicables, et l'Organisation météorologique mondiale (OMM) recommande une définition basée sur une vitesse moyenne du vent de 3 s, avec un maximum en 10 min. intervalle pris comme la rafale pour cet intervalle (Organisation météorologique mondiale, 2008) .

Cet auteur a précédemment mené une enquête sur les techniques établies de prévision des rafales (Sheridan, 2011). Celles-ci sont basées sur un raisonnement physique et une compréhension de la turbulence de la couche limite, des résultats empiriques ou des réglages et une analyse statistique. La plupart des techniques impliquent une combinaison de ces bases, mais généralement l'accent est mis sur un aspect, permettant une catégorisation grossière des approches (Sheridan, 2011) la même catégorisation est utilisée ici. Par exemple, les méthodes que l'on qualifiera ici de « à base physique » interprètent les variables météorologiques au sein d'une colonne de modèle de prévision numérique du temps à la lumière des connaissances et des raisonnements physiques concernant la turbulence de la couche limite et sa manifestation en surface sous forme de rafales. L'exemple le plus courant en prévision opérationnelle utilise la théorie de similitude Monin-Obukhov suivant Panofsky et al. (1977) , Panofsky et Dutton (1984) , Beljaars (1987) , impliquant une approche d'échelle (physique) pour déterminer les échelles pertinentes pour la variance du vent et la dépendance à la hauteur, une fonction universelle déterminée empiriquement reliant les versions non dimensionnées résultantes de la variance et la hauteur, et la rafale est finalement liée à la variance du vent en supposant une probabilité de dépassement de 50 % basée sur les spectres de turbulence universels et la définition de 3 s ci-dessus (statistique). Bien qu'elle ne soit pas dérivée des premiers principes, la base de cette méthode sur une compréhension théorique structurée des processus turbulents et des mesures visant à contraindre cette compréhension conduit à l'utilisation du terme « fondé sur la physique ». Cela s'oppose, par exemple, à simplement ajuster une règle empirique grossière aux rafales observées, ou à des correctifs techniques pour améliorer les scores d'erreur de prévision.

Les méthodes qui seront qualifiées de statistiques emploient principalement des statistiques de valeurs extrêmes (Palutikof et al., 1999), ou des modèles de la distribution sous-jacente du vent en fonction de variables prédictives. Ils sont axés sur les données, le modèle statistique étant adapté aux données disponibles, d'une manière adaptée pour s'adapter au mieux à la structure des données. Le couplage de la théorie des valeurs extrêmes avec les spectres de turbulence fournit une théorie fermée pour les rafales turbulentes (Beljaars, 1987), validant en principe l'approche des valeurs extrêmes. Les modèles statistiques sont souvent utilisés pour définir les périodes de retour des rafales destructrices dans un climat donné.

Certaines études récentes de méthodes basées sur la physique se sont concentrées sur des évaluations comparant des paramétrisations de rafales préexistantes. Par exemple Schubiger et al. (2012) comparent le diagnostic de rafales COSMO (basé sur Monin-Obukhov, mais avec un terme de vent soutenu empirique linéaire ajouté dans certains modèles pour améliorer les rafales plus fortes, le distinguant des autres diagnostics basés sur M-O) avec celui de Brasseur (2001) . Stucki et al. (2016) comparent les mêmes diagnostics avec la paramétrisation WRF standard et une approche empirique simple du facteur de rafale. Schubiger et al. (2012) constatent que le diagnostic COSMO est plus performant que la méthode Brasseur pour un modèle de résolution de 2 km sur la Suisse. Stucki et al. (2016) trouvent peu de différence entre les diagnostics lorsqu'ils sont appliqués à une réanalyse du modèle WRF du 20e siècle, encore une fois en Suisse. L'intérêt se poursuit pour le développement de meilleures paramétrisations des rafales basées sur la physique (Cheng et al., 2012b Suomi et al., 2013) .

Des exemples récents d'utilisation de méthodes statistiques incluent Hofherr et Kunz (2010), dont l'étude démontre la puissance des approches statistiques dans l'extension d'ensembles de données détaillés mais limités pour les appliquer à des périodes beaucoup plus longues. Ils utilisent la rafale maximale à un point de grille de modèle donné dans une simulation de réduction d'échelle dynamique de résolution de 1 km de la pire tempête de chaque année pendant 30 ans pour représenter la rafale maximale annuelle pour ce point, en utilisant cela pour construire une analyse des valeurs extrêmes. De cette façon, la force des rafales pour différentes périodes de retour a été cartographiée sur l'Allemagne à une résolution de 1 km en utilisant seulement 87 simulations d'une journée. Sergina et al. (2014) ont utilisé l'analyse des rafales de Wieringa (1986) et la correction d'exposition de Verkaik (2000) pour standardiser les mesures de vent et de rafales entre les sites en Allemagne. Ils ont ensuite construit des relations entre les paramètres de distribution de Weibull pour les extrêmes du vent (soutenu) et ceux pour les rafales extrêmes, de sorte que des rafales synthétiques puissent être obtenues sur d'autres sites ne signalant que des vents soutenus, permettant une analyse plus complète de la période de retour des rafales à l'aide d'un base de données. D'autres incluent Hewston et Dorling (2011) , Thorarinsdottir et Johnson (2012) , Cheng et al. (2012a, 2014) , Jung et Schindler (2016) , Jung et al. (2016) , Efthimiou et al. (2017b) , Efthimiou et al. (2017a) .

Croisement entre approches physiques et statistiques, Roberts et al. (2014) ont créé un modèle statistique basé sur la sortie des rafales d'une exécution continue de 30 ans du modèle unifié Met Office (MetUM) sur une grille de 25 km au-dessus de l'Europe occidentale, qui a été généré à l'aide du diagnostic de rafale MetUM. Ainsi, un modèle statistique de rafale a été créé à l'aide d'un diagnostic de rafale basé sur la physique, appliqué à la sortie d'un modèle NWP. Les données ont été utilisées pour créer un catalogue en libre accès des 50 tempêtes les plus violentes de la période (le catalogue eXtreme WindStorms, ou XWS). Une telle flexibilité dans l'approche est un thème récurrent dans la prévision des rafales, dans le but de produire efficacement des produits puissants.

Plus récemment, de nouvelles méthodes et applications sont apparues. Par exemple, les méthodes d'apprentissage automatique sont de plus en plus appliquées à la modélisation des vents soutenus et, dans une certaine mesure, des rafales. En outre, les applications dans les environnements urbains de grande hauteur ou pour les éoliennes ont également fait passer l'accent d'une prédiction purement proche de la surface à la considération de la structure d'une rafale, telle qu'incarnée dans son profil vertical. De nouveaux défis et opportunités associés à l'augmentation de la résolution des modèles de prévision numérique du temps émergent : de petites structures à mésoéchelle associées à des vents violents et considérées comme des sources de fortes rafales, ainsi que potentiellement les plus grands éléments de turbulence de couche limite, commencent à être résolus. Une large distinction peut être utilement faite ici entre les phénomènes à méso-échelle et la turbulence résolue. Le premier implique un flux atmosphérique cohérent et structuré induit par la stabilité et la structure du vent de l'atmosphère, tel qu'un écoulement de douche convective microphysique ou une onde de gravité, façonnant les vents et le spectre turbulent ressentis ci-dessous. Ce dernier représente une partie du large spectre auto-similaire du mouvement de Foucault lui-même. Cela se prêtera probablement mieux à une partition entre les parties résolues et non résolues. En revenant au premier cas, pendant ce temps, où l'échelle réelle est étroitement définie, par exemple une longueur d'onde d'onde de gravité ou la taille d'une douche convective, les mouvements résolus peuvent ressembler à la structure réelle en termes simplistes, mais seront limités en termes d'échelle et de complexité structurelle. par la grille du modèle et peuvent donc se comporter et interagir assez différemment selon leur degré de résolution. Ces aspects plus récents constituent l'objet principal de cet article.

Dans le reste de l'article, Sect. 2 traite de certains domaines de croissance dans la recherche sur la prévision des rafales, Sect. 3 décrit les défis, par exemple résultant de l'augmentation de la résolution du modèle, et la section finale donne des conclusions sommaires.

Ces dernières années, les études en météorologie motivées par l'extraction d'énergie éolienne sont passées de la localisation de zones de ressources élevées à des considérations d'efficacité de production, de cohérence et de contrôle de l'approvisionnement des réseaux énergétiques et de fatigue des turbines, qui dépendent toutes de la rafale relative et du profil spatial. du vent auquel ils sont exposés (Clifton et Wagner, 2014 Clifton et al., 2013) . L'emplacement des turbines à différentes hauteurs de plus en plus loin de la surface oriente davantage la recherche vers la caractérisation du profil vertical de l'activité des rafales, plutôt que simplement un niveau d'écran ou une prédiction de 10 m. D'autres facteurs de motivation pour ce développement sont dans le génie urbain à grande échelle, où par exemple le profil du vent et des rafales dicte le profil de contrainte sur un grand bâtiment, et de même, dans la foresterie. Cheng et al. (2012b) abordent le développement de paramétrisations de rafales physiques améliorées, en mettant l'accent sur le profil de rafale. Suomi et al. (2013, 2015, 2016, 2017) caractérisent des profils de rafales à l'aide de mesures et poursuivent le développement de paramétrisations de rafales dans ce contexte. Eftimiou et al. (2017a, b) modélisent la distribution du vent sous-jacente donnant lieu à des rafales en tant que valeurs extrêmes, en utilisant une simulation numérique directe (DNS) et des mesures en soufflerie pour informer et valider le modèle, qui peut être appliqué à n'importe quelle hauteur, également testé sur des sites de terrain. La prise en compte du profil de rafale est déjà courante dans la discipline de l'ingénierie. Par exemple, Ngo et Letchford (2008, 2009) rapportent les résultats en termes de profil lorsqu'ils examinent les performances des rafales à l'aide de divers codes d'ingénierie pour la modification du vent au-dessus ou sous le vent de la topographie.

Non seulement le profil spatial mais aussi le profil temporel des rafales sont intéressants pour des raisons similaires, car deux rafales ayant une force numérique égale par une certaine définition peuvent avoir des impacts différents en fonction de l'enveloppe temporelle de la fluctuation du vent incarnant la rafale (Knigge et Raasch, 2016 ).

La prévision des rafales est souvent motivée par la nécessité de modéliser les impacts. C'est souvent le cas pour l'industrie de la (ré)assurance, où les rafales modélisées sont couplées à un certain « modèle de perte » (Dierer et al., 2015 Roberts et al., 2014 Welker et al., 2016), mais il existe également des applications plus originales. Par exemple, le modèle de retournement de véhicule (VOT) du Met Office utilise les rafales diagnostiquées à partir des données de la prévision numérique du temps pour prévoir le risque de danger pour les usagers de la route, où la mesure du risque est la combinaison du danger (la force des rafales), de l'exposition (par exemple, l'étendue de quelle route est orientée face au vent) et la vulnérabilité (combien la route est utilisée par le trafic à flancs hauts). Jung et Schindler (2016) , quant à eux, utilisent un modèle statistique de rafales mappé sur une grille de 50 m comme entrée d'un modèle de dommages forestiers.

Les rafales de vent ne sont généralement pas l'un des principaux facteurs pris en compte dans les évaluations du changement climatique, bien qu'il s'agisse clairement d'un impact potentiel important. Les études récentes qui traitent des impacts climatiques incluent Cheng et al. (2012a, 2014) , qui utilisent une réduction d'échelle statistique à partir d'un modèle de circulation globale (GCM) et une caractéristique du facteur de rafale en fonction de la vitesse du vent, Seregina et al. (2014) (discuté ci-dessus) et Hewston et Dorling (2011) , qui utilisent des sites d'observation de routine au Royaume-Uni pour la variabilité historique du climat en rafales et le vent maximal quotidien d'un modèle climatique régional comme approximation des rafales dans les projections d'un climat futur.

Des exemples d'apprentissage automatique appliqués à la prévision générale du vent sont courants Dunstan et al. (2016) Giorgi et al. (2014) Mohandes et al. (2004) Schicker et al. (2017) Sreelakshmi et Kumar (2008) Wang et al. (2015) Zeng et Qiao (2011). L'agilité des techniques d'apprentissage automatique pour traiter le comportement non linéaire des variables prédictandes en fonction des prédicteurs les rend bien adaptées à la modélisation des vents extrêmes, qui sont fréquemment associés à des phénomènes atmosphériques hautement non linéaires (par ex.déferlement des ondes de gravité, convection profonde) difficiles à paramétrer par des approches réductionnistes. L'application avec des rafales, cependant, se concentre souvent sur la détection (identification) des rafales se produisant actuellement, pour l'atténuation dans les systèmes de commande de vol (Afridi et al., 2010 Antonakis et al., 2016 Tedrake et al., 2009), l'exposition des éoliennes aux dommages ou aux fluctuations de puissance (Spudic et al., 2009) , ou la prédiction de la variation de la puissance éolienne en raison de la turbulence et du cisaillement du vent (Clifton et Wagner, 2014 Clifton et al., 2013) . Les études dans un contexte météorologique s'avèrent plus difficiles à trouver, mais il existe des exemples et une indication que de telles approches sont très prometteuses.

Mercer et al. (2008) ont utilisé une gamme de dix-huit facteurs synoptiques pertinents (liés au vent, à la stabilité et à la situation météorologique) et de terrain de la chaîne du front du Colorado, y compris les paramètres couramment associés au diagnostic des vagues de montagne, pour tenter de modéliser statistiquement les rafales (pic de vent au cours de périodes consécutives de 3 h dans la journée) associé au célèbre phénomène de tempête de Boulder (Lilly et Zipser, 1972) en fonction de ces prédicteurs, en s'entraînant à l'aide des vents observés près de la surface. Une régression linéaire multiple a été utilisée comme contrôle et un réseau de neurones et une régression à vecteur de support (SVR) comme deux méthodologies de test non linéaires. La SVR utilisant une fonction de noyau polynomial s'est avérée donner des prédictions significativement meilleures des rafales de Foehn que les deux autres (qui fonctionnaient à peu près de la même manière) lorsqu'elles étaient appliquées aux profils et à la sortie de la radiosonde par rapport aux mesures sur les sites de vent de surface. Mercer et Dyer (2014) ont également étendu l'approche pour utiliser les données 3D du vent, de la température et de l'humidité à une hauteur donnée du modèle NAM dans un rayon de 20 km du site d'intérêt comme entrée de SVR pour prédire les rafales de pointe quotidiennes pour 10 villes aux États-Unis, à la fois dans des emplacements de terrain plat et complexe. Les données ont d'abord été réduites à l'aide de l'analyse en composantes principales du noyau (KPCA). Les résultats comparés aux statistiques de sortie de modèle conventionnelles (MOS) basées sur la régression linéaire montrent une amélioration radicale du RMSE et des biais. Le réglage du type fonctionnel du noyau et d'autres paramètres SVR à chaque emplacement s'est avéré bénéfique. L'utilisation de champs 3D (bien que dans un rayon de 20 km) suggère que certains avantages peuvent également provenir du fait que la méthode est libérée des contraintes en colonnes communes à de nombreuses approches de prévision des rafales. Dans le même esprit, Nerini et al. (2014) ont utilisé l'algorithme d'arbre de classification AdaBoost pour prédire les rafales de Foehn en Suisse à l'aide d'un ensemble de variables prédictives généralement associées à Foehn.

Sallis et al. (2011) ont utilisé une méthodologie d'arbre de classification et de régression (CART) effectuant des prédictions basées sur les variables météorologiques actuelles sur le site d'intérêt (en Nouvelle-Zélande), constatant que cela fonctionnait mieux que la régression logistique et que d'autres approches d'apprentissage automatique telles que les réseaux de neurones, et avait une certaine habileté lorsqu'il était utilisé à très courte portée (30 min) de prévision immédiate. Shanmuganathan et Sallis (2014) étendent l'étude, en utilisant certaines méthodes non prises en compte dans la première, constatant que différentes approches statistiques/d'apprentissage automatique mettent l'accent sur différentes variables prédictives. Par exemple, la vitesse du vent soutenu était le principal prédicteur dans toutes les méthodes, à l'exception de l'ACP, où la pression relative, la température et l'humidité sont les principaux prédicteurs, et la vitesse et la direction du vent étaient les moins importantes. Bien entendu, les perturbations locales de la pression et les rafales de vent sont susceptibles d'être intimement liées.

Chaudhuri et Middey (2011) ont appliqué un système d'inférence neuro-floue adaptatif (ANFIS) pour prévoir les rafales maximales quotidiennes à Calcutta au cours d'une journée donnée sur la base des profils de radiosonde pour un sous-ensemble de 140 (70 pour l'entraînement, 70 pour le test) jours d'orage pris à partir de 12 ans de saison pré-mousson. Une sélection complète d'indices de stabilité (indice levé, CAPE, CIN, nombre de Richardson en vrac et autres) potentiellement pertinents pour les rafales d'orage est utilisé comme entrée du modèle (bien que les quatre nommés s'avèrent les plus cohérents et soient retenus comme prédicteur final du modèle ensemble). Chaudhuri et Middey (2011) qualifient ANFIS de méthode hybride en partie parce qu'un réseau de neurones occupe une couche centrale, et les entrées et sorties de/vers cette couche sont des catégories floues plutôt que des données réelles (qui ont plutôt été traitées dans ces catégories (entrée) ou construit à partir d'eux (sortie)). Une technique « en arrière et en avant » est utilisée pour optimiser le système. L'ANFIS s'est avérée plus performante que les approches NN non hybrides (qui sont plus proches de la régression linéaire multiple des performances) pour les orages de Kolkata.

