IUT Louis Pasteur de SCHILTIGHEIM
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1 Météorologie Générale METEO GENERALE - RESUME DU COURS PLAN DU COURS Introduction L’observation, paramètres et appareils de mesures Notions théoriques de base Les principaux phénomènes météorologiques La prévision Les autres activités de la météorologie La météorologie sur Internet 1 – INTRODUCTION Un peu d’histoire – Les activités de la météorologie – Présentation de Météo-France 1.1 - UN PEU D’HISTOIRE L’antiquité •Les Chinois : –Premiers relevés météo vers 1300 av JC •Les Grecs –Grand intérêt pour les sciences de la terre –Thales (590 av JC) : première prévision météo –Aristote (350 av JC) : traité « meteorologiaeDe la Renaissance au XIX° siècle •Les grands inventeurs : L de Vinci (girouette – 1500) - Galilée (thermomètre – 1641) - Torricelli (baromètre – 1643) Hooke (anémomètre – 1664) Classification des nuages (Luke Howard – 1802) •Premier réseau d’observation en France (le Verrier – 1860) •Création de l’OMI (1878 – 32 états) •Premier ballon-sonde (1892) Le XX° siècle •Années 20 : théorie norvégienne des fronts •1920 : création de l’OMM •1950 : première prévision numérique •1960 : premier satellite météorologique 1.2 - LES ACTIVITES DE LA METEOROLOGIE Actuellement, la météo c’est : Observer : partout, les mêmes paramètres en même temps, présentés sous la même forme Transmettre : toutes les observations sont transmises immédiatement sous forme codée Traiter : les millions d’informations échangées sont traitées sur les calculateurs Analyser : c’est comprendre l’état actuel et/ou récent de l’atmosphère et le représenter dans les 3 dimensions sous forme numérique ou cartographique Prévoir : prévisions numériques par les modèles, affinées par les prévisionnistes Diffuser : prévisions et autres informations météorologiques sont diffusées à travers différents supports Chercher : perfectionner l’existant (modèles, instruments, théories, etc..) Archiver : les données météorologiques sont conservées, notamment pour la climatologie et la recherche 1.3 - PRESENTATION DE METEO-FRANCE Depuis 1994, METEO-FRANCE est un Etablissement Public d’Etat (EPA) - .Ministère de Ecologie, de l’Energie, du Développement Durable et de l’Aménagement du Territoire. Mission prioritaire : contribuer à la sécurité des personnes et des biens. Organisation et implantation Direction Générale : Paris - différentes fonctions de gestion, coordination, coopération internationale et décision Centres ou services nationaux : observation, informatique, production, communication et commercialisation, enseignement, recherche. Centres et services régionaux : 7 en métropole et 4 en Outre-Mer Centres départementaux et stations : jusqu’en 2011, pour le Nord-Est, un dans chaque département d’Alsace, Lorraine et Franche-Comté, plus stations d’aéroport à Entzheim et Bâle-Mulhouse, et des détachements militaires à Meyenheim, Luxeuil. Julien BILLAULT-CHAUMARTIN Avril 2009 2 Météorologie Générale 2 - L’OBSERVATION Généralités – Mesures de surface – Mesures en altitude – Mesures par télédétection 2.1 – GENERALITES Les observations météorologiques sont organisées et coordonnées à l’échelle mondiale par l’OMM. Instruments doivent être homologués et vérifiés régulièrement. Horaires : utilisation dans le monde entier du « temps universel » Codification : avant d’être transmises, les observations sont codées sous forme numérique ou alpha numérique 2.2 - MESURES DE SURFACE Sur terre : stations d’observation (humaines ou automatiques), postes climatologiques, correspondants, sémaphores. En France, il y a une centaine de stations d’observation avec des mesures humaines (beaucoup passant en mode automatique la nuit) ; environ 5 