D'autres études ont utilisé l'apprentissage automatique dans le cadre d'une approche générale, comme Jung et Schindler (2016), qui utilisent l'algorithme d'arbre de régression LSBoost pour optimiser une relation dérivée entre les paramètres d'une distribution statistique de rafales et un ensemble de prédicteurs externes. Bien que, en tant que modèle statistique, leur formulation ne contienne pas de raisonnement physique explicite, l'étude bénéficie d'un ensemble astucieusement choisi de variables topographiques, de fetch et météorologiques pertinentes comme entrées du modèle. Comme ce fut le cas pour Chaudhuri et Middey (2011) , cela démontre la valeur ajoutée qui émerge du fait d'assurer une certaine conscience physique au sein de la conception (il semble probable que des variables supplémentaires non prises en compte, par exemple relatives à la stabilité, pourraient ajouter une valeur supplémentaire). Wang et al. (2017a, b) discutent de l'apprentissage automatique « informé par la physique » pour la modélisation de la turbulence (contraintes de Reynolds), en utilisant les données DNS des flux idéalisés.

Il est intéressant de noter que l'approche de certaines études d'apprentissage automatique telles que celles de Mercer et al. (2008) , et Chaudhuri et Middey (2011) est façonné par le phénomène provoquant la rafale. Pendant ce temps, Mercer et Dyer (2014) utilisent une approche très générale s'appliquant à des emplacements géographiques et climatologiques très divers, mais nécessitent un grand ensemble de données (3-D) en entrée, et par conséquent une étape de réduction des données, dans leur méthode.

Figure 1La rafale maximale au cours de l'heure précédente, indiquée pour une zone à l'ouest des Shetland le 1er décembre 2011 à 10h00 UTC pour quatre résolutions de domaine imbriquées MetUM : (une) 4,4 km, (b) 1,5 km, (c) 500 m et (ré) 200 mètres.

L'applicabilité de l'apprentissage automatique à la modélisation des vents soutenus (par opposition aux rafales), d'une part suggère que les rafales devraient également se prêter au même type d'approche, mais d'autre part qu'une approche directe de la prévision des rafales utilisant l'apprentissage automatique n'est pas strictement nécessaire. Au lieu de cela, les approches combinées ou hybrides peuvent être utiles lorsqu'une méthode d'apprentissage automatique existante ajoute de la valeur, par exemple aux prévisions NWP du vent soutenu (ou d'autres paramètres dont dépendent les paramétrages de rafale typiques), toute méthode efficace pourrait alors être utilisée pour obtenir la rafale. , comme une paramétrisation basée sur la physique, propageant cette valeur ajoutée à une meilleure prévision des rafales.

Figure 2Comme la Fig. 1, mais pour le 3 janvier 2012 à 07h00 UTC au-dessus de l'Irlande du Nord, pendant le cyclone Ulli.

Au fur et à mesure que les modèles de prévision numérique du temps sur lesquels les prévisions de rafales sont susceptibles d'être basées se déplacent vers des grilles de plus en plus fines, ils deviennent plus capables de résoudre les phénomènes de terrain et atmosphériques qui étaient auparavant fermement en dessous de l'échelle de la grille, et par défaut une partie du mélange de variabilité sous-grille qui les paramétrages, tels que les diagnostics de rafales, doivent essayer de s'adapter. Ces phénomènes atmosphériques comprennent les ondes de gravité, telles que les ondes sous le vent des montagnes et les rotors associés (Doyle et Durran, 2002, 2007 Durran, 1986 Grubisic et al., 2008 Hertenstein et Kuettner, 2005 Lilly et Zipser, 1972 Mobbs et al., 2005 Scorer, 1949 Sheridan et al., 2017 Shutts, 1997 Vosper, 2004) , sting jets (Baker et al., 2014 Hart et al., 2017 Hewson et Neu, 2015 Martinez-Alvarado et al., 2012, 2014 Volonte et al., 2017) , de petites cellules convectives telles que celles présentes dans les poussées d'air froid, qui produisent généralement des averses accompagnées de rafales de vent, et les plus grands tourbillons de couche limite. Il est clair que ce groupe chevauche les catégories de turbulence et de variabilité à méso-échelle, bien qu'incluant des exemples de cette dernière associée à la génération locale de vents et de turbulences accrus. La nouvelle capacité des modèles à commencer à résoudre directement ces phénomènes présente une opportunité d'améliorer les prévisions de rafales associées. Pendant ce temps, là où des effets turbulents localisés ou des vents violents induits par ces phénomènes ne sont pas pris en compte dans la base théorique d'un diagnostic de rafale donné, il y a aussi le défi de le faire. Bien sûr, la résolution est au mieux partielle (structures « autorisées » plutôt que « résolues ») et les modélisateurs sont donc confrontés à un problème de « zone grise » de rafales, avec plusieurs phénomènes turbulents ou de turbulence/induisant des vents violents l'occupant, créant ainsi un ensemble de zones grises « parallèles » relatives aux vents extrêmes. Les échelles de longueur typiques associées à ces phénomènes sont répertoriées dans le tableau 1.

Tableau 1Liste des phénomènes de couche limite et de méso-échelle associés aux vents forts ou en rafales, et les plages d'échelle de longueur horizontale approximative associées à chacun. Pour les structures avec des rapports d'aspect potentiellement élevés, l'échelle de longueur la plus courte est indiquée (probablement la plus pertinente pour la capacité des modèles de prévision numérique du temps à les résoudre).

Une étude de cas mettant en évidence ce problème s'est produite lorsque les rafales dans le Met Office UKV de résolution opérationnelle de 1,5 km lors d'une épidémie d'air froid le 1er décembre 2011 à l'ouest des Shetland se sont avérées surestimées. Par la suite, le cas a été modélisé en utilisant des grilles horizontales de plus en plus fines en utilisant le MetUM dans une configuration emboîtée à 1 voie (Mark Weeks, Met Office). Un deuxième cas, le cyclone Ulli (3 janvier 2012), a également été simulé. Des nids à des résolutions de 4,4 km, 1,5 km, 500 m et 200 m ont été utilisés. Les figures 1 et 2 montrent le diagnostic opérationnel des rafales de 10 m dans les quatre domaines emboîtés pour les deux cas, sur la zone du domaine de résolution de 200 m. La sortie opérationnelle consistait en le maximum au cours de l'heure précédente du diagnostic de rafale MetUM (Sheridan, 2011) . Il existe une tendance claire à mesure que la résolution augmente des rafales plus fortes couvrant une zone plus large, et en particulier à une résolution de 200 m, des valeurs de rafales maximales plus élevées (des séries temporelles d'observation ponctuelles ont également été utilisées pour étayer cela). La figure 4 montre des coupes transversales de vent du cas du 1er décembre 2011, à l'emplacement de la coupe indiqué sur la figure 3. Les structures filamenteuses vues de dessus sur la figure 3 sont liées au renversement convectif à faible niveau pour former une couche limite rouleaux (structures en forme de crochet en coupe transversale sur la figure, que les cartes de précipitations montrent représentent des averses) et les zones d'accompagnement de vent fort atteignant la surface dans les courants descendants, qui deviennent plus apparents avec une résolution croissante. En effet, les structures d'écoulement précédemment paramétrées dans le diagnostic de rafale deviennent partiellement résolues dans le modèle. Ceci est illustré sur la figure 5, qui montre des zones de vents localement beaucoup plus forts pour les domaines les plus fins. L'application du diagnostic de rafale dans ces zones de courant descendant représente un « double comptage » de la perturbation constituant la rafale, avec des valeurs de rafale erronées possibles. L'utilisation de la rafale maximale horaire exacerbe cela, où de petites zones de rafales trop importantes peuvent contaminer une longue « tache » du domaine. Les rafales diagnostiquées instantanées se sont avérées beaucoup moins excessives dans les comparaisons de séries chronologiques en utilisant une moyenne horaire au lieu du maximum, le diagnostic de rafale a également été trouvé plus représentatif. Cela peut être vu comme un problème de « zone grise », rencontré en fonction de la résolution du modèle et de l'échelle des structures convectives.

figure 3Vents de 2,5 m (niveau 1) provenant d'un domaine niché MetUM de 200 m de résolution le 1er décembre 2011 à 10h00 UTC, dans une zone à l'ouest des Shetland. La ligne droite au milieu du tracé donne l'emplacement des coupes verticales illustrées à la Fig. 4.

Les jets de piqûre sont un autre phénomène impliquant un mouvement vertical relativement localisé, auquel ont été attribués un certain nombre de cas impliquant des dégâts de rafales extrêmes, tels que la « Grande tempête » en 1987 au Royaume-Uni. Ceux-ci représentent un jet descendant provenant de la tête du nuage derrière un front froid courbé, entraîné par le CAPE oblique, et peut-être l'évaporation de la tête du nuage, et distinct des jets associés aux bandes transporteuses chaudes et froides. développement de cyclones (Hart et al., 2017 Martinez-Alvarado et al., 2012, 2014) .

Figure 4Coupes transversales verticales de la composante éolienne zonale dans chacun des quatre domaines MetUM imbriqués, (une) 4,4 km, (b) 1,5 km, (c) 500 m et (ré) 200 mètres. Position de la section indiquée sur la Fig. 3.

Boulanger et al. (2014) Hewson et Neu (2015) Martinez-Alvarado et al. (2014) donnent des représentations schématiques utiles de l'intégration du jet dans le système cyclonique. Martinez-Alvarado et al. (2014) et Volonte et al. (2017) utilisent des trajectoires de retour pour confirmer cette image conceptuelle, tandis que Young et Clark (2018) démontrent comment des jets de moindre intensité peuvent être capables d'améliorer les vents lors de tempêtes plus faibles. Volonté et al. (2017) utilisent une grille de modèle de 12 km, démontrant qu'une très haute résolution n'est pas nécessaire pour que les jets d'aiguillon soient présents.

Figure 5Comme la Fig. 2, mais montrant le vent soutenu instantané.

Les vents extrêmes associés aux jets d'aiguillon peuvent atteindre la surface en raison de la faiblesse de la stabilité à bas niveau, et donc les formulations actuelles de diagnostic des rafales sensibles à cela pourraient convenir pour prédire les rafales associées. La route oblique de ces vents, quant à elle, fait douter. Les diagnostics de rafales fonctionnent généralement uniquement en utilisant les données de la colonne du modèle actuel, alors que les rafales en réalité peuvent se produire efficacement en raison des conditions dans les colonnes adjacentes, et des recherches supplémentaires sont nécessaires pour tester la signification de cela. La « zone grise » par rapport à ce phénomène concerne la capacité du modèle à résoudre suffisamment le jet lui-même dans un premier temps, mais peut également concerner la représentation de l'interaction du jet avec la surface. sur une bonne représentation du profil vertical de la température et du vent, et à son tour sur la performance des paramétrisations de mélange vertical répondant à la présence du jet et à la résolution de son intensité et de ses détails structurels. Martinez-Alvarado et al. (2012) et Hart et al. (2017) développent un diagnostic précurseur de la probabilité de jets de piqûre dans un cyclone donné (la détection à l'aide de trajectoires arrière est susceptible d'être impliquée et incertaine sur une base automatisée de routine). Cela suggère qu'il pourrait être possible de désigner des jets d'attaque afin que des méthodes conditionnelles/adaptatives puissent être utilisées dans la prévision des rafales associées.

Figure 6Coupes transversales à travers des simulations 3D idéalisées de rotors de (une) type 1 et (b) type 2, reproduit de Sheridan et Vosper (2006) , montrant une composante horizontale du vent le long du plan de la section transversale. Le flux va de droite à gauche.

Les ondes de Lee sont des ondes de gravité initiées par un terrain vallonné ou montagneux, canalisées dans une couche en aval de la basse troposphère (Scorer, 1949 Shutts, 1997 Vosper et al., 2006) , et peuvent être accompagnées d'une grave perturbation de l'écoulement près de la surface ( Doyle et Durran, 2002) . Ceci constitue des zones alternées d'écoulement accéléré et décéléré. La décélération, se produisant sous une crête de vague, peut être suffisante pour provoquer l'inversion et la séparation de l'écoulement de la surface, pour former un « rotor » - conceptuellement un vortex rugueux à axe horizontal de recirculation (Doyle et Durran, 2002 Hertenstein et Kuettner, 2005 Sheridan et al., 2017, 2007 Vosper et al., 2006) . Des simulations idéalisées utilisant le terrain des îles Falkland le démontrent sur la figure 6, reproduite à partir de Sheridan et Vosper (2006) . Des niveaux élevés de turbulence et des vents forts sont généralement associés aux rotors, et les rotors peuvent se produire à des échelles assez différentes selon la chaîne de montagnes et les conditions atmosphériques qui donnent lieu aux ondes sous le vent associées (Grubisic et al., 2008). La figure 6 montre les zones d'inversion du flux du rotor en bleu pour les deux « types » courants de rotor, « 1 » et « 2 ». Le tourbillon du rotor et sa contrainte par la structure d'onde quasi-stationnaire dirigent et confinent la turbulence d'une manière cohérente qui ne se produit pas pour une couche limite horizontalement isotrope. Doyle et Durran (2007) modélisent comment les sous-vortex dans la recirculation principale se séparent avec le flux et s'intensifient, et retournent à la surface au point de rattachement dans les rotors de type 1, avec les vents les plus rafales au point de séparation et des vents légers et des turbulences sous le reste de la crête. Des vents accélérés mais relativement moins en rafales se produisent sur la pente descendante et sous les creux des vagues (tendance à être plus forts dans le cas de type 2). La source non locale de turbulence du rotor remet en question l'approche à colonne unique des diagnostics de rafales typiques pour les situations de rotor, tout comme l'écart du mécanisme de génération de turbulence dans les rotors par rapport au modèle de base implicite dans de tels diagnostics, et là encore, des recherches sont nécessaires pour voir s'ils sont adéquats.

Figure 7(une) Image satellite visible de la zone britannique MSG à 14 Z 16 mars 2017, montrant des nuages ​​en bandes distinctifs associés aux ondes sous le vent au-dessus du Pays de Galles et du nord de l'Angleterre en avant d'un front froid. (b) Sortie du modèle Met Office Vehicle Overturning (VOT) valide du 11 au 19 Z 16 mars 2017, la coloration des routes principales suit une désignation de risque de « feu de circulation » en quatre étapes, du vert au jaune et de l'ambre au rouge.

Le problème de la « zone grise » associé aux rotors à ondes sous le vent concerne en premier lieu l'espacement de la grille du modèle par rapport à la gamme possible de longueurs d'onde des ondes sous le vent, mais par la suite aussi la capacité relative du modèle à résoudre la structure de turbulence sous-rotor qui donne lieu à la formation de rafales, qui peuvent différer sensiblement de la structure supposée dans les paramétrisations de turbulence typiques.

Figure 8Comme la Fig. 2, mais montrant la rafale instantanée.

La capacité à résoudre les ondes sous le vent est néanmoins précieuse pour prévoir leurs impacts. Par exemple, la figure 7 montre la sortie du modèle Met Office VOT, qui prend les informations de rafale d'entrée de la prévision d'ensemble Met Office MOGREPS-UK à une résolution de 2,2 km. Malgré la capacité relativement marginale de résoudre les vagues à cet espacement de grille, les dangers pour les véhicules à parois hautes sont mis en évidence sur divers itinéraires sous le vent d'un grand terrain en Angleterre et au Pays de Galles lors d'un cas de vague modérée sous le vent.

Le thème commun jusqu'à présent est l'échec de l'approche en colonnes simple à prendre en compte les aspects lagrangiens qui emmènent la turbulence de sa source à l'endroit où elle est ressentie, et qui sont particuliers à la structure du phénomène en question dans des conditions météorologiques ou de terrain plus complexes. -flux influencés.

L'influence immédiate du terrain sur le flux du vent entraîne une accélération au sommet des collines et peut entraîner une séparation du flux et des sillages derrière des obstacles (Mason et Sykes, 1979). En ingénierie, une telle influence du terrain est généralement prise en compte. Par exemple, Ngo et Letchford (2008) présentent des comparaisons de vents soutenus et de rafales diagnostiqués en conjonction avec divers codes d'ingénierie heuristique pour l'accélération au-dessus des obstacles de terrain. Ngo et Letchford (2009) évaluent les schémas par rapport aux mesures en soufflerie du profil du vent soutenu et des rafales avec la hauteur.

L'influence directe du terrain sur les rafales n'est souvent pas explicitement traitée dans les contextes météorologiques. À mesure que la résolution du modèle de prévision numérique du temps s'améliore, des variations plus importantes du vent résolu se produisent dans une zone donnée. Les formulations de rafales dans de nombreux services Met prennent en entrée un vent résolu (ce qui implique un vent « soutenu ») (Sheridan, 2011) de sorte que toute augmentation du vent est amplifiée dans le champ de rafale de sortie. Il est peu probable que cela soit représentatif puisque la cause de la rafale est la turbulence résidant dans l'ensemble de la couche limite, tandis que les caractéristiques locales, à moins qu'elles ne soient très abruptes, ont plus d'influence sur la modulation du vent soutenu. Par exemple, Ngo et Letchford (2009) citent Holmes (2001) , que la vitesse des rafales au sommet des collines n'est pas augmentée au même degré que la vitesse du vent. Avec l'approche NWP, comme le terrain est plus finement résolu, les maxima de vent résolus associés augmentent, et la rafale paramétrée continuera également à augmenter, de sorte que les rafales peuvent localement être de plus en plus surestimées. Ceci est démontré dans les Fig. 5 et 8 montrant respectivement le vent instantané et la rafale instantanée pour un instantané des simulations imbriquées du cyclone Ulli, déjà mentionnées.

Ce qui précède souligne le soin nécessaire si le traitement de voisinage est utilisé pour créer un PDF pour la prévision probabiliste, car des rafales localisées et erronées sur les pics de terrain auraient alors une influence négative sur les prévisions pour des emplacements bien éloignés des pics. Une solution serait de développer des règles telles que celles décrites par Ngo et Letchford (2008, 2009) pour diagnostiquer et ainsi atténuer le problème (Standen et al., 2017 Wilson et al., 2010). Une alternative consiste à utiliser le masquage de l'altitude du terrain, de sorte que le voisinage d'un site d'intérêt soit filtré pour n'inclure que d'autres points du modèle d'altitude similaire (Nigel Roberts, communication personnelle, 2017).

Il semble possible qu'une méthode similaire à la méthode basée sur la TKE de Brasseur (2001) , qui est sensible à la quantité de mouvement du vent en altitude qui peut être transférée à la surface, plutôt que principalement la configuration du vent à la surface, peut être moins sujet aux problèmes cités ci-dessus, qui sont le plus souvent dus à de forts vents proches de la surface résolus qui n'étaient pas présents dans les prédécesseurs des modèles de prévision numérique du temps à résolution plus grossière.

Deux approches distinctes pour relever le défi de la « zone grise » ont été proposées dans une autre contribution (Mylne et Roberts, poster P85 dans la session UP1.4 de cette conférence). Le premier implique un traitement de voisinage pour déterminer un PDF de 10 m de la vitesse du vent du modèle et du diagnostic de rafale MetUM sur les points environnants. Pour les rafales typiques provoquées par le cisaillement, le mode ou la médiane du PDF de diagnostic des rafales est supposé être représentatif. Pour les rafales convectives, un certain centile élevé du PDF de vent de 10 m est pris pour représenter la rafale, le centile utilisé serait « calibré » pour refléter le réalisme relatif de l'intensité convective permise dans le modèle. Aucune tentative n'est faite pour déterminer quelles conditions s'appliquent réellement dans le cas en question, et le maximum de ces deux valeurs est pris comme prévision de rafale. Le masquage d'altitude est utilisé pour s'assurer que seuls les points de grille ayant le même caractère topographique sont inclus dans le voisinage.

La seconde implique plutôt un diagnostic explicite des zones convectivement actives (par exemple en utilisant la netteté des gradients de précipitations ou des gradients dans le vent de 10 m). Dans les zones convectives, les vents de voisinage à 10 m sont utilisés pour calculer la rafale, tandis que le diagnostic de rafale est utilisé dans les zones non convectives. Cela pourrait être étendu pour traiter également les zones affectées par les jets d'aiguillon ou les ondes sous le vent séparément si nécessaire, par exemple en diagnostiquant les précurseurs appropriés dans le flux à grande échelle. Sinon, les ondes sous le vent peuvent ne pas être bien traitées par l'approche de voisinage, car le voisinage peut mélanger inutilement le comportement très différent du vent et des rafales des zones de creux et de crête. Et bien que les jets d'aiguillons s'apparentent techniquement à des rafales de convection, en particulier si la stabilité à bas niveau intervient ou non, leur structure inclinée peut signifier que les zones de vents forts et les gradients de précipitations ne coïncident pas, de sorte qu'ils ont également besoin d'un diagnostic séparé. méthode.

Dans le cas de grands tourbillons de couche limite, le problème de la zone grise est peut-être plus simple. Ici, le spectre turbulent pourrait être tronqué à la résolution effective du modèle et à la théorie des valeurs extrêmes appliquée au reste du spectre. Des approches analogues ont été faites dans d'autres applications impliquant une variabilité à petite échelle, comme pour combiner et pondérer une fermeture de turbulence 1-D et un schéma de turbulence de sous-grille 3-D au sein d'une seule paramétrisation pour le mélange (Boutle et al., 2014), par mesurer l'échelle résolue effective pour une quantité particulière, en fonction de l'échelle de Foucault attendue pour un régime météorologique donné. L'étude suit à son tour des études similaires concernant, par exemple, la paramétrisation de la vitesse de courant ascendant sous-grille pour l'activation des nuages ​​(Malavelle et al., 2014) .

Un autre défi concerne l'exactitude des données auxiliaires et la manière dont elles influencent la prévision des rafales dans les modèles de prévision numérique du temps. La vitesse de frottement dépend de la rugosité effective de la surface, diagnostiquée de manière imparfaite à partir des jeux de données de surface terrestre, qui eux-mêmes peuvent être interprétés par exemple à l'aide de généralisations concernant les données satellitaires, et peuvent être de résolution inférieure ou obsolètes. Au fur et à mesure que l'échelle de la grille diminue, la rugosité effective appropriée peut ne pas être directement liée à la boîte de grille du modèle dans laquelle la rafale est prédite, mais également au fetch au vent. Les grilles peuvent être suffisamment petites pour que la turbulence dans la colonne ne se soit pas ajustée à partir de son état dans la colonne au vent.

La transition des prévisions déterministes vers des ensembles et des produits probabilistes est un nouveau défi supplémentaire : comment agréger au mieux les informations de sortie du modèle de prévision numérique du temps sur les rafales dans le produit final. Les éléments statistiques du diagnostic des rafales (base des spectres de turbulence et des valeurs extrêmes), suggèrent une aptitude à l'agrégation de cette manière. Des questions subsistent cependant autour de l'incorporation des membres périphériques, qui peuvent représenter un régime différent du groupe dominant à un endroit donné. La combinaison de l'agrégation de voisinage, des ensembles décalés et du post-traitement avec l'idée d'ensemble de base, ajoute de la complexité à la tâche d'assurer une agrégation et une transmission correctes de bout en bout des informations sur les rafales dans les systèmes de prévision numérique du temps. Cela peut limiter inutilement le niveau de sophistication qui peut être pratiquement justifié dans le diagnostic de rafale. Un changement de philosophie serait-il utile pour entreprendre cette tâche, par exemple en préservant la nature statistique de la turbulence sous une forme quelconque jusqu'à ce qu'une sortie soit requise à un certain niveau de traitement (par exemple, données de modèle brutes, données filtrées, produits maillés, produits spécifiques au site) ? Une approche physique stochastique doit-elle s'étendre aux formulations de rafales ? La difficulté toujours présente de vérifier les rafales, qui sont dues à leur nature sporadique et stochastique difficile à modéliser avec une précision ponctuelle, avec des observations éparses, sera vraisemblablement plus grande lorsque les prévisions probabilistes doivent être vérifiées. Néanmoins, étant donné cette nature stochastique, une approche probabiliste semble offrir certains avantages.

Les impacts des rafales continuent de s'étendre à mesure que les activités humaines se diversifient et leurs prévisions et atténuations sont peut-être plus précieuses que jamais. La croissance de la récolte d'énergie éolienne et la connaissance des implications des rafales de vent sur la durée de vie des turbines, l'efficacité énergétique et la fiabilité de la production sont devenues un facteur de motivation majeur pour la recherche. La planification urbaine à grande échelle et de grande hauteur s'accélère également à mesure que les économies se développent, et ces deux zones nécessitent des informations de plus grande dimension sur la variabilité du vent et ses impacts, qu'une simple rafale de bas niveau. L'utilisation de drones qui peuvent être sensibles aux rafales et aux turbulences est de plus en plus fréquente.

L'apprentissage automatique a été relativement peu utilisé dans la prévision des rafales, et des opportunités subsistent pour son exploitation, qui semble prometteuse d'améliorations significatives de la précision. La variété des techniques est abondante, et bien que cela puisse rendre la meilleure méthode plus difficile à isoler, cela permet également une flexibilité d'approche, la meilleure technique pouvant dépendre de la géographie et du mécanisme de génération de rafales en question.

Les méthodes statistiques continuent d'offrir de nouvelles façons de créer efficacement des résultats puissants concernant le risque de rafales en étendant des modèles limités ou des ensembles de données d'observation. L'accent climatologique de la plupart des études s'étend de plus en plus à l'orientation du changement climatique.

Les approches basées sur la physique continuent d'avoir de la valeur, mais l'augmentation de la résolution des modèles de prévision numérique du temps représente un défi ainsi qu'une opportunité. L'amélioration de la représentation des phénomènes atmosphériques à petite échelle permet une meilleure identification des situations météorologiques susceptibles de donner lieu à des conditions de rafales (rotors d'ondes sous le vent, averses convectives, sting jets), et une meilleure représentation de la distribution et de la variabilité du vent moyen en fonction de fonction de l'exposition du terrain. Pendant ce temps, les formulations actuelles de diagnostic des rafales supposent généralement que les rafales proviennent de la turbulence isotrope associée à une couche limite sur un terrain plat, et les rafales peuvent donc être diagnostiquées à partir de la colonne du modèle. Mais lorsque la turbulence est contrôlée par un phénomène structuré de bas niveau tel que des rotors à ondes sous le vent ou des averses convectives, cette hypothèse est erronée. Des recherches sont nécessaires pour comprendre l'étendue de ce problème et proposer des approches modifiées.

Le problème est exacerbé puisque le phénomène en question est susceptible d'être partiellement résolu, et dans une mesure différente pour un phénomène donné, un climat, une géographie, une étude de cas ou un modèle de prévision numérique du temps. Cela peut être considéré comme une « zone grise » pour un type de structure à mésoéchelle donné. Deux approches pour atténuer cela ont été suggérées dans un document de conférence distinct. La première consiste à calculer deux prévisions de rafales, l'une basée sur la variabilité résolue du vent dans les grilles du modèle entourant un emplacement particulier, et l'autre sur les formulations de rafales existantes, en examinant une moyenne sur les points environnants. La seconde implique un diagnostic automatisé de la situation météorologique pour décider de l'approche à utiliser.

Une résolution de plus en plus élevée crée des exigences plus élevées en matière de représentativité des ensembles de données de surface terrestre, qui régissent la quantité cruciale de rugosité de surface (effective). Pour des maillages suffisamment petits, la turbulence dans une colonne donnée peut représenter un fetch de plusieurs maillages, de sorte que les paramètres locaux ne sont pas suffisants pour sa caractérisation.

L'utilisation de produits d'ensemble et probabilistes devrait améliorer la qualité et la pertinence des prévisions, mais apporte également une autre couche de défi pour le traitement optimal des données des modèles et la vérification des prévisions, où le diable peut être dans les détails.

Mis à part ces problèmes, les approches basées sur la physique peuvent avoir une qualité « plug and play » qui leur permet d'être combinées avec d'autres approches pour créer un produit utile, par exemple pour créer des modèles statistiques (Roberts et al., 2014) ou fournir des données pour modèles d'aléas. Les méthodologies combinées en général sont souvent puissantes (Chaudhuri et Middey, 2011 Efthimiou et al., 2017a, b Jung et Schindler, 2016) .


1. Introduction

Des cyclones extratropicaux en développement passent fréquemment autour du Japon entre l'automne et le printemps (Yoshida et Asuma 2004 Adachi et Kimura 2007 Hayasaki et Kawamura 2012 Iwao et al. 2012 Iizuka et al. 2013 Tsukijihara et al. 2019), apportant des vents forts, qui endommager les bâtiments et les infrastructures. De plus, étant donné que les vents forts induits par le cyclone sont responsables de hautes vagues (Kita et al. 2018 Saruwatari et al. 2019) et de la neige soufflée (Kawano et Kawamura 2018), ceux-ci sont impliqués dans la survenue de diverses catastrophes naturelles au Japon. Ainsi, il est important que nous comprenions les caractéristiques des vents forts associés aux cyclones extratropicaux autour du Japon.

Un certain nombre d'études antérieures se sont concentrées sur les cyclones extratropicaux associés à des vents forts autour du Japon. Hirata et al. (2016, 2018) ont démontré que les flux de chaleur latente et sensible de surface du Kuroshio et de l'extension de Kuroshio peuvent améliorer le vent près de la surface par des processus diabatiques en utilisant des expériences de sensibilité numérique en ce qui concerne ces flux de chaleur. Kawano et Kawamura (2018) ont mis en évidence un cyclone extratropical provoquant une violente tempête de neige à Hokkaido, au Japon, en mars 2013 et ont examiné l'influence de la distribution de la glace de mer dans la mer d'Okhotsk sur le cyclone à partir de simulations numériques. Ils ont indiqué que la distribution de la glace de mer d'Okhotsk a affecté la distribution des vents forts associée au cyclone en modifiant la distribution de la pression près de la surface. Tsukijihara et al. (2019) ont étudié la relation entre la fréquence des vents forts à Hokkaido, au Japon, et le développement explosif de cyclones extratropicaux (c'est-à-dire des cyclones explosifs) en hiver de 1979/80 à 2016/17 sur la base de données de réanalyse. Leurs enquêtes ont révélé que l'augmentation des événements de vents forts à Hokkaido résultait d'une augmentation des cyclones explosifs se déplaçant vers le nord de la région de Kuroshio à Hokkaido. Il est donc clair que les événements de vents forts autour du Japon sont étroitement liés aux cyclones extratropicaux. Cependant, les caractéristiques des vents forts associés aux cyclones extratropicaux autour du Japon n'ont pas été suffisamment étudiées.

Récemment, les caractéristiques des vents forts des cyclones extratropicaux ont été largement examinées à travers des études sur les tempêtes européennes (par exemple, Browning 2004 Baker 2009 Baker et al. 2013 Schultz et Sienkiewicz 2013 Smart et Browning 2014 Martínez-Alvarado et al. 2014 Slater et al. 2017) et des expériences idéalisées (Baker et al. 2014, Slater et al. 2015). Ces études ont indiqué que les vents forts des cyclones extratropicaux sont caractérisés par trois jets à basse altitude : la bande transporteuse chaude (WCB), la bande transporteuse froide (CCB) et le jet d'aiguillon. La structure et l'évolution temporelle de ces jets de basse altitude sont bien résumées sur la figure 17 de Clark et al. (2005), figure 1 dans Hewson et Neu (2015) et figure 1 dans Hart et al. (2017). Le WCB s'intensifie le long du front froid dans le secteur chaud pendant les premiers stades de vie du cyclone. Le CCB se développe sur le côté froid des fronts chauds et courbés juste avant le moment où le cyclone atteint son intensité maximale. Le jet d'aiguillon apparaît autour de la pointe du front courbé vers l'arrière pendant la phase de développement le plus rapide du cyclone (Clark et Gray 2018). Le WCB et le CCB sont des phénomènes à l'échelle sous-synoptique, tandis que le sting jet est un phénomène à méso-échelle. Notez que tous les cyclones extratropicaux ne sont pas associés aux trois jets. Par exemple, des études antérieures (par exemple, Parton et al. 2010 Schultz et Sienkiewicz 2013 Clark et Gray 2018) ont souligné que les sting jets sont associés aux cyclones de type Shapiro-Keyser (Shapiro et Keyser 1990). Bien que ces caractéristiques de vents forts (WCB, CCB et sting jets) aient été évaluées dans les cyclones européens, aucune étude de ce type n'existe pour le Japon et cette lacune de connaissances est abordée ici.

Bien que l'on sache que les vents forts des cyclones extratropicaux provoquent des catastrophes au Japon, notre compréhension reste limitée en ce qui concerne les caractéristiques des vents forts des cyclones extratropicaux autour du Japon, comme indiqué ci-dessus. Motivés par cela, nous avons examiné les caractéristiques climatologiques des vents forts associés aux cyclones extratropicaux autour du Japon. Les objectifs spécifiques de cette étude étaient 1) d'évaluer quantitativement la relation entre les cyclones extratropicaux et les événements de vents forts autour du Japon, et 2) de clarifier les caractéristiques des vents forts associés aux cyclones extratropicaux autour du Japon.

Pour aborder ces problèmes, nous avons utilisé l'ensemble de données de réanalyse intermédiaire (ERA-Interim) du Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (ECMWF) (Dee et al. 2011). Comme le montrera la section 2a, ces données capturent bien les caractéristiques des vents près de la surface, autour du Japon. D'un autre côté, les sting jets ne sont pas représentés dans les données ERA-Interim car il s'agit d'un phénomène à mésoéchelle (par exemple, Martínez-Alvarado et al. 2012, Hewson et Neu 2015). Ainsi, cette étude met principalement en évidence les vents forts synoptiques et sous-synoptiques associés aux cyclones. Malgré cette limitation, cette étude est significative en tant que première étape vers la compréhension des caractéristiques climatologiques des vents forts associés aux cyclones extratropicaux autour du Japon.