à 10 stations automatiques par départements. Sur mer : certains navires sont habilités à faire et transmettre des observations météorologiques. Ces observations sont complétées par des mesures automatiques réalisées par des bouées, ancrées ou dérivantes. Parc à instruments et abri météo : Relevés effectués dans un parc à instruments : situation dégagée, sol engazonné L’abri météo, normalisé, ventilé, contient les instruments qui doivent être à l’abri du soleil ou de la pluie. Température : thermomètre Températures sous-abri, dans le sol et au-dessus du sol. °F = 9/5 °C + 32 Thermographe = thermomètre enregistreur. Un thermomètre au soleil mesure sa propre température et non celle de l’air Humidité : hygromètres, psychromètres Humidité relative en % = vapeur d’eau contenue dans l’air *100 maximum de vapeur d’eau que peut contenir l’air Mesurée par les hygromètres (à cheveux, électroniques). Psychromètre mesure T et T mouillé (refroidissement par évaporation) Température du point de rosée (Td) = température jusqu’où il faut refroidir l’air pour qu’il soit saturé. L'humidité absolue est le rapport de la masse de vapeur d'eau en g sur le volume d'air humide en m3 à la pression et la température considérées. Elle a la dimension d'une masse volumique , par exemple 3 g / m3. Pression atmosphérique : baromètre Pression atmosphérique = poids de la colonne d’air qui surmonte l’unité de surface sur laquelle elle s’exerce Diminution avec l’altitude 1 hpa = 0,75 mm HG = 10 m de dénivelé (à basse altitude) Réduction au niveau de la mer pour comparaison Appareils de mesure : baromètres (à mercure, anéroïde), barographes, altimètres Vent : girouette, anémomètre Vent = mouvement horizontal de l’air. Mesuré à 10 m au-dessus du sol (mat ou pylône) dans un endroit bien dégagé - Force mesurée par l’anémomètre. Vent moyen = sur 10 minutes vent maximal = rafale Unités : 10 m/s = 36 km/h = 18,6 kt - Direction (d’où vient le vent) mesurée par la girouette en degrés : E = 090°, S = 180°, W = 270°, N = 360° Quantité de précipitations : pluviomètres Mesurées par les pluviomètres, à lecture directe (forme d’entonnoir), ou lecture indirecte avec une éprouvette Précision : 1/10 mm Réchauffage pour les précipitations solides Les pluviographes à augets basculeurs permettent de mesurer aussi l’intensité Insolation : héliographe La durée d’ensoleillement est mesurée avec des héliographes. Héliographe Campbell, à sphère de verre : le soleil brûle un carton gradué Héliographe à fibre optique : insolation si intensité du rayonnement supérieure à 120 W/m2 Le pyranomètre mesure le rayonnement solaire global en J/cm2 grâce à une cellule photo-électrique. Autres paramètres - Evaporation mesurée avec des bacs à évaporation - Visibilité : mesurée par les visibilimètres, diffusiomètres ou transmissomètres (sur aéroports) - Hauteur des nuages : par télémètres de nuages - Observations humaines : nébulosité, type de nuages, occurrence de la plupart des phénomènes. Sur mer, caractères de la houle et des vagues NB : Météo-France n’effectue pas de mesure de pollution 2.3 - MESURES EN ALTITUDE Radiosondage On mesure la température, l’humidité la pression et le vent en altitude jusqu’à 25 kms environ par un ballon gonflé à l’hélium, équipé d’une radiosonde et suivi au radar En France métropolitaine, il y a 7 stations de radiosondage qui effectuent des mesures deux fois par jour (à 00 et 12 heures UTC) : Brest, Trappes, Nancy, Bordeaux, Lyon, Nîmes et Ajaccio Mesures d’avions Les avions de lignes transmettent régulièrement des mesures de température et de vent rencontrés sur leurs trajets. Julien BILLAULT-CHAUMARTIN Avril 2009 3 Météorologie Générale 2.4 - MESURES PAR TELEDETECTION Radars Radar = radio