Le réseau social

Figure 1 : La tempête de vent Tini (12 février 2014) passe au-dessus des îles britanniques apportant des vents extrêmes. Un Sting Jet a été identifié dans la tempête. Image reproduite avec l'aimable autorisation de l'Observatoire de la Terre de la NASA

C'était le matin du 16 octobre lorsque le sud-est de l'Angleterre a été battu par les Grande tempête de 1987. Des vents extrêmes se sont produits, avec des rafales de 70 nœuds ou plus enregistrées en continu pendant trois ou quatre heures consécutives et des rafales maximales jusqu'à 100 nœuds. Les dégâts ont été énormes dans tout le pays avec 15 millions d'arbres abattus et 18 morts.

Figure 2 : Rafales de vent en surface lors de la grande tempête de 1987. Image reproduite avec l'aimable autorisation du UK Met Office.

La prévision émise dans la soirée du 15 octobre n'a pas permis d'identifier l'aléa entrant mais les prévisionnistes n'étaient pas à blâmer car les vents les plus forts étaient en fait dus à un phénomène encore à découvrir à l'époque : le Sting Jet. Un nouveau sujet de recherche météorologique avait commencé : quelle était la cause des vents exceptionnellement forts dans la Grande Tempête ?

C'est à Reading, au début du 21e siècle, que les scientifiques ont proposé la première description formelle de ces vents, à l'aide d'observations et de simulations de modèles. Suivant les intuitions des prévisionnistes norvégiens, ils ont utilisé le terme Sting Jet, le « piqûre au bout de la queue ». En utilisant un peu d'imagination, nous pouvons voir la ressemblance de la tête de nuage courbée avec une queue de scorpion : des vents forts sortant de sa pointe et descendant vers la surface peuvent alors être vus comme l'aiguillon venimeux au bout de la queue.

Figure 3 : Modèle conceptuel d'un cyclone extratropical à jet d'aiguillon, de Clark et al, 2005. Lorsque la tête du nuage se replie et que le front froid avance, nous pouvons voir le Sting Jet sortir de la pointe du nuage et descendre dans l'ouverture de la fracture frontale . WJ : Bande transporteuse chaude. CJ : Bande transporteuse froide. SJ : Sting jet.

Au cours de la dernière décennie, la recherche sur les sting-jet a progressé régulièrement avec des études d'observation, de modélisation et climatologiques confirmant que les vents forts peuvent se produire relativement souvent, qu'ils se forment dans des cyclones extratropicaux intenses avec une forme particulière et sont causés par un flux d'air supplémentaire qui n'est ni lié à le froid ni à la bande transporteuse chaude. Les questions clés portent actuellement sur la dynamique des Sting Jets : comment se forment-ils et accélèrent-ils ?

Des travaux récemment publiés (et d'autres sur le point de sortir, restez à l'écoute !) affirment que bien que le Sting Jet se produise dans une zone dans laquelle des vents assez forts seraient déjà attendus compte tenu de la morphologie de la tempête, un autre mécanisme d'accélération est nécessaire pour prendre compte de sa pleine puissance.En fait, c'est l'apparition d'instabilités à mésoéchelle et l'apparition d'un refroidissement par évaporation sur le flux d'air qui améliore sa descente et son accélération, générant un jet intense focalisé (voir les références pour plus de détails). Il faut donc une synergie entre la dynamique générale de la tempête et les processus locaux dans la tête du nuage pour produire ce que nous appelons le Sting Jet .

Figure 4 : Sting Jet (vert) et Cold Conveyor Belt (bleu) dans les simulations de la tempête de vent Tini. L'animation montre comment l'apparition des vents les plus forts est liée à la descente du Sting Jet. Pour plus de détails sur cette animation et sur l'analyse de Windstorm Tini voir ici.


Comprendre notre climat avec de minuscules satellites

Gristey, J.J., J.C. Chiu, R.J. Gurney, S.-C. Han et C. J. Morcrette (2017), Détermination du rayonnement global sortant de la Terre à haute résolution temporelle à l'aide d'une constellation théorique de satellites, J. Geophys. Rés. Atmos., 122, doi :10.1002/2016JD025514.

La surface de notre planète s'est réchauffée à un rythme sans précédent depuis le milieu du 19 e siècle et rien n'indique que le rythme du réchauffement ralentisse. Les trois dernières décennies ont toutes été successivement plus chaudes que n'importe quelle décennie précédente depuis 1850, et 16 des 17 années les plus chaudes jamais enregistrées se sont toutes produites depuis 2001. La science la plus récente nous dit maintenant que il est extrêmement probable que l'influence humaine ait été la cause dominante du réchauffement observé 1 , principalement en raison de la libération de dioxyde de carbone et d'autres gaz à effet de serre dans notre atmosphère. Ces gaz à effet de serre piègent l'énergie thermique qui s'échapperait autrement dans l'espace, ce qui perturbe l'équilibre des flux énergétiques au sommet de l'atmosphère (Fig. 1). La valeur actuelle du déséquilibre énergétique qui en résulte est d'environ 0,6 W m –2 , soit plus de 17 fois plus que toute l'énergie consommée par l'homme 2 ! En fait, l'observation des changements dans ces flux d'énergie au sommet de l'atmosphère peut nous aider à évaluer dans quelle mesure la Terre est susceptible de se réchauffer à l'avenir et, peut-être plus important encore, des observations avec une couverture spatiale, une fréquence et une précision suffisantes peuvent nous aider comprendre les processus à l'origine de ce réchauffement.

Figure 1. Bilan énergétique de la Terre au sommet de l'atmosphère. En équilibre, la lumière solaire entrante est équilibrée par la lumière solaire réfléchie et l'énergie thermique émise. Les gaz à effet de serre peuvent réduire l'énergie thermique émise en piégeant la chaleur dans le système Terre, ce qui entraîne un déséquilibre énergétique au sommet de l'atmosphère.

Les observations des flux d'énergie au sommet de l'atmosphère ont traditionnellement été faites par de gros satellites coûteux qui peuvent être de taille similaire à une grande voiture 3 , ce qui rend peu pratique le lancement de plusieurs satellites à la fois. Bien que de telles observations aient conduit à de nombreux progrès dans la science du climat, les restrictions fondamentales d'échantillonnage d'un nombre limité de satellites rendent impossible la résolution complète de la variabilité des flux d'énergie au sommet de l'atmosphère. Ce n'est que récemment, en raison des progrès de la technologie des petits satellites et de la miniaturisation des capteurs, qu'une stratégie d'échantillonnage nouvelle, viable et durable à partir d'une constellation de satellites est devenue possible. Il est important de noter qu'une constellation de petits satellites (Fig. 2a), chacun de la taille d'une boîte à chaussures (Fig. 2b), pourrait fournir à la fois la couverture spatiale et la fréquence d'échantillonnage pour résoudre correctement les flux d'énergie au sommet de l'atmosphère pour la première fois. . Malgré les promesses de l'approche par constellation, son potentiel scientifique pour mesurer les flux d'énergie au sommet de l'atmosphère n'a pas été pleinement exploré.

Figure 2. (a) Une constellation de 36 petits satellites en orbite autour de la Terre. (b) L'un des petits satellites "CubeSat" hébergeant un capteur de rayonnement miniaturisé qui pourrait être utilisé [édité à partir de l'article Earthzine]. Pour explorer ce potentiel, plusieurs expériences ont été réalisées pour simuler les mesures de la constellation théorique de satellites illustrée à la figure 2a. Les résultats montrent qu'une seule heure de mesures peut être utilisée pour reconstruire des cartes globales précises de la lumière solaire réfléchie et de l'énergie thermique émise (Fig. 3). Ces cartes sont reconstruites à l'aide d'une série de fonctions mathématiques appelées « harmoniques sphériques », qui extraient les informations des échantillons superposés pour améliorer la résolution spatiale d'environ un facteur 6 par rapport aux empreintes de mesure individuelles. Après avoir produit ces cartes toutes les heures pendant une journée, l'incertitude sur les flux d'énergie horaires moyens mondiaux est de 0,16 ± 0,45 W m –2 pour la lumière solaire réfléchie et de 0,13 ± 0,15 W m –2 pour l'énergie thermique émise. Des observations avec ces incertitudes seraient capables de déterminer le signe du déséquilibre énergétique de 0,6 W m –2 directement depuis l'espace 4 , même à des échelles de temps très courtes.

Figure 3. (en haut) « Vérité » et (en bas) cartes récupérées à résolution améliorée des flux d'énergie au sommet de l'atmosphère pour (à gauche) la lumière solaire réfléchie et (à droite) l'énergie thermique émise, valables pour 00-01 UTC le 29 août 2010.

Sont également étudiés les problèmes potentiels qui pourraient limiter les incertitudes similaires atteintes dans la réalité, telles que l'étalonnage des instruments et un nombre réduit de satellites en raison de ressources limitées. Sans surprise, le succès de l'approche reposera sur un étalonnage qui assure de faibles biais systématiques des instruments, et sur un nombre suffisant de satellites qui assure un échantillonnage horaire dense du globe. Le développement et la démonstration de satellites et de capteurs miniaturisés sont actuellement en cours pour garantir le respect de ces critères. Pourvu d'un bon étalonnage et de suffisamment de satellites, cette étude démontre que le concept de constellation permettrait une capacité d'échantillonnage sans précédent et a un potentiel évident pour améliorer les observations des flux d'énergie de la Terre.

Ce travail a été soutenu par la subvention NERC SCENARIO DTP NE/L002566/1 et co-parrainé par le Met Office.

1 Cette déclaration est extraite du dernier rapport d'évaluation du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat. Notez que ces rapports sont produits environ tous les 5 ans et que les déclarations concernant l'influence humaine sur le climat ont gagné en confiance dans chaque rapport.

2 L'énergie totale consommée par l'homme en 2014 était de 13805 Mtep = 160552,15 TWh. Il s'agit d'une consommation électrique moyenne de 160552,15 TWh / 8760 heures par an = 18,33 TW

Le taux de déséquilibre énergétique par mètre carré au sommet de l'atmosphère est = 0,6 W m –2 . La superficie du « sommet de l'atmosphère » à 80 km est de 4 * pi * ((6371+80)*10 3 m) 2 = 5,23*10 14 m 2 . Taux de déséquilibre énergétique pour toute la Terre = 0,6 W m –2 * 5,23*10 14 m 2 = 3,14*10 14 W = 314 TW

Multiples d'énergie consommée par l'homme = 314 TW / 18,33 TW = 17

3 Les satellites transportant actuellement des instruments qui observent les flux d'énergie au sommet de l'atmosphère (par exemple, MeteoSat 8, Aqua) hébergeront généralement également une suite d'autres instruments, ce qui augmente la taille du satellite. Cependant, même les instruments individuels sont encore beaucoup plus gros que le satellite représenté sur la figure 2b.

4 Actuellement, la façon la plus précise de déterminer le déséquilibre énergétique au sommet de l'atmosphère est de l'inférer à partir des changements dans l'absorption de chaleur par les océans. Le raisonnement est que les océans contiennent plus de 90 % de la capacité calorifique du système climatique, il est donc supposé sur des échelles de temps pluriannuelles que l'excès d'énergie s'accumulant au sommet de l'atmosphère va chauffer les océans. La valeur indiquée de 0,6 W m -2 est calculée à partir d'une combinaison d'absorption de chaleur océanique et d'observations satellitaires.

Allan et al. (2014), Evolution du déséquilibre radiatif global net 1985-2012, Géophys. Rés. Lett., 41, 5588-5597, doi: 10.1002/2014GL060962.

Barnhart et al. (2009), Techniques de miniaturisation des satellites pour les réseaux de capteurs spatiaux, Journal des vaisseaux spatiaux et des fusées, 46(2), 469-472, doi:10.2514/1.41639.

GIEC (2013), Climate Change 2013: The Physical Science Basis, disponible en ligne à l'adresse https://www.ipcc.ch/report/ar5/wg1/.

Sandau et al. (2010), Les petits satellites pour une couverture mondiale : potentiel et limites, ISPRS J. Photogramm., 65, 492-504, doi:10.1016/j.isprsjprs.2010.09.003.

Swartz et al. (2013), Measuring Earth's Radiation Imbalance with RAVAN: A CubeSat Mission to Measure the Driver of Global Climate Change, disponible en ligne sur https://earthzine.org/2013/12/02/measuring-earths-radiation-imbalance-with- ravan-a-cubesat-mission-to-measure-the-driver-of-global-climate-change/.

Swartz et al. (2016), The Radiometer Assessment using Vertically Aligned Nanotubes (RAVAN) CubeSat Mission: A Pathfinder for a New Measurement of Earth’s Radiation Budget. Actes de la conférence AIAA/USU sur les petits satellites, SSC16-XII-03


Jets de piqûre

L'image satellite ci-dessus montre la Grande Tempête de 1987 avec une longue "queue" frontale s'étendant jusqu'aux îles Canaries.

Au moment de la Grande Tempête, le processus global de genèse des cyclones extratropicaux était bien compris. L'énergie nécessaire à la formation des cyclones extratropicaux provient finalement des différences de température : l'air froid des régions polaires rencontre l'air chaud des régions subtropicales, généralement entre 30 et 60 degrés de latitude nord et sud. À ces interfaces, il existe des différences de pression atmosphérique à la même altitude dans l'atmosphère puisque l'air froid est plus dense que chaud. Cette instabilité fournit l'énergie nécessaire à la formation du cyclone.

Dans les bonnes circonstances, de petites perturbations dans l'écoulement le long d'une limite de masses d'air peuvent déclencher la formation d'un système de basse pression, comme indiqué ci-dessus. Les frontières en rotation cyclonique entre l'air chaud et l'air froid deviennent les fronts chauds et froids qui contrôlent le temps aux latitudes moyennes. Notez que tous les diagrammes, y compris celui ci-dessus, sont les orientations correctes dans l'hémisphère nord : les directions de rotation seraient inversées au sud de l'équateur. Notre préoccupation dans cet article est de rechercher où les vents de surface les plus forts se produisent dans ces tempêtes extratropicales.

Le schéma ci-dessus montre les principaux vents de basse altitude associés à un cyclone extratropical à différents stades de développement. Celles-ci sont typiques d'une tempête forte et se développant rapidement, supposée se déplacer vers le nord-est. Au fur et à mesure que la tempête s'intensifie, la caractéristique dominante est le tapis roulant chaud doux et humide (WCB). Cela alimente le centre en humidité en effet, presque toutes les précipitations se produisent en avant (à l'est) de la limite du front froid qui avance. Des conditions venteuses peuvent accompagner le WCB, mais elles ne sont généralement pas trop extrêmes.

Dans le sillage du front froid vient le froid et sec Cold Conveyor Belt (CCB). Plus intense dans une tempête mature, cette caractéristique contient souvent des vents plus forts que le WCB, bien qu'ils se produisent après le passage des précipitations. Ces deux éléments sont des caractéristiques à grande échelle et bien comprises, mais ne peuvent expliquer les vents de surface inhabituellement forts observés lors de certaines tempêtes qui s'intensifient rapidement. C'est la troisième caractéristique ci-dessus qui comble le vide : la soi-disant Jet de piqûre (SJ).

Nommé pour la « piqûre au bout de la queue », le jet de piqûre se produit près de l'extrémité de la tête de nuage, où se termine le front froid courbé dans le diagramme ci-dessus. Cette caractéristique se produit le plus souvent dans les cyclones qui s'intensifient de manière explosive ou « cyclones à la bombe ». La définition technique de ceci est une chute de pression de 24 mb ou plus sur une période de 24 heures. Comme le montre le diagramme ci-dessous, juste à l'est de cette "queue" de la structure nuageuse, l'instabilité fait descendre l'air sec des hauteurs de l'atmosphère. En dessous se trouve le jet de piqûre. C'est une caractéristique plus petite par rapport au CCB et au WCB, environ 100 km de large au lieu de plusieurs centaines. Cette bande transporteuse d'air est poussée vers le sol par l'intrusion d'air sec au-dessus.

En règle générale, la friction avec la terre (ou l'océan) maintient les vents près de la surface plus bas que les vents les plus forts à quelques milliers de pieds au-dessus du niveau de la mer. Cependant, le jet du site descendant peut transporter ces vents forts rapidement vers la surface. De plus, le sting jet vient juste de la tête du CCB (écrit CJ sur la photo ci-dessus) par le sud ou le sud-ouest. Dans un cyclone se déplaçant vers le nord-est, ces vents s'alignent sur la direction du mouvement de la tempête, les faisant monter encore plus haut. Résultat : des rafales de vent localisées mais extrêmement intenses au sol, associées à peu ou pas de précipitations.

Presque tous les exemples documentés de sting jets sont associés à des tempêtes de l'Atlantique nord qui frappent l'Europe. Depuis la Grande Tempête de 1987, environ une douzaine d'autres exemples ont été positivement identifiés. Les données satellitaires indiquent que d'autres événements se produisent probablement au-dessus de l'eau où les observations de surface sont rares. Peu d'études ont étudié l'apparition de jets d'infiltration ailleurs dans le monde, mais une intensification explosive des cyclones extratropicaux se produit également dans le nord-ouest du Pacifique et près de l'Antarctique. Heureusement, des événements comparables dans ces régions ont beaucoup moins d'impacts humains.

Une étude approfondie des causes des jets de piqûres dépasse le cadre de cet article, mais notre compréhension de ce phénomène est loin d'être complète. Les modèles informatiques ont du mal à résoudre la caractéristique, en particulier sa tendance à "se déployer" en de nombreux petits jets près de la surface. Par conséquent, il est encore difficile de prévoir ces événements. Il y a beaucoup en jeu : la Grande Tempête de 1987 a tué 22 personnes et causé des milliards de dégâts. Espérons que les progrès futurs en matière d'avertissement préalable permettront d'éviter les pires impacts de ces puissantes tempêtes.


L'ATF utilise des tactiques de voyous dans les magasins à travers le pays

Par John Diedrich et Raquel Rutledge du Journal Sentinel

Aaron Key n'était pas sûr de vouloir un tatouage sur son cou. Surtout celui d'un calmar géant fumant un joint.

Mais les gars qui dirigent Squid's Smoke Shop à Portland, en Oregon, l'ont convaincu : ce serait un moyen parfait de promouvoir leur magasin.

Ils paieraient même 150 $ chacun à lui et à un ami s'ils acceptaient de transformer leurs corps en panneaux d'affichage ambulants.

Key, qui est handicapé mental, a été influencé.

Lui et son ami, Marquis Glover, aimaient Squid's. C'était leur repaire. Les jeunes de 19 ans y ont passé de nombreux après-midi à jouer à la Xbox et à discuter avec le propriétaire, "Squid", et les commis du magasin.

Alors ils ont pris l'argent et ont fait graver l'encre sur leurs cous, des tentacules rampant jusqu'à leurs clavicules.

Il faudrait des mois avant que les jeunes hommes n'apprennent que tout cela était un coup monté. Les gars qui dirigeaient Squid's étaient en fait des agents infiltrés de l'ATF qui menaient une piqûre pour retirer les armes des criminels et de la drogue dans la rue.

Les tatouages ​​avaient été parrainés par les publicités du gouvernement américain pour une fausse vitrine.

Les adolescents l'ont découvert lors de leur arrestation et de leur incarcération.

Plus tôt cette année, lorsque le Milwaukee Journal Sentinel a révélé une piqûre d'ATF bâclée à Milwaukee & mdash qui comprenait des agents embauchant un homme cérébrolésé pour promouvoir une vitrine secrète, puis l'arrêtant pour son travail & mdash Les responsables de l'ATF ont déclaré au Congrès que l'échec de l'opération de Milwaukee était un cas isolé d'une surveillance inadéquate.

Le Journal Sentinel a examiné des milliers de pages de dossiers judiciaires, de rapports de police et d'autres documents et a interrogé des dizaines de personnes impliquées dans six opérations de l'ATF à l'échelle nationale qui ont été publiquement félicitées par l'ATF ces dernières années pour avoir attrapé des criminels violents et rendu les villes plus sûres.

Les agents du Bureau américain de l'alcool, du tabac, des armes à feu et des explosifs ont utilisé des tactiques de voyous similaires à celles utilisées à Milwaukee dans chaque opération, de Portland, Oregon, à Pensacola, Floride.

■ Les agents de l'ATF se sont liés d'amitié avec des personnes handicapées mentales pour faire des affaires et les ont ensuite arrêtées dans au moins quatre villes en plus de Milwaukee. À Wichita, Kan., les agents de l'ATF ont qualifié un homme avec un faible QI de « tête lent » avant de décider de l'utiliser secrètement comme un rouage clé dans leur aiguillon. Et des agents à Albuquerque, N.M., ont donné à un toxicomane atteint de lésions cérébrales et peu connaissant les armes un "tutoriel" sur les mitrailleuses, en espérant qu'il pourrait en trouver une.

■ Des agents de plusieurs villes ont ouvert des opérations secrètes d'achat d'armes et de drogue dans des zones sûres à proximité des églises et des écoles, ont permis aux mineurs d'entrer et de jouer à des jeux vidéo et aux adolescents de fumer de la marijuana, et ont fourni de l'alcool aux mineurs. À Portland, les avocats de trois adolescents inculpés ont déclaré qu'une agente habillée de manière provocante avait flirté avec les garçons et les avait encouragés à apporter de la drogue et des armes au magasin pour les vendre.

■ Comme ils l'ont fait à Milwaukee, les agents d'autres villes ont proposé des armes à des prix exorbitants, amenant les suspects à acheter des armes à feu dans des magasins et à les revendre à des agents infiltrés pour un profit rapide. Dans d'autres piqûres, les agents dirigeaient de faux prêteurs sur gages et achetaient facilement des objets volés, tels que des appareils électroniques et des vélos, sans poser de questions et provoquant des cambriolages et des vols. À Atlanta, des agents ont acheté des armes qui avaient été volées quelques heures plus tôt, plusieurs arrachées à des voitures de police.

■ Les agents ont endommagé les bâtiments qu'ils louaient pour leurs opérations, arrachant les murs et recâblant l'électricité, puis les propriétaires ont dû payer les factures de réparation. Un propriétaire foncier à Portland a déclaré que des agents avaient retiré un projecteur de parking, endommageant son nouveau toit de 30 000 $ et provoquant des fuites, avant de fermer l'opération et de disparaître sans qu'elle puisse les contacter.

■ Des agents ont fait pression sur les suspects pour des armes à feu spécifiques qui pourraient entraîner des sanctions plus sévères devant les tribunaux. Ils ont permis aux criminels de sortir des magasins armés d'armes à feu. À Wichita, des agents ont suggéré à un criminel de prendre un fusil de chasse, de le scier et de le rapporter et de lui donner des instructions sur la façon de le faire. Le pistolet à canon scié leur a permis d'accuser l'homme d'un crime plus grave.

■ A Pensacola, l'ATF a engagé un criminel pour gérer son prêteur sur gages. Cette décision a élargi le bassin de cibles potentielles, augmentant le nombre d'arrestations. Même ceux qui tentent de vendre des armes légalement peuvent être inculpés s'ils vendent sciemment à un criminel. Le partenaire prêteur sur gages de l'ATF a ensuite été reconnu coupable d'avoir pointé une arme chargée sur quelqu'un à l'extérieur d'un bar. Au lieu d'une peine sévère généralement infligée aux récidivistes devant un tribunal fédéral, il a écopé de six mois de prison et d'une tape dans le dos du procureur.

"Pour dire que ce ne sont que quelques personnes, quelques pommes pourries, je ne l'achète pas", a déclaré David Harris, professeur à la faculté de droit de l'Université de Pittsburgh et expert en tactiques et réglementations en matière d'application de la loi. "Si votre agence est en bonne forme avec la politique, la formation, la supervision et la responsabilité, les pommes pourries ne pourront pas prendre les choses à ce niveau."

L'ATF a refusé la demande du Journal Sentinel d'une entrevue avec le directeur B. Todd Jones ou d'autres responsables de l'agence pour aborder les conclusions de l'enquête. Au lieu de cela, l'agence a fourni une déclaration écrite qui n'a répondu à aucune question, et la porte-parole Ginger Colbrun a suggéré aux journalistes de lire les communiqués de presse de l'ATF publiés après les piqûres.

Dans un e-mail, Colbrun a écrit que l'ATF et mdash la principale agence chargée de faire appliquer les lois nationales sur les armes à feu et mdash utilise des piqûres de vitrine pour cibler les criminels violents.

"Les enquêtes d'infiltration à long terme sont l'un des nombreux outils utilisés par l'ATF dans des endroits où les niveaux de violence démographique sont élevés et un mécanisme est nécessaire pour débarrasser la zone d'un grand nombre d'individus (par opposition à une poignée d'individus), " a-t-elle écrit.

Il est impossible de connaître l'étendue des problèmes au sein de l'agence de 1,2 milliard de dollars.

L'agence ne dira pas combien de devantures de magasins secrètes elle exploite chaque année ni ne divulguera leurs emplacements. Les responsables de l'agence ne publient pas tous les bustes. Les dossiers des tribunaux dans de nombreux districts sont scellés par les juges ou autrement inaccessibles au public. Si une opération est défectueuse, comme à Milwaukee, il se peut qu'il n'y ait aucune publicité du tout.

Les inquiétudes concernant la planification et la surveillance des opérations d'infiltration remontent au moins à la fin des années 1990, lorsque l'ATF faisait partie du département du Trésor. Des discussions ont eu lieu entre de hauts responsables non seulement du Trésor, mais aussi du ministère de la Justice et d'autres dans l'espoir d'aligner les enquêtes de l'ATF sur les normes d'autres agences fédérales.

"C'était une source de frustration pour tout le monde", a déclaré Rory Little, un ancien procureur fédéral de longue date qui a participé aux réunions.

Près de 20 ans plus tard, bon nombre des mêmes problèmes existent.

Mais parce qu'une grande partie du travail de l'agence se fait en secret, le public ne le sait pas.

Des problèmes avec les piqûres de vitrines ont fait surface publiquement plus tôt cette année lorsque le Journal Sentinel a donné suite à un conseil d'un propriétaire de Milwaukee selon lequel l'ATF avait endommagé son immeuble et laissé des documents sensibles révélant des détails sur les agents infiltrés et leur fonctionnement.

L'enquête du journal a révélé que l'opération, baptisée Fearless Distributing, avait été entachée bien plus que le propriétaire ne le savait. Une mitrailleuse et d'autres armes ont été volées dans la voiture d'un agent, la devanture du magasin a été cambriolée, les agents ont arrêté les mauvaises personnes et ont embauché l'homme aux lésions cérébrales, qui avait un QI de 54, pour mettre en place des transactions d'armes et de drogue.

La mitrailleuse n'a pas été récupérée.

Les membres du Congrès des deux partis ont exigé des réponses, déclenchant une enquête interne de l'ATF et un examen par le bureau de l'inspecteur général du ministère de la Justice. Huit mois plus tard, l'ATF n'a pas publié ses conclusions et l'enquête du ministère de la Justice n'est pas terminée.

Lors d'un briefing avec des membres du Congrès, les responsables de l'ATF ont reconnu les échecs à Milwaukee mais ont indiqué qu'il s'agissait d'incidents isolés. Dans le même temps, les responsables de l'agence ont admis qu'ils n'avaient pas de procédures, de politiques ou de directives écrites pour mener de telles opérations d'infiltration. Ils ont promis de créer une politique écrite.

Pendant des années, les agents ont tout mis en place, des faux prêteurs sur gages et salons de tatouage aux studios d'enregistrement et aux friperies sans protocole officiel.

Il n'est pas surprenant qu'avec peu de règles et peu de surveillance, les piqûres se soient égarées, a déclaré un agent vétéran de l'ATF qui a demandé que son nom ne soit pas publié car il n'était pas autorisé à s'exprimer sur la question et craignait des représailles.

Bon nombre des problèmes découlent d'une mauvaise gestion dans les divisions sur le terrain, associée à une pression sur les agents pour qu'ils plaident et prouvent leur valeur, a-t-il déclaré.

"Malheureusement, lorsqu'il s'agit de faire rapport au Congrès pour des raisons budgétaires, seuls les chiffres comptent", a déclaré l'agent. "Il est difficile de définir de manière significative pour le Congrès que l'arrestation d'une personne avec un long passé criminel de 15 crimes est mieux que d'arrêter 15 personnes avec un crime chacune."

La façon dont ça marche

Les vitrines vendent généralement des articles tels que des vêtements et des chaussures hip-hop, des cigarettes et des accessoires de drogue.

Les agents ATF proposent leurs produits à des prix très avantageux, dans l'espoir de générer du trafic. Les cigarettes peuvent se vendre 2 $ en dessous du prix de détail. Un jean à cent dollars peut coûter 10 $.

En ce qui concerne les prêteurs sur gages, les agents peuvent acheter à peu près n'importe quoi, payer le gros prix et accueillir les objets volés.

Quel que soit le type de magasin, ils câblent les lieux avec des caméras haute résolution et construisent des placards secrets avec du matériel d'enregistrement.

Barbes hirsutes et jargon de la rue, les agents s'efforcent de renforcer la confiance parmi les cibles potentielles, en faisant passer le mot qu'ils cherchent à acheter des armes et de la drogue. Ils impriment des dépliants et pompent des voisins pour des pistes.

Et puis ils font des affaires, distribuant de l'argent pour des pistolets et des fusils de chasse, de l'héroïne et de l'ecstasy, parfois à plusieurs reprises auprès des mêmes « clients ».

Après plusieurs mois, parfois un an, ils ont fermé et arrêté ceux qui venaient et menaient des affaires illégales. Ils comptabilisent les armes saisies et vantent le nombre d'accusés &mdash le mieux &mdash exhibant des armes et de la drogue devant les caméras de télévision locales et les journalistes de la presse écrite, mettant en valeur leur travail.

Avec des accusés filmés, les affaires aboutissent généralement à des plaidoyers de culpabilité et à des condamnations rapides. Les affaires sont rarement jugées.

Au lieu de cela, ils disparaissent rapidement de l'attention du public.

"Il y a assez de crimes là-bas, pourquoi devez-vous le fabriquer?", A déclaré Jeff Griffith, l'avocat d'un accusé à Wichita. "Vous créez vraiment un crime, que vous poursuivez ensuite. Vous vous demandez où est la hauteur morale dans tout cela. »

Certes, les opérations ont conduit à des centaines de condamnations et à de longues peines de prison pour les contrevenants, certains avec des antécédents violents.

À Albuquerque, par exemple, un homme qui a été inculpé à deux reprises pour meurtre au premier degré, une fois pour avoir tué un homme en prison, a ensuite été arrêté dans une piqûre de devanture de magasin pour avoir été un criminel en possession d'une arme.

Mais dans de nombreux cas examinés par le Journal Sentinel, les personnes inculpées dans les piqûres avaient des antécédents criminels mineurs ou des condamnations non violentes telles que cambriolage ou possession de drogue.

Dans plusieurs de ces cas, les accusés ont encore été condamnés à des peines sévères, mais d'autres ont entraîné peu ou pas de peine. À Wichita, près d'un tiers des quelque 50 affaires fédérales inculpées n'ont donné lieu à aucune peine de prison. Les accusés ont obtenu une probation ou ont vu leur affaire rejetée, selon les dossiers. L'un a été acquitté par un jury.

Ce ne sont pas les résultats que les agents fédéraux claironnent généralement.

D'anciens procureurs et autres experts affirment que le succès des attaques devant les magasins devrait être mesuré par la capture de cibles de haut niveau, et non par des criminels de rue cherchant à gagner de l'argent rapidement.

"Pour les crimes de rue dans le système fédéral, nous voulons que les affaires nous amènent au-delà de la personne immédiate dans un groupe plus important et plus dangereux", a déclaré l'avocat de la défense Rodney Cubbie, ancien chef de l'unité du crime organisé du bureau du procureur américain à Milwaukee. "Il semble que ces cas s'arrêtent avec l'individu en particulier. C'est un gaspillage de ressources fédérales."

Cubbie a qualifié les piqûres d'inefficace et de paresseux des forces de l'ordre. Lui et d'autres ont déclaré qu'il n'était pas surprenant que les piqûres n'aient pas réussi à éliminer les organisations criminelles ou à attraper de nombreux délinquants majeurs. Les piqûres fédérales fonctionnent mieux lorsqu'elles sont adaptées à une personne ou à un groupe spécifique, ont-ils déclaré.

"Ouvrir une vitrine et avoir juste une sorte de potluck ad hoc en espérant que vous trouverez peut-être quelqu'un qui pourrait commettre des crimes en votre présence, cela n'a aucun sens pour moi", a déclaré l'avocat de la défense Franklyn Gimbel, un ancien procureur américain adjoint qui a poursuivi le chef de la mafia de Milwaukee, Frank Balistrieri. "Ils ont un tas de restes de table, c'est ce qu'ils ont, en fin de compte."

Des agents piègent un homme à la tête lente

Tony Bruner cherchait un emploi lorsqu'il a remarqué l'ouverture d'un nouveau magasin à quelques pâtés de maisons de l'endroit où il vivait avec sa grand-mère dans un quartier à faible revenu de Wichita, juste à l'est de l'Interstate 135.

Avec un QI au milieu des années 50 &mdash considéré comme extrêmement déficient intellectuel &mdash Bruner n'avait pas été en mesure de garder un emploi. Sa condamnation pour cambriolage en 2009 n'a pas aidé. Pourtant, il était sous la pression de son agent de probation et de sa grand-mère pour trouver du travail.

Bruner n'avait pas entendu parler de Bandit Trading, mais la friperie pleine de vêtements et de chaussures hip-hop avait l'air d'être une bonne perspective quand il est entré.

Bruner, 20 ans, était exactement ce que recherchaient les agents infiltrés qui dirigeaient le magasin.

Les agents pouvaient voir que Bruner était intellectuellement handicapé. Sur une vidéo de l'une de leurs premières réunions en novembre 2010, les agents l'ont qualifié de "tête lente", selon Griffith, l'avocat de Bruner.