detection and ranging. Pour la météorologie, longueur d’ondes de quelques cm permettant de détecter les gouttes ou cristaux précipitants Echo reçu proportionnel à la grosseur et au nombre des gouttes. Portée d’environ 200 km A partir des images radar, on peut estimer les cumuls de précipitations sur différentes durées (portée réduite à 100 km) En 2009, le réseau français est composé de 24 radars Doppler, donnant une « mosaïque » du territoire toutes les 5 minutes Les images peuvent être entachées d’erreurs : nuages trop bas, gouttes trop petites, échos fixes, évaporation, etc, ce qui nécessite des précautions dans l’interprétation. Satellites météorologiques Principe de mesure - Radiomètre mesure le rayonnement visible et infrarouge reçu, dans différentes longueurs d’ondes, émis par les nuages ou par la terre en absence de nuage. - Visible : mesure du rayonnement solaire réfléchi par la terre ou les nuages (pas d’image de nuit) - Infrarouge : mesure la température du premier écho nuageux - Vapeur d’eau : mesure de l’humidité troposphérique Les différents satellites - Satellites à défilement : orbite circumpolaire entre 600 et 1000 km d’altitude bonne résolution, couverture géographique totale, mais 2 mntimage/jour au même endroit et 2 satellites en fonctionnement (1EU, 1 USA) - Satellites géostationnaires : orbite équatoriale à 36000 km d’altitude : image fréquemment renouvelée et couverture mondiale, mais moins bonne résolution spatiale et pas d’image aux hautes latitudes Depuis mars 2004, un nouveau satellite géostationnaire européen est opérationnel ; ses performances sont nettement améliorées (fréquence et résolution des images, pouvoir de détection). Les capteurs de foudre En France, le réseau de capteurs de foudre est constitué d’une vingtaine de balises radio-goniométriques qui détectent instantanément et très précisément, dans un rayon de 400 km, l’onde électromagnétique produite par les impacts de foudre touchant le sol, et mesurent leurs caractéristiques. D’autres systèmes permettent de détecter les impacts de foudre à l’intérieur des nuages, mais en France le réseau n’est que partiel. 3 - NOTIONS THEORIQUES DE BASE Composition et structure de l’atmosphère – Les échanges de chaleur – Circulation générale – Instabilité et humidité atmosphériques – Nuages et précipitations – Les masses d’air – La frontologie 3.1 - COMPOSITION ET STRUCTURE DE L’ATMOSPHERE Composition L’atmosphère est composée d’air sec, de vapeur d’eau et d’impuretés Air sec (masse molaire = 29 g) ; azote (78%), oxygène (21%) argon (1%), gaz carbonique (0,0035 %) , plus gaz rares, dont l’ozone. Vapeur d’eau (masse molaire 18 g) = eau sous forme de vapeur surtout près du sol, entre 0,1 % (air froid et sec) et 5 % (air chaud et humide). La densité de l’air diminue avec l’humidité. Impuretés ou aérosols : particules microscopiques d’origine naturelle (sel marin, cendres, poussières) ou anthropiques. Concentration variable. Indispensables pour la formation des nuages Structure Stratosphère Troposphère : -Epaisseur de 7 à 16 km des pôles à l’équateur - entre 12 et 50 km -Température décroissante (environ –0,65 °/100 m) - Couche d’ozone, hausse de la température -Presque toute la vapeur d’eau, et les ¾ de la pression -Limitée par la stratopause (50km, P=2hpa) -Tropopause : fin de la décroissance de la température Mésosphère Thermosphère - entre 50 et 90 km -Couche épaisse avec température croissante -Nouvelle baisse de la température (-80°C à 80 km) -Etoiles filantes 3.2 - LES ECHANGES DE CHALEUR Le rayonnement (échange radiatif) - Tout corps émet un rayonnement (énergie sous forme de radiations) qui dépend de sa température et de la nature de sa surface ; ce rayonnement provoque un