"Il était essentiel d'avoir quelqu'un comme Tony ou votre gars à faible QI à Milwaukee pour cette opération", a déclaré Griffith. "Ces gars blancs barbus et tatoués de 30 ans et plus ne vont pas frapper aux portes dans le capot et dire "Avez-vous des armes à feu?" Ils devaient demander à quelqu'un de le faire pour eux. »

L'agent Jason Fuller a engagé Bruner pour distribuer des cartes dans le quartier pour faire des petits boulots, comme nettoyer le parking et faire attention à la police. Les agents l'ont payé en cigarettes, en vêtements du magasin et en espèces et mdash 20 $ à 50 $ de commission pour leur trouver des appareils électroniques et d'autres biens. Et ils l'ont emmené chez McDonald's quand il avait faim.

Finalement, ils lui ont demandé de trouver des armes à feu.

Bruner a dit qu'il n'en avait pas mais qu'il essaierait d'en trouver. Il a fini par négocier des dizaines de ventes d'armes à feu.

Et puis, ils l'ont arrêté sur plus de 100 chefs d'accusation d'être un criminel en possession d'une arme.

"Je pensais que je faisais, je faisais juste mon travail. Je ne pensais pas que je faisais quelque chose de mal », a déclaré Bruner au juge. "Et ils m'ont fait croire que je faisais du bon travail. Et ils me disaient que je faisais du bon travail, me tapaient dans le dos, me disaient : 'Tu fais du bon travail.' Nous nous embrassions et des trucs comme ça, et ils me traitaient comme s'ils tenaient à moi. Je leur ai dit que j'avais un crime, j'essaie d'éviter les ennuis."

Alors que d'autres prévenus soupçonnaient que le magasin était une vitrine, mdash a été filmé en disant: "Vous êtes de la police directe!" "mdash Bruner n'arrêtait pas de dire aux gens du quartier que les agents étaient ses gars, " ses patrons."

Glenda Thomas, la grand-mère de Bruner, a déclaré que les agents de l'ATF l'avaient dupé. Elle l'a averti de rester à l'écart et tout comme une grand-mère de Milwaukee a averti son petit-fils cérébrolésé de la distribution sans peur.

"Ces gars n'arrêtaient pas de s'en prendre à lui à propos de tout & mdash lui donnant une chemise, un pantalon, des chaussures et un short & mdash c'est comme ça qu'ils l'ont payé", a déclaré Thomas au Journal Sentinel.

"Je lui ai dit, j'ai dit:" Tony, ces gens ne sont pas réels. Pourquoi vous paieraient-ils pour chercher une voiture de police ? J'ai dit : 'Tony, tu dois arrêter de déconner avec eux.' Il a dit : 'Oh, grand-mère, ce sont mes amis.'"

Le juge a déclaré Bruner légalement compétent pour poursuivre son affaire.

Bruner a déclaré au juge qu'il craignait d'être tué en prison parce que le gouvernement donnait l'impression qu'il travaillait avec les agents, et la plupart des accusés le croyaient.

Il a été condamné à trois ans de prison. Le juge lui a dit qu'il obtenait une grosse pause parce qu'il aurait pu avoir 10 à 12 ans.

Les défenseurs des personnes handicapées mentales ont qualifié les tactiques de l'ATF de dérangeantes.

Les personnes handicapées mentales "ont la responsabilité d'être des citoyens respectueux des lois comme tout le monde", a déclaré Leigh Ann Davis, gestionnaire de programme pour l'Arc, une organisation nationale de défense des personnes ayant une déficience intellectuelle et développementale. "La question qui entre en jeu est "Dans quelle mesure savent-ils qu'ils commettaient un crime et ont-ils été utilisés ?""

Les personnes travaillant dans le système judiciaire, des flics de rue aux juges fédéraux, doivent accorder une attention supplémentaire aux circonstances impliquant des personnes handicapées, a déclaré Davis. "Ceci est une population de personnes faciles à amener à faire des choses. Ce sont des proies faciles. Ils ne peuvent pas faire des appels de bon jugement. C'est un problème sérieux si un agent ATF se présente et veut être votre ami. »

Tout pour un Buck s'empare du «Petit Écureuil» à Pensacola

Jeremy Norris n'était pas un criminel. Il n'a pas été interdit de posséder ou de vendre des armes lorsqu'il a mis ses armes en vente en mars 2010 dans un journal hebdomadaire local.

Norris &mdash, un chômeur de 24 ans qui vivait avec ses parents et sa petite amie &mdash, a eu des ennuis lorsqu'il a répondu à un appel téléphonique de quelqu'un s'enquérant des armes à feu.

Il ne savait pas que l'appelant travaillait pour une piqûre fédérale d'infiltration. Norris a un QI de 76, défini par les experts comme une capacité mentale diminuée, à la limite d'un retard mental.

Pendant des heures de vidéo de surveillance ATF, on peut voir Norris trébucher, à un moment donné avec sa petite amie le conduisant par le dos de sa chemise, selon l'avocate de Norris, Jennifer Hart.

Norris n'avait pas de voiture, alors l'agent de l'ATF Craig Saier &mdash affecté à un faux prêteur sur gages appelé Anything for a Buck &mdash est allé le voir. Et il a amené le meilleur atout de l'opération, un criminel nommé Gary Renaud.

Quiconque vendrait à Renaud &mdash en sachant qu'il était criminel &mdash pourrait être accusé au criminel.

Ce premier jour, Renaud a acheté des armes à feu à Norris &mdash, mais comme il n'a jamais dit qu'il était un criminel, Norris ne pouvait pas être accusé d'un crime.

La fois suivante, c'était différent. Renaud a dit à Norris qu'il était un criminel. Norris lui a quand même vendu une arme. Et Renaud et les agents sont rentrés.

Encore et encore. Payer à chaque fois bien plus que la vente au détail pour les armes à feu. À tel point que parfois Norris, ses parents et sa petite amie se rendaient dans des magasins d'armes à feu, achetaient des armes à feu et les vendaient à Renaud à la devanture du magasin pour un profit le même jour, selon des documents judiciaires.

Les agents ont appelé Norris "Little Squirrel". Une vidéo de surveillance a capturé l'un d'entre eux disant: "Je peux utiliser son désespoir contre lui", selon des documents judiciaires.

"Ils l'ont abusé", a déclaré Hart dans une interview. "Ce sont des agents fédéraux. Jeremy était comme tirer du poisson dans un tonneau pour eux. Jeremy Norris est mentalement retardé et les agents dans cette affaire l'ont utilisé pour profiter de lui."

Renaud a déclaré au Journal Sentinel que personne n'avait profité de Norris. Bien que lui et ses agents aient plaisanté en disant que Norris était "à moitié retardé", il savait ce qu'il faisait, a déclaré Renaud.

"Il avait faim d'argent", a-t-il déclaré, ajoutant que Norris était prêt à tout pour obtenir de l'argent pour la drogue. "Il voulait de la drogue et il n'avait pas peur de le faire savoir à qui que ce soit non plus."

Norris n'était pas le seul accusé mentalement diminué impliqué dans l'opération Anything for a Buck.

John Molchan, procureur de l'État de Floride, a déclaré que son bureau avait examiné et poursuivi plusieurs des affaires de devanture de magasin. Il a déclaré qu'ils avaient décidé de ne pas engager de poursuites contre un certain nombre d'accusés souffrant de troubles mentaux.

Ils n'ont même pas arrêté ces personnes, a déclaré Molchan, notant que les procureurs disposaient d'une grande discrétion lorsqu'ils décidaient d'inculper ou non dans de tels cas.

« Je dis à tous les assistants : « faites ce qu'il faut ». Quelle est la bonne chose à faire lorsqu'on a affaire à quelqu'un qui n'est pas aussi doué que tout le monde ?", A déclaré Molchan. "Nous avons une grande responsabilité dans la gestion de ce genre de problème."

L'avocat dit que l'accusé a eu un "tutoriel" sur les armes à feu

Guillermo Medel était un héroïnomane et trafiquant de drogue dans l'espoir de gagner de l'argent pour subvenir à ses besoins lorsqu'un ami l'a amené au prêteur sur gages Jokerz Traderz dans un centre commercial d'un quartier ouvrier de San Mateo Blvd. à Albuquerque.

Medel, 28 ans, qui avait été reconnu coupable de possession de drogue et de complot en vue de commettre des voies de fait graves, portait un revolver pour se protéger mais n'avait jamais vendu d'armes à feu, selon les dossiers du tribunal.

Lorsque des agents infiltrés de l'ATF qui dirigeaient le magasin lui ont offert 400 $ pour son arme, il a vu une opportunité. Il ne l'a pas vendu alors &mdash il a dit qu'il en avait besoin &mdash mais au fil du temps, il a développé une relation avec les agents, leur apportant des armes qu'il obtiendrait en vendant de la drogue dans la rue.

Quand ils ont demandé une mitrailleuse, Medel a pensé qu'il en avait une pour eux.

Un problème : il ne savait pas ce qu'était une mitrailleuse.

Medel avait des lésions cérébrales. Frappé par un conducteur en état d'ébriété à l'âge de 7 ans, Medel avait passé des mois à l'hôpital et ne s'était jamais complètement rétabli.

Les agents ont profité de cela et de sa toxicomanie lorsqu'ils ont proposé des armes à feu à des prix aussi élevés, a déclaré l'avocat de Medel, Brian Pori, devant le tribunal.

Pori a déclaré au Journal Sentinel qu'il était "certain que les agents savaient que Guillermo était un arnaqueur de rue toxicomane et endommagé au cerveau qui n'a jamais fait le trafic d'armes de sa vie".

"Il ne saurait pas utiliser une mitrailleuse pour sauver son cul", a déclaré Pori.

Pori a déclaré que les agents avaient donné à Medel un "tutoriel" dans l'arrière-boutique du prêteur sur gages pour l'aider à distinguer une mitrailleuse d'une arme semi-automatique.

L'agent de l'ATF Brandon Garcia a reconnu devant le tribunal que Medel ne savait pas comment identifier une mitrailleuse. Garcia a déclaré qu'il "avait testé sur le terrain" la mitrailleuse devant Medel pour déterminer s'il s'agissait d'une mitrailleuse, mais qu'il n'enseignait pas à Medel comment l'utiliser.

"Et même s'il m'a vu le faire, il ne sait toujours pas comment le faire", a déclaré Garcia lors d'une audience le 2 mars 2011.

Garcia a nié savoir que Medel avait des lésions cérébrales.

En fin de compte, Medel leur a apporté une mitrailleuse entièrement automatique, la seule saisie dans l'aiguillon. Medel a été condamné à huit ans de prison fédérale.

Dans une autre affaire découlant de la piqûre d'Albuquerque, les accusations fédérales ont été rejetées contre un accusé ayant « de nombreux antécédents psychiatriques ».

Frapper un chemin vers les devantures de magasins avec des biens volés

En plus de piéger les personnes handicapées mentales dans leurs piqûres, les vitrines d'ATF dans plusieurs villes ont stimulé un marché pour les biens volés, renforçant l'attrait du vol et du cambriolage.

À Phoenix, James Arthur Lewis a été accusé d'avoir vendu 11 armes à des agents dans une vitrine secrète. Lewis "a obtenu la plupart des armes à feu lors de cambriolages résidentiels qu'il a commis à la fin de 2010", selon un communiqué de presse du département américain de la Justice du 16 mai 2012.

À Pensacola, Roderick Jones a commis sept cambriolages en six semaines, volant des générateurs, des compresseurs d'air, des souffleurs de feuilles, des réservoirs d'oxygène et des nettoyeurs haute pression dans les camions des travailleurs, récoltant plus de 2 000 $ de Anything for a Buck.

Warren Phillips a fait la même chose, pénétrant par effraction dans des voitures et des maisons, accrochant des appareils GPS, des radios satellite et même un ordinateur appartenant à la marine américaine, se précipitant immédiatement vers le prêteur sur gages pour gagner de l'argent rapidement, jusqu'à 500 $ à la fois, selon la police rapports.

À plusieurs reprises, Phillips a déclaré aux agents que les marchandises avaient été volées. Et une fois, il leur a revendu un lecteur DVD qu'il leur avait en fait volé.

Maurice Rembert, lui aussi, était au courant de Anything for a Buck et un après-midi de juin 2011 a attrapé un vélo à l'extérieur d'un Walgreens et l'a conduit directement au magasin pour 25 $.

L'un des vols les plus importants liés à l'opération était celui d'alliances et d'alliances, d'une valeur de 15 000 $, qui ont été volés quatre mois après l'ouverture du magasin.

"Cela ne demande pas une grande réflexion pour savoir si vous acceptez des biens volés dans un prêteur sur gages. les gens vont vous vendre des biens volés », a déclaré Harris, le professeur de Pittsburgh. "Vous demandez aux gens qui fréquentent cet endroit de voler et de cambrioler leurs voisins."

On ne sait pas combien d'objets volés ont été rendus à leurs propriétaires légitimes. Le bureau du shérif du comté d'Escambia a exposé des milliers d'objets lors d'une journée portes ouvertes après le buste et a invité le public à venir réclamer ses biens. Ordinateurs portables, appareils GPS, outils et bijoux remplissaient la pièce.

Selon les informations locales de l'époque, seulement 23 articles, sans compter les armes à feu, ont été restitués à 10 personnes. Le bureau du shérif a refusé de répondre aux questions du Journal Sentinel.

Une opération d'infiltration à Atlanta, un magasin de tabac appelé ATL Blaze, a connu des problèmes similaires. Certains accusés sont venus au magasin jusqu'à 20 fois après avoir volé des armes et d'autres biens.

Certaines armes ont été volées dans des voitures de police. Les agents de l'ATF ont déclaré dans des documents judiciaires qu'ils avaient essayé de dissuader de tels vols en payant moins pour les armes de police.

Les cambriolages associés à ATL Blaze ont causé d'autres problèmes aux forces de l'ordre locales. Les adjoints du shérif et la police locale &mdash ignoraient que les armes avaient déjà été récupérées par des agents fédéraux &mdash se sont précipités pour résoudre les cambriolages, dépensant des ressources incalculables pour interroger des témoins.

Parfois, ils n'ont jamais résolu l'affaire. Et les armes ne sont jamais revenues à leurs propriétaires.

Un pistolet Hi-Point volé dans une voiture juste après Noël en 2010, par exemple, était toujours répertorié comme volé par le service de police du comté de Fulton lorsque le Journal Sentinel a contacté le service le mois dernier. Les agents de l'ATF ont acheté l'arme dans leur vitrine secrète une semaine après sa prise.

"Si l'ATF récupère cette arme, elle devrait être dans notre système." a déclaré le lieutenant G.T. Johnson, du département. "Nous n'avons reçu aucune notification indiquant qu'il a été récupéré."

Le manque de communication affecte non seulement le taux de dédouanement du service de police, mais constitue également un problème pour quiconque possède actuellement l'arme, a déclaré Johnson.

Molchan, le procureur de l'État à Pensacola, a déclaré qu'il y avait des inquiétudes au début que l'attaque pourrait encourager plus de cambriolages, mais les agents responsables ont conclu que le risque en valait la peine.

"C'est l'une des préoccupations que vous avez lorsque vous vous lancez dans quelque chose comme ça", a-t-il déclaré. "C'est certainement inquiétant."

Et ce ne sont pas seulement les habitants qui ont été touchés par les voleurs. Tout pour un dollar lui-même a été arraché, tout comme la devanture Fearless de l'agence à Milwaukee. La piqûre de Pensacola a été cambriolée au moins deux fois, selon les dossiers.

"Je me souviens d'avoir entendu cela et d'en avoir ri, "Nous avons été cambriolés", a déclaré Molchan.

Malgré ces problèmes, Molchan a déclaré qu'il pensait que l'opération avait réussi.

"Nous avons réussi à sortir les méchants de la rue et à les incarcérer", a-t-il déclaré. "Certainement aucune opération n'est parfaite, mais dans l'ensemble nous la considérons comme une grande réussite."

Des criminels armés autorisés à quitter les magasins

À Milwaukee, des agents ont laissé un criminel aux antécédents violents quitter son magasin d'infiltration armé d'une arme à feu, disant qu'il en avait besoin pour se venger.

Ce n'était pas la seule fois où les agents fédéraux ont laissé des criminels armés quitter leur vue.

À Albuquerque, les agents ont déclaré qu'ils ne savaient pas qu'un homme était un criminel lorsqu'ils l'ont laissé partir avec un revolver. Il leur a fallu deux semaines pour comprendre.

À Wichita, les agents de Bandit Trading ont laissé les criminels quitter le magasin avec des armes au moins trois fois.

Dans le cas de Keandre Johnson, les procureurs ont noté dans un communiqué de presse après le buste qu'il avait vendu 16 armes à feu à des agents. Le communiqué de presse ne mentionnait pas que les agents avaient détourné l'une de ses armes parce qu'elle n'était pas sciée.

Johnson et son ami Jeremy Love ont apporté un fusil de chasse à Bandit Trading à la mi-2011, mais les agents n'en étaient pas satisfaits, selon les avocats des hommes.

Les agents ont dit à Johnson qu'ils voulaient un "shorty" &mdash, c'est-à-dire un fusil de chasse à canon scié. Avoir une telle arme à feu et plus mortel à courte portée et plus facile à dissimuler est illégal et peut signifier une peine de prison supplémentaire. Johnson est parti avec le pistolet pour aller le scier, mais a ensuite appelé les agents pour leur demander quel type de scie utiliser, a déclaré Steve Gradert, avocat de Johnson. L'agent lui a dit comment le faire, a déclaré Gradert.

Dans un autre cas, Johnny E. Griffith a apporté deux AK-47 à vendre. Mais les agents n'avaient assez d'argent que pour en acheter un, selon des documents judiciaires. Griffith, un criminel, a été autorisé à partir avec l'autre. Les agents ne l'ont jamais récupéré.

Les responsables de l'ATF ont reconnu au Congrès en avril que l'opération Fearless à Milwaukee n'avait mis en place aucune contre-surveillance pour surveiller ou abattre des cibles lorsqu'elles quittaient le magasin et même des criminels armés menaçant de tirer sur quelqu'un. Ils ont appelé l'échec le résultat d'un manque de jugement et de planification.

"C'est un travail policier de base", a déclaré Peter Henning, professeur de droit à la Wayne State University et ancien procureur fédéral. "L'agence doit former des experts et proposer un protocole."

Le propriétaire est parti avec la facture

Au-delà de la libération de criminels armés dans les rues, les piqûres d'ATF examinées par le Journal Sentinel partageaient une autre similitude. Ils ont laissé derrière eux des propriétaires malheureux.

Comme les agents l'ont fait à Milwaukee, leurs homologues de Portland ont endommagé un immeuble et ont obligé le propriétaire à payer la facture.

Jan Gilbertson, propriétaire du bâtiment où les agents ont installé le Squid's Smoke Shop, a déclaré qu'elle n'avait aucune idée qu'elle louait à des agents fédéraux. Elle a découvert des reportages après qu'ils aient fait le buste et se soient retirés.

Et quand elle a vu ce qu'ils avaient fait à son immeuble, tout avait du sens.

Les agents ont percé des trous dans les murs pour les caméras, endommagé la moquette et laissé des déchets.

Pire encore, ils ont arraché un gros projecteur et percé un nouveau toit de 30 000 $ qui a ensuite fui et a dû être réparé.

Le dépôt de garantie ne le couvrait pas et les agents étaient introuvables, a-t-elle déclaré.

"Ils savent ce qu'ils font quand ils le font et ne vous disent rien, puis ils disparaissent. Ce n'est pas comme s'ils revenaient et réparaient le problème", a-t-elle déclaré. "C'est le gouvernement américain. C'est vraiment difficile de tout comprendre. Que fais-tu? . Cela a fini par être une très mauvaise situation pour nous. »

Portland pique en face de l'école

L'ATF a ouvert Squid's Smoke Shop en 2010 dans un centre commercial vieillissant près d'un service fiscal, d'un coiffeur et d'un café & mdash et en face de H.B. Lycée Lee.

Les agents de l'ATF ont déclaré que l'emplacement près d'une école & mdash qui permettait des sanctions plus sévères pour la vente dans une zone de sécurité & mdash était un accident.

L'agent Ben Ziesemer a déclaré à l'avocate de la défense Kathleen Dunn qu'il ne savait pas que c'était en face de l'école. Lorsqu'ils ont visité la propriété, il a dit qu'il était entré dans le bâtiment par une porte différente et qu'il n'avait pas vu l'école.

Ziesemer, qui dirigeait le magasin et s'appelait "Squid", a également déclaré que c'était le seul endroit dans cette partie de la ville qu'ils pouvaient trouver qui proposait un loyer au mois, a déclaré Dunn. Mais Gilbertson, le propriétaire, a déclaré au Journal Sentinel que l'ATF avait signé un bail d'un an.

Les personnes accusées de trafic de drogue et d'armes à proximité d'une école ne peuvent pas utiliser l'ignorance de leur emplacement comme moyen de défense, ont déclaré les experts. Si les agents n'ont pas réalisé qu'ils se trouvaient à proximité de l'école, c'est une accusation accablante de la planification de l'opération.

"Cela ne tiendra pas la route", a déclaré Little, l'ancien procureur qui est maintenant professeur à l'Université de Californie Hastings College of the Law. "Cela montre qu'ils ne font pas leurs devoirs. Si vous ne faites pas vos devoirs pour trouver tout ce que vous pouvez, vous êtes aussi mauvais que les criminels."

Squid's était l'une des au moins une demi-douzaine de devantures de magasins ouvertes dans des zones sûres, a révélé l'enquête du Journal Sentinel.

Les lois qui augmentent les sanctions pour la vente d'armes à feu ou de drogue à moins de 300 mètres d'une école comprennent une exception pour les agents des forces de l'ordre qui agissent en leur « capacité officielle ».

Le procureur adjoint du district de Multnomah, David Hannon, qui a poursuivi 17 personnes pour des accusations portées contre l'État, la plupart pour avoir vendu de la drogue à moins de 300 mètres d'une école, a déclaré que l'opération était un avantage pour Portland et cette région de la ville. Il a qualifié la piqûre d'outil efficace contre les activités illégales et a déclaré qu'il y avait des avantages à l'avoir près d'une école.

"Nous n'aurions peut-être pas été au courant de toutes les activités à côté d'une école sans l'opération d'infiltration en place", a-t-il déclaré.

James Shanks, 54 ans, qui vit dans la région depuis près de cinq ans et avait deux fils qui fréquentaient la Lee Middle School à l'époque, n'était pas heureux d'apprendre que l'ATF avait mis en place une opération d'achat d'armes et de drogue à proximité.

"Je pense que c'est bien de le faire, mais ont-ils dû le mettre là ? Ne pourraient-ils pas trouver ailleurs ?", a-t-il déclaré. "C'est trop près de l'école. Quand vous avez des enfants autour d'armes à feu, tout peut arriver."

Les agents suggèrent &mdash et paient pour le tatouage &mdash

Avec une école à proximité et une console de jeux vidéo Xbox pour jouer gratuitement, Squid's attirait fréquemment une foule comprenant des mineurs.

Au moins trois mineurs ont été arrêtés et inculpés par un tribunal pour enfants dans la piqûre. Squid's faisait partie d'au moins quatre vitrines d'ATF étudiées par le Journal Sentinel où des enfants ont été pris au piège dans l'opération.

"Ce sont des enfants qui n'ont pas de relations adultes positives dans leur vie et si quelqu'un s'intéresse à eux, cela va être extrêmement influent", a déclaré Mark McKechnie, directeur exécutif de Youth, Rights & Justice, qui représentait trois mineurs à Portland. "Je pense que nous étions tous simplement dérangés par le fait qu'ils (les agents de l'ATF) semblaient se concentrer sur les fruits à portée de main."

Glover et Key, tous deux âgés de 19 ans à l'époque, étaient des habitués du Squid's. Glover vivait juste au coin de la rue et passait des heures à jouer à des jeux vidéo avec Squid et des gens qu'il pensait être des employés de magasin.

Un jour, l'idée de se faire tatouer est venue, a déclaré Glover au Journal Sentinel.

Glover a dit qu'il était réticent, mais qu'il était persuadé par les gars de Squid's, qu'il pensait être ses amis.

"C'était comme, 'Maintenant, vous êtes des membres honoraires du club'", a déclaré Glover. "Nous étions jeunes à l'époque. J'étais si naïf."

Après avoir obtenu les tatouages, il a déclaré que les agents avaient pris des photos et les avaient publiées sur la page Facebook et le site Web de la vitrine factice.

« Ils nous ont humiliés », a-t-il déclaré. "Ils se moquaient de nous."

Glover a finalement été accusé d'avoir échangé une once de marijuana contre des vêtements dans le magasin. L'accusation comprenait la vente de drogue à moins de 1 000 pieds d'une école.

Little, qui a passé huit ans en tant que procureur fédéral en Californie et un an en tant que sous-procureur général adjoint à Washington, D.C., a déclaré qu'il n'avait jamais entendu parler d'un tel comportement hors limites de la part d'agents fédéraux.

"C'est à peu près aussi loin que vous pouvez l'imaginer", a déclaré Little. "Le gouvernement ne devrait pas encourager les gens à défigurer leur corps de façon permanente."

La juge de la cour de circuit du comté de Multnomah, Karin Immergut, qui a traité le cas de Glover, a également réprimandé les agents, demandant au procureur de l'État de " renvoyer un message (à l'ATF) " au sujet des tatouages.

"C'est vraiment une mauvaise idée", a-t-elle déclaré. "Ils ne devraient pas recommander cela."

Devant un tribunal fédéral, un procureur qui a traité plusieurs des affaires ATF, y compris celle de Key, a tenté d'expliquer à un juge pourquoi les agents ont utilisé cette tactique.

Les agents ont déclaré qu'ils pensaient que Key et Glover les testaient pour voir s'ils étaient des forces de l'ordre, a déclaré le procureur adjoint américain Scott Kerin lors d'une audience de détermination de la peine en janvier 2012.

Key et Glover auraient fait cela en suggérant qu'ils fumaient tous de la marijuana.

Kerin a déclaré que les agents avaient alors proposé à Key et Glover de se faire tatouer pour les sortir de leur piste.

L'explication n'avait pas de sens pour le juge de district américain Michael Mosman, un ancien procureur fédéral.

"Je suppose que je ne fais pas le lien", a déclaré Mosman. "Ils craignent que si, entre autres choses, ils ne fument pas de marijuana avec ce type, ils seront abandonnés comme forces de l'ordre, alors ils pensent qu'un moyen de faire dérailler est de suggérer qu'il se fasse tatouer?"

Kerin essaya à nouveau de s'expliquer.

"M. Key et M. Glover essayaient de les identifier comme étant des forces de l'ordre ou éventuellement des tests pour déterminer s'ils étaient des forces de l'ordre."

Le juge intervint : "Je pense que je comprends cette partie. Je ne comprends tout simplement pas pourquoi vous mettez quelqu'un hors de votre piste en lui suggérant de se faire tatouer. Comment cela aide-t-il ?"

Kerin ne répondit pas directement. Il a dit que les agents recherchaient des personnes pour promouvoir le magasin. Ils ont payé une personne pour tenir une pancarte dans la rue. D'autres pour se faire tatouer.

Ils ont dit à leurs clients : " Hé, nous recherchons des personnes pour faire de la publicité, nous recherchons des personnes pour se faire tatouer ", a déclaré Kerin.

"Ce n'est tout simplement pas une tactique légitime d'application de la loi", a déclaré l'avocate de Key, Alison Clark. « Ce n'était pas simplement une suggestion : « Hé, vous auriez l'air vraiment bien si vous aviez un tatouage. » Cela a été suggéré et payé par le gouvernement.

La gravité du handicap mental de Key n'était pas indiquée dans les documents, mais le procureur ne laissait aucun doute sur son handicap intellectuel.

"La seule chose sur laquelle nous sommes d'accord, c'est que la Cour peut et doit prendre en compte le faible fonctionnement intellectuel de l'accusé pour déterminer une peine appropriée dans cette affaire", a écrit Kerin dans un mémo de détermination de la peine.

Mosman a condamné Key à 18 mois de prison pour avoir vendu un fusil de chasse à canon scié et organisé la venue de prostituées à une fête organisée par les agents infiltrés.

Il a ensuite demandé à Key s'il voulait que le tatouage de calmar soit enlevé.

Mosman a ordonné que le tatouage soit retiré après que Key a été libéré de prison.

"Et j'exige que l'ATF paie pour le déménagement", a-t-il déclaré.

COMMENT NOUS AVONS SIGNALÉ CETTE HISTOIRE

À la suite d'une piqûre de vitrine défectueuse à Milwaukee, des journalistes du Milwaukee Journal Sentinel ont cherché à examiner des opérations similaires à travers le pays. L'ATF a refusé de fournir une liste des piqûres passées. Les journalistes ont découvert les piqûres, en partie grâce à des conseils, des dossiers judiciaires, des reportages et des communiqués de presse publiés par l'ATF, le ministère américain de la Justice et les forces de l'ordre locales. Les journalistes ont limité leur examen aux piqûres qui ont été rendues publiques depuis 2010.

À l'aide du système d'enregistrement en ligne des tribunaux fédéraux, Pacer, les journalistes ont reconstitué les affaires, puis ont passé au peigne fin des milliers de pages de documents et d'actes d'accusation et de plaintes pénales, d'accords de plaidoyer et de transcriptions de peines. Lorsque les transcriptions n'étaient pas disponibles en ligne, le Journal Sentinel les a commandées. Dans certains districts, presque tous les documents liés aux piqûres étaient soit scellés par les juges, soit indisponibles.

Les journalistes ont également examiné des centaines de pages de dossiers de tribunaux d'État, de rapports de police et d'autres dossiers dans plusieurs États. En outre, les journalistes ont interrogé des dizaines d'avocats de la défense, de procureurs, d'accusés et de leurs familles, des personnes qui vivaient et travaillaient à proximité des piqûres, des experts juridiques et des initiés de l'ATF et d'autres organismes chargés de l'application des lois.

INFORMATIONS NON DIFFUSÉES

L'ATF a refusé de publier son enquête interne sur les échecs de sa piqûre imparfaite Fearless Distributing à Milwaukee. Le rapport a été demandé par le Milwaukee Journal Sentinel et les membres du Congrès depuis son achèvement plus tôt cette année.

L'examen interne a été lancé après qu'une enquête du Journal Sentinel a révélé de nombreux dysfonctionnements dans l'opération. Pendant neuf mois, l'ATF a également refusé de fournir des documents au Journal Sentinel, qui a déposé une douzaine de demandes en vertu de la loi fédérale sur la liberté d'information, notamment le coût des opérations et les règles relatives aux agents gardant des armes dans leurs véhicules.

Fin novembre, l'avocate du ministère de la Justice, Anne D. Work, a affirmé la position de l'ATF selon laquelle l'intégralité de son rapport interne sur l'opération fermée de Milwaukee devrait être tenue secrète et non rendue publique. Work a écrit que la publication de l'enquête "pourrait raisonnablement interférer avec les procédures d'application (de la loi)".

À propos de John Diedrich

John Diedrich écrit sur le crime, les questions fédérales, les combats ultimes et les armes à feu. Ses enquêtes ont été récompensées par divers prix nationaux, notamment un prix George Polk pour avoir rendu compte de magasins d'armes à feu malhonnêtes et un prix IRE pour avoir dénoncé des piqûres fédérales d'infiltration bâclées.

À propos de Raquel Rutledge

Raquel Rutledge est journaliste d'investigation. Son travail a été récompensé par de nombreux prix nationaux, dont un prix Pulitzer 2010 pour avoir dénoncé la fraude généralisée dans le programme de subvention pour la garde d'enfants du Wisconsin.


1. Introduction

On sait depuis longtemps que les tempêtes de vent destructrices des latitudes moyennes sont associées aux cyclones extratropicaux. L'Europe du Nord-Ouest, compte tenu de sa situation à l'extrémité de la trajectoire des tempêtes de l'Atlantique Nord et de sa forte densité de population, est fortement exposée au risque de tempête. Depuis le début du siècle, la prévision de telles tempêtes a reçu beaucoup d'attention et les méthodes empiriques antérieures ont cédé la place à une prévision numérique du temps réussie. L'amélioration de la résilience des sociétés aux tempêtes est facilitée par de meilleures estimations du risque de tempête climatologique et, si possible, de la manière dont ce risque pourrait changer. Cet article se concentre sur la quantification de la contribution des sting jets au risque de tempête au cours d'un passé récent.

Notre compréhension des processus produisant les tempêtes de vent a progressé grâce à des études de cas rétrospectives de tempêtes associées à des vents de surface dommageables au cours de l'enregistrement d'observation moderne. La figure 1 présente les principaux jets de basse altitude connus pour être associés aux tempêtes de vent dans les cyclones extratropicaux. Parfois, les tempêtes de vent sont associées au jet de basse altitude qui se forme dans le secteur chaud des cyclones extratropicaux sur le bord d'attaque du front froid (par exemple, la tempête de vent Kyrill, qui a balayé l'Europe du 17 au 19 janvier 2007 Fink et al. 2009). Cependant, certains des vents les plus forts sont situés sur le flanc arrière, vers l'équateur, des tempêtes en développement rapide (Fig. 1). L'école de Bergen, qui a dirigé le développement de méthodes de prévision météorologique pré-informatique, a documenté les « queues empoisonnées » des tempêtes extratropicales intenses (Grønås 1995). Le jet à basse altitude formant ces queues venimeuses est appelé jet froid ou bande transporteuse froide (Schultz 2001). Certaines des tempêtes de vent les plus dommageables se produisent lorsque les vents froids de la bande transporteuse se mélangent à travers la couche limite pour produire des rafales de surface extrêmes (Hewson et Neu 2015).

Schéma de jets à basse altitude dans des cyclones extratropicaux à développement explosif. Il s'agit d'un composite des jets de plusieurs fois dans la tempête. Les vents forts associés à la bande transporteuse chaude (WCB) se forment pendant le développement de la tempête et ceux associés à la bande transporteuse froide (CCB) se renforcent à mesure que la tempête mûrit. Les jets de dard (SJ), s'ils se forment, contribuent aux vents les plus forts pendant la transition de la dominance des jets WCB à la dominance des jets CCB. Le WCB est dans le secteur chaud du cyclone et a des vents sensiblement plus chauds que le CCB, qui est dans le secteur froid. Le jet d'aiguillon descend dans la région de fracture frontale où les températures sont légèrement plus chaudes que le CCB. La direction approximative de la propagation de la tempête est indiquée par la flèche grise.

Citation : Journal of Climate 30, 14 10.1175/JCLI-D-16-0791.1

Le 16 octobre 1987, une tempête de vent mal prévue a dévasté des parties du nord de la France et du sud de l'Angleterre avec des vents atteignant 55 m s −1 (Burt et Mansfield 1988 Shutts 1990). Une étude de cas a révélé une structure à plus petite échelle associée aux vents les plus violents (Browning 2004). Un courant d'air à moyenne échelle, le sting jet, a été identifié avec les vents les plus destructeurs. Ce flux d'air est arrivé en avant (vers l'est) du flux froid de la bande transporteuse mais derrière le front froid d'origine (Fig. 1). Cette région de la tempête avait une faible stabilité de la couche limite, favorable au mélange de l'air à forte dynamique de la troposphère libre à la surface (Clark et al. 2005).Browning (2004) a discuté de l'apparition de jets d'aiguillon dans le contexte de cyclones extratropicaux en développement rapide qui développent des têtes de nuages, des isolements chauds et des fronts chauds courbés suivant le modèle Shapiro-Keyser d'un cycle de vie cyclonique (Shapiro et Keyser 1990). Clark et al. (2005) ont démontré que le jet d'aiguillon était un courant d'air qui descendait de la pointe de la tête du nuage de la moyenne troposphère dans la région de fracture frontale derrière le front froid. La dynamique produisant des jets d'aiguillon et des rafales de surface associées reste un domaine de recherche actif (Gray et al. 2011 Martínez-Alvarado et al. 2014 Schultz et Sienkiewicz 2013 Browning et al. 2015). En ce qui concerne les tempêtes de vent, les sting jets sont parfois la principale cause de vents extrêmes dans cette partie du cyclone, comme lors de la grande tempête d'octobre 1987 cependant, dans d'autres cas, ils sont susceptibles d'amplifier les vents forts déjà présents dans la bande transporteuse froide. . Étant donné que la puissance du vent augmente avec le cube de la vitesse du vent, de petites améliorations du vent total peuvent augmenter considérablement la gravité des tempêtes de vent. Un modèle conceptuel du développement des tempêtes basé sur l'analyse des tempêtes historiques et une synthèse de la littérature sur les cyclones extratropicaux est présenté dans Hewson et Neu (2015).

La météorologie à méso-échelle des tempêtes doit être placée dans le contexte à plus grande échelle des trajectoires des tempêtes pour construire une quantification plus complète du risque de tempête. Les climatologies des trajectoires des tempêtes extratropicales ont été étudiées en détail à l'aide de réanalyses (par exemple, Simmonds et Keay 2000 Hoskins et Hodges 2002) en appliquant diverses méthodes de suivi des caractéristiques (par exemple, Murray et Simmonds 1991 Hodges 1994). La trajectoire des tempêtes de l'Atlantique Nord a fait l'objet d'études approfondies, de nombreux travaux récents se concentrant sur la dynamique qui régit sa position et la manière dont elle est représentée dans les simulations de modèles des climats actuels et futurs (par exemple, Zappa et al. 2013). Cependant, les modèles climatiques avec un espacement de grille horizontal plus grossier qu'environ 80 km et même les modèles numériques de pointe utilisés dans la production de réanalyses modernes ont une résolution insuffisante pour représenter pleinement le développement explosif des cyclones et les détails à mésoéchelle associés nécessaires pour quantifier le risque de tempête (Hewson et Neu 2015 Pirret et al. 2017).

Roberts et al. (2014) ont détaillé les 50 tempêtes de vent les plus extrêmes connues pour avoir touché l'Europe. Des empreintes détaillées des rafales de surface ont été produites pour chaque tempête en utilisant un modèle numérique à zone limitée avec un espacement de grille horizontal de 24 km pour réduire les données ERA-Interim. Cependant, les jets d'aiguillon ont des échelles horizontales d'environ 50 km (ou moins) et sont associés à un mouvement oblique avec une pente typiquement de 1/50. Ainsi, un espacement de grille horizontal d'environ 10 km ou moins et un espacement de grille vertical médiotroposphérique d'environ 200 m ou moins est nécessaire pour résoudre correctement l'écoulement (Clark et al. 2005).

Martínez-Alvarado et al. (2013) ont proposé une méthode indirecte pour évaluer le risque de tempête de vent associé aux sting-jets en identifiant les conditions environnementales qui sont des précurseurs au développement de courants d'air sting-jet. Ce diagnostic dit de « précurseur de sting-jet » utilise la quantité d'instabilité des mouvements obliques humides dans la tête des nuages ​​des tempêtes extratropicales. Les modèles de prévision météorologique et de projection climatique mondiale à faible résolution génèrent cette instabilité mais sont incapables de la libérer par le biais de la caractéristique de descente oblique des courants d'air à jets aigus (Martínez-Alvarado et al. 2013). L'étude rapportée par Martínez-Alvarado et al. (2012) ont appliqué le diagnostic précurseur à 100 cyclones extratropicaux dans des données de réanalyse de 1979 à 2012 dans l'Atlantique Nord et ont démontré qu'il avait des compétences dans l'identification des cyclones susceptibles d'avoir eu des jets d'aiguillon.

L'étude de Martínez-Alvarado et al. (2012) a constitué une étape importante vers l'évaluation de l'importance relative des cyclones à jets d'impulsion dans l'Atlantique Nord et, par déduction, du risque de vent qui leur est associé. Il était cependant limité en ce qu'il ne considérait que 100 cyclones, se concentrait sur la démonstration de la compétence du diagnostic précurseur en tant que prédicteur des jets d'aiguillon et ne tenait pas compte de la force du vent des cyclones. De nombreuses questions demeurent. Dans cette étude, nous appliquons la méthodologie de Martínez-Alvarado et al. (2012) augmentant le nombre de cyclones étudiés à tous les cyclones de l'Atlantique Nord suivis dans un ensemble de données de réanalyse sur 32 saisons d'hiver prolongées (5447 cyclones) et répondent aux questions suivantes :

  1. Quelle proportion de cyclones ont des précurseurs sting-jet, et comment se comparent-ils en termes de mesures d'intensité aux cyclones sans ces précurseurs ?
  2. Les cyclones avec précurseurs sting-jet ont-ils des caractéristiques de trajectoire et de cycle saisonnier distinctes des cyclones sans ce précurseur ?
  3. Les cyclones avec précurseurs sting-jet présentent-ils un risque de vent plus élevé que ceux sans même sans tenir compte du développement sting-jet ?

Répondre à ces questions révélera si la présence possible de jets d'infiltration dans les cyclones doit être prise en compte lors de la détermination du risque de tempête de vent sur l'Atlantique Nord et le nord-ouest de l'Europe.

Le reste de cet article est structuré comme suit. Les données utilisées et les calculs des empreintes des vents précurseurs et cycloniques, y compris la délimitation des vents des secteurs froids et chauds, sont décrits dans la section 2. Justification soigneuse de l'utilisation de vitesses de vent de 850 hPa comme indicateur de tempête de vent le risque est inclus dans cette section. La section des résultats (section 3) est divisée en trois sections pour répondre séparément aux trois questions posées ci-dessus. La section 4 contient un résumé ainsi qu'une interprétation des résultats et de leurs implications pour le risque de tempête dans le nord-ouest de l'Europe.


5. Résumé et discussion

Dans cette étude, nous avons examiné les caractéristiques climatologiques des vents forts causés par les cyclones extratropicaux autour du Japon pendant 40 saisons entre novembre et avril de 1979/80 à 2018/19 en utilisant l'ensemble de données ERA-Interim. Premièrement, nous avons évalué quantitativement la contribution des cyclones extratropicaux aux événements de vents forts, ce qui a montré qu'une partie substantielle des événements de vents forts (80 % à 90 %) est liée aux cyclones extratropicaux (Fig. 4a). Les contributions des cyclones explosifs (70%-80%) sont plus importantes que celles des cyclones non explosifs (20%-40%) (Figs. 4b,c). Cette étude est la première à illustrer quantitativement la relation étroite entre les vents forts et les cyclones extratropicaux, en particulier les cyclones explosifs, autour du Japon.

Les enquêtes sur les caractéristiques des vents forts associés aux cyclones extratropicaux autour du Japon ont révélé que le WCB et le CCB associés aux cyclones amènent principalement les vents forts autour du Japon (Figs. 5-7). Bien que des études antérieures aient signalé la relation entre les événements de vents forts et le WCB et le CCB en Europe (par exemple, Clark et al. 2005 Hewson et Neu 2015 Hart et al. 2017), cette relation autour du Japon était incertaine. À notre connaissance, cette étude est la première à montrer clairement que le WCB et le CCB sont responsables des événements de vents forts autour du Japon. De plus, nous avons constaté que les fréquences des vents forts sont largement réparties sur le quadrant sud-ouest des cyclones, par rapport aux autres quadrants (Figs. 5a et 6a). Nous avons souligné que les fréquences plus élevées sur le quadrant sud-ouest sont dues au fort gradient de pression horizontal entre l'anticyclone sibérien s'étendant du continent eurasien au Japon et les cyclones matures (Figs. 8 et 13d).

Nous nous sommes ensuite concentrés sur trois zones avec les hautes fréquences des vents forts (Figs. 3 et 9), qui sont la zone autour d'Hokkaido (zone A), la zone autour de la mer du Japon du côté de Chubu, Kinki et Chugoku (zone B) , et la zone autour de l'océan Pacifique du Tohoku, Kanto et Chubu (zone C), et a examiné la régionalité des vents forts associés aux cyclones extratropicaux. Les résultats ont montré que les caractéristiques du changement saisonnier des fréquences des vents forts diffèrent entre chaque zone (Fig. 10). De plus, le changement saisonnier des fréquences des cyclones explosifs explique bien le changement saisonnier des fréquences des vents forts dans chaque zone (Fig. 11). Cela a encore démontré la relation étroite entre les vents forts et les cyclones explosifs autour du Japon.

Les caractéristiques des vents forts provoqués par les cyclones explosifs dans les zones A, B et C ont également été examinées (Figs. 12 et 13). Dans la zone A, les vents forts sont associés au CCB (Figs. 12a et 13a). Dans la zone B, le WCB et la tête du CCB apportent les vents forts (Figs. 12b et 13b,c). Dans la zone C, le WCB et le CCB induisent des vents forts autour du centre du cyclone (Figs. 12c, et 13e,f). De plus, lorsque les cyclones sont situés au-dessus de la mer du Japon, le WCB associé se développe souvent sur la zone C, contribuant à l'apparition des vents forts dans la zone C (Figs. 12c et 13b). Dans toutes les régions, les fréquences relativement élevées de vents forts sont observées sur le quadrant sud-ouest du cyclone (Fig. 12).

Les résultats de cette étude ont indiqué que les vents forts dans les cyclones sont étroitement liés au WCB et au CCB autour du Japon, similaires à ceux autour de l'Europe. De plus, la structure horizontale et l'évolution temporelle du WCB et du CCB autour du Japon sont similaires à celles de l'Europe. Ces similitudes impliquent que ces caractéristiques des vents forts associés aux cyclones extratropicaux sont universelles. Ainsi, nous supposons que le WCB et le CCB contribuent à l'apparition d'événements de vents forts associés aux cyclones extratropicaux dans d'autres régions. Comme les méthodes d'analyse utilisées dans cette étude peuvent être appliquées à d'autres régions, d'autres études utilisant nos méthodes peuvent vérifier cette hypothèse.

Le moment de l'apparition du WCB et du CCB au cours des cycles de vie des cyclones typiques autour du Japon (Figs. 13 et 14) ressemble également à celui observé dans les cyclones européens (Clark et al. 2005 Hewson et Neu 2015 Hart et al. 2017) . Le moment de l'apparition du WCB et du CCB peut refléter les mécanismes physiques de la formation des tempêtes de vent. Le CCB s'intensifie pendant la phase de maturité des cyclones. Slater et al. (2015) ont montré que la force horizontale de gradient de pression est la principale cause de l'accélération des vents près de la surface associés au CCB. Au cours de la phase de maturité des cyclones, la force de gradient de pression autour du centre du cyclone se renforce en raison de la pression la plus basse dans le centre du cyclone. Ainsi, l'évolution temporelle de la force de gradient de pression autour du centre du cyclone explique de manière appropriée le moment du développement du CCB. Le WCB se développe au début des cyclones, ce qui suggère que les mécanismes physiques de développement du WCB diffèrent de ceux du CCB. Lackmann (2002) a démontré que le dégagement de chaleur latente était accru le long d'une bande de précipitation frontale froide associée à un cyclone extratropical, créant des maxima d'anomalies potentielles positives de tourbillon (PV) le long de la fonte dans la basse troposphère. Ils ont indiqué que la circulation induite par les anomalies PV de front froid renforçait le jet de basse altitude correspondant au WCB. Les résultats de Lackmann (2002) suggèrent que l'évolution du dégagement de chaleur latente le long des fronts froids est un facteur clé déterminant l'évolution du WCB. D'autres études sont nécessaires pour clarifier l'effet que le dégagement de chaleur latente le long des fronts froids a sur l'évolution du WCB et pourquoi le WCB se développe au début du cycle de vie des cyclones.

De plus, nous avons constaté que des fréquences plus élevées de vents forts ont été observées sur le quadrant sud-ouest du cyclone autour du Japon (Figs. 8 et 13d). Nous avons souligné que ces fréquences plus élevées sont liées à l'anticyclone sibérien. L'anticyclone sibérien est un élément important du système de mousson d'hiver en Asie de l'Est (par exemple, Takaya et Nakamura 2005). Ainsi, nous supposons qu'il s'agit d'une caractéristique unique des vents forts associés au cyclone extratropical sur la zone de mousson de l'Asie de l'Est. Les vents forts sur le quadrant sud-ouest d'un cyclone ont tendance à se produire pendant la phase de maturité des cyclones (Figs. 13d et 14d). En effet, la pression la plus basse dans le cyclone mature est responsable du fort gradient de pression horizontal entre l'anticyclone sibérien en extension et le cyclone.

Cette étude a montré que les cyclones extratropicaux, en particulier les cyclones explosifs, sont les principaux contributeurs à l'apparition de vents forts autour du Japon pendant la période allant de l'automne au printemps. Ces résultats suggèrent que la prévision et la surveillance des cyclones explosifs sont particulièrement importantes pour prévenir les catastrophes liées aux vents forts pendant la saison froide autour du Japon. Nous pensons que les caractéristiques distinctes des vents forts des cyclones explosifs autour des zones A, B et C, qui sont révélées dans cet article, sont utiles pour la prévention des catastrophes régionales au Japon. De plus, nos résultats suggèrent que la mise en évidence des variations à long terme des cyclones explosifs est une stratégie précieuse pour comprendre les variations à long terme des événements de vents forts autour du Japon, ce qui est en accord avec le point de vue de Tsukijihara et al. (2019).

Cette étude a défini les événements de vents forts sur la base du 99e centile de la vitesse du vent à 10 m à partir de toutes les données dans la zone d'étude (voir section 2d). Les vents près de la surface sont plus faibles sur la terre que sur l'océan en raison des différences de friction de surface entre la terre et l'océan, comme le montrent les Fig. 13e et 13f. Par conséquent, la plupart des événements de vents forts ont été extraits au-dessus de l'océan dans nos analyses (Fig. 3). Ainsi, les résultats de cette étude ont principalement montré les caractéristiques des vents forts associés aux cyclones extratropicaux sur les zones côtières et océaniques autour du Japon. Les caractéristiques des vents forts au-dessus de la terre devraient être plus compliquées que celles au-dessus de l'océan car plusieurs facteurs (par exemple, la topographie et l'utilisation des terres) au-dessus des terres peuvent modifier la structure des vents forts associés aux cyclones extratropicaux. Cette question sera abordée en détail dans de futures études.

Comme indiqué dans la section 1, nos analyses n'ont pas été en mesure d'évaluer les influences du jet d'aiguillon à mésoéchelle. D'autre part, des cyclones de type Shapiro-Keyser, qui sont associés à des jets d'aiguillon (par exemple, Schultz et Sienkiewicz 2013 Clark et Gray 2018), sont souvent apparus autour du Japon (Takano 2002 Hirata et al. 2015, 2016), et Hirata et Al. (2018) ont signalé qu'une zone de vent fort semblable à un jet d'aiguillon s'est produite autour du Japon (Fig. 4 dans Hirata et al. 2018). Pour mieux comprendre la relation entre les vents forts et les cyclones extratropicaux autour du Japon, nous prévoyons de mener des examens axés sur le sting jet en utilisant des simulations de résolution des nuages ​​à haute résolution et une méthode de diagnostic pour les conditions précurseurs sting-jet (par exemple, Martínez-Alvarado et al (2012 Hart et al. 2017).


Voir la vidéo: What is a sting jet?