refroidissement. - La longueur d’onde (et donc la fréquence) de ce rayonnement dépend de la température du corps : cette longueur d’onde sera d’autant plus courte que la température est élevée. - Tout corps en équilibre thermique reçoit autant d’énergie qu’il en émet. - Un corps noir est par définition un corps absorbant intégralement les radiations qu'il reçoit. Pour un corps noir, il est possible de calculer la puissance du rayonnement émis en fonction de sa température : loi de Stefan P = k T4. - Tout corps (autre qu’un “corps noir”) recevant une énergie sous forme de rayonnement en absorbe une partie et réfléchit l’autre partie - L’albédo est la fraction du rayonnement non absorbé (rétrodiffusé). Sur terre, sa valeur moyenne est de 0,28. Il est d’autant plus faible que la surface est sombre : il varie de 0,1/0,2 pour les océans et les forêts denses, à 0,8/0,9 pour les surfaces enneigées. Pour les nuages, il sera plus important pour les nuages bas et épais (jusqu’à 0,9 pour les cumulus) que pour les nuages élevés et fins (0,3 à 0,4 pour un cirrus). Julien BILLAULT-CHAUMARTIN Avril 2009 4 Météorologie Générale Le rayonnement solaire Le soleil, assimilé à un corps noir dont la température est de 6000°K, émet un rayonnement de très courte longueur d’onde : de 0,25 à 0,4 micron pour l’ultraviolet, de 0,4 à 0,7 micron pour le visible et de 0,7 à 4 microns pour l’infrarouge En moyenne, la valeur du rayonnement solaire incident à la limite de l’atmosphère est de 342 W/m2 dont : 107 sont renvoyés vers l’espace (67 après diffusion par les gaz, les aérosols et les nuages de l’atmosphère, 30 après réflexion par la surface terrestre), 67 sont absorbés par l’atmosphère et les nuages, 168 sont absorbés par la surface terrestre (c’est le rayonnement global) : 60% provenant directement du disque solaire (rayonnement direct), 40% provenant, après diffusion, de la voûte céleste (rayonnement diffus). Le rayonnement terrestre La surface terrestre se comporte approximativement comme un corps noir dont la température de surface est d’environ 15°C. L’application de la loi se Stefan permet de conclure qu’elle émet un rayonnement dont la valeur moyenne est de 390 W/m2, dont 40 repartent vers l’espace, 350 sont absorbés par l’atmosphère, principalement par la vapeur d’eau, les nuages et les différents gaz à effet de serre (dioxyde de carbone, méthane, ozone, etc..) Les longueurs d’onde de ce rayonnement sont nettement plus grandes que celles du rayonnement solaire : 4 à 80 microns (infrarouge) Le rayonnement atmosphérique L’atmosphère émet aussi un rayonnement (comme pour la terre, il s’agit d’un rayonnement dans l’infrarouge, avec des longueurs d’onde comprises entre 4 et 100 microns) En moyenne, sa valeur est de 519 W/m2, dont, 195 vers l’espace et 24 vers la surface terrestre Bilan radiatif - Espace : émission : 342 W. Réception : 107 (origine solaire) + 40 (origine terrestre) + 195 (origine atmosphérique), soit 342 W/m2. Bilan radiatif en équilibre - Surface terrestre Emission : 350 (vers l’atmosphère) + 40 (vers l’espace), soit 390 W/m2. Réception : 168 (du soleil) + 324 (de l’atmosphère), soit 492 W/m2. Bilan radiatif excédentaire de 102 W/m2 - Atmosphère : Emission : 324 (vers la terre) + 195 (vers l’espace), soit 519 W/m2. Réception : 67 (du soleil) + 350 (de la terre), soit 417 W/m2. Bilan radiatif déficitaire de 102 W/m2 Comme la surface terrestre et l’atmosphère sont globalement en équilibre thermique, il existe nécessairement un transfert d’énergie, autre que radiatif, de la surface terrestre vers l’atmosphère Echanges de chaleur liés au cycle de l’eau Sublimation Vaporisation Fusion SOLIDE LIQUIDE Solidification GAZ Condensation L’eau existe sous 3 formes : solide, liquide, gaz Il faut fournir de l’énergie (chaleur latente) pour passer de solide à liquide ou de liquide à gaz - Condensation et solidification fournissent de l’énergie au milieu environnantÉtats particuliers : sursaturation et surfusion L’énergie empruntée à la surface terrestre pour l’évaporation (océans chauds) est restituée à l’atmosphère par condensation La valeur moyenne de ce transfert est de 78 W/m2 Précipitations : une partie des précipitations s’évapore avant d’arriver au sol, ce qui refroidit l’atmosphère La neige qui fond dans une tranche positive provoque un refroidissement Condensation solide La convection En journée l’air chaud de surface s’élève dans l’atmosphère en y apportant de la chaleur La leur moyenne de ce transfert d’énergie de la terre vers l’atmosphère est de 24 W/m2 La conduction Propagation de la chaleur par agitation moléculaire La terre et l’atmosphère sont mauvais conducteur et ces échanges de chaleur ne sont pas significatifs. • Conductibilité de l’eau supérieure à celle de la terre • Conductibilité accentuée par les turbulences Bilan énergétique Avec les 78 W/m2 dus à l’évaporation et les 24 W/m2 dus à la convection, le bilan énergétique terre/atmosphère est équilibré Transferts énergétiques latitudinaux : les conditions astronomiques terre/soleil impliquent que les régions polaires sont en déficit énergétique par rapport aux régions intertropicales .Pour compenser ce déficit, un transfert d’énergie de l’équateur vers les pôles est donc nécessaire. Cycle diurne du bilan radiatif : En journée, le rayonnement solaire absorbé par la terre est nettement supérieur au rayonnement émis par la terre : la terre se réchauffe.La nuit, la terre ne reçoit plus rien du soleil, tandis qu’elle continue à perdre de l’énergie par rayonnement : elle se refroidit. L’effet de serre : C’est la restitution à la terre par l’atmosphère d’une grande partie du rayonnement terrestre : en moyenne 324 des 390 W /m2 émis. Mais cette proportion est très variable selon la composition de l’atmosphère : elle augmente avec la teneur en vapeur d’eau de l’atmosphère et donc avec la nébulosité (c’est pour cela que le refroidissement par nuit claire est plus important que par nuit nuageuse). Elle augmente aussi avec la proportion de “gaz à effet de serre”. On a calculé que sans cet effet de serre, la température moyenne à la surface de la terre serait de –.18° C, au lieu de + 15°C. Julien BILLAULT-CHAUMARTIN Avril 2009 5 Météorologie Générale 3.3 - CIRCULATION GENERALE (TROPOSPHERIQUE) La circulation générale atmosphérique est le résultat de : - La nécessité d’équilibrer le bilan radiatif de la terre : transfert d’énergie de l’équateur vers les pôles - La rotation de la terre Circulation théorique Vent = déplacement horizontal de l’air créé par la force de pression qui est perpendiculaire aux isobares, dirigée des hautes vers les basses pressions et proportionnelle au gradient de pression. En surface •Anticyclone froid près des pôles • Dépression dynamique près des 60° • Dépression convective équatoriale • Anticyclone dynamique près des 30 en conséquence : HN : vent de N du Pôle au 60° vent de S entre 30° et 60° vent de N entre 30° et équateur HS : sens inversé En altitude Disparition des anticyclones et dépressions thermiques • Hautes valeurs dans l’air chaud de faible densité près de l’équateur (maximum vers le 15°) • Basses valeurs dans l’air froid et dense des régions polaires On devrait donc avoir : HN : vent de S du 15° au pôle, vent de N faible du 15° à l’équateur HS : directions inversées Ce schéma assurerait facilement les transferts énergétiques méridiens nécessaires Force de Coriolis et hypothèse géostrophique Force de Coriolis : due à la rotation de la terre, proportionnelle au sinus de la latitude, elle dévie les objets en mouvement, vers la droite dans l’HN, vers la gauche dans l’HS Hypothèse géostrophique : la force de Coriolis est opposée à la force de pression (Fc = - Fp) ; on montre alors que le vent géostrophique est parallèle aux isobares Règle de Buys-Ballot : dans l’HN le vent tourne dans le sens des aiguilles d’une montre autour des anticyclones. Sens inversé autour des dépressions. Règle inversée dans l’HS - Hypothèse géostrophique non valable près de l’équateur (sinus de la latitude trop faible) - Forces de frottement près du sol, surtout sur les continents : le vent rente dans les dépression et sort des anticyclones Circulation géostrophique moyenne En surface En altitude A 90N D 60N A 30N Jet stream alizés calmes D B calmes équatoriaux alizés calmes A 30S D 60S A 90S H calmes Calmes 0 H calmes Jet stream B En thermodynamique, on montre qu’en moyenne la force du vent d’ouest augmente avec l’altitude jusqu’à la tropopause. Le « jet stream » est un axe de vent très fort, sous la tropopause tropicale, aux latitudes moyennes, plus marqué en hiver. De l’énergie d’origine tropicale est ainsi transformée en énergie cinétique à des latitudes plus élevée, et le jet stream joue un rôle majeur dans la formation des perturbations des latitudes tempérées Julien BILLAULT-CHAUMARTIN Avril 2009 6 Météorologie Générale Circulation réelle Cette circulation géostrophique est en réalité modifiée par : - La géographie : répartition océans/continents avec centres d’actions thermiques continentaux. - Hauteur du soleil et saisons : déplacement méridien des centres d’actions et de « l’équateur météorologique » avec le soleil (inertie de qqs semaines), plus important en surface qu’en altitude. Gradients de pression plus forts dans l’hémisphère hivernal 3.4 - INSTABILITE ET HUMIDITE ATMOSPHERIQUES Notion d’équilibre atmosphérique : stabilité et instabilité Lorsqu’une particule d’air est soulevée, elle se refroidit par détente (formule de base : PV/T= cste) ; lorsqu’elle atteint un certain niveau, sa température peut être soit : - Plus élevée que celle de l’air environnant, alors elle sera plus légère et elle continuera de s’élever ; la particule (et donc la tranche d’atmosphère concernée) sera instable. - Plus basse que celle de l’air environnant, alors elle sera plus lourde et elle redescendra ; la particule (et donc la tranche d’atmosphère concernée) est stable - Egale à celle de l’air environnant, et elle restera en équilibre. Remarques importantes : - Lorsqu’elle s’élève (détente), une particule saturée se refroidit moins rapidement qu’une particule non saturée : près du sol 0,5°/100 mètres contre 0,9°.Explication : un volume d’air saturé qui se refroidit encore va se condenser et libérer de la chaleur qui réchauffera le milieu environnant. - Une augmentation de température, ou un apport d’humidité rendront une particule plus légère, donc plus instable ou moins stable. Limite supérieure de l’instabilité L’ascension d’une particule instable sera arrêtée par une inversion de température ou une isothermie La tropopause, isothermie, est généralement suffisante pour arrêter les mouvements ascendants atmosphériques L’eau dans l’atmosphère La quantité d’eau que peut contenir l’air sous forme de vapeur est limitée ; elle est d’autant plus importante que la température est élevée et aussi que la pression est faible. On appelle rapport de mélange (Rv) la quantité d’eau sous forme de vapeur que contient l’air. ; il est exprimé en g/kg. Le rapport de mélange saturant (Rw) est la quantité maximale d’eau que l’air peut contenir sous forme de vapeur. Rw croît avec la température et décroît (moins nettement) avec la pression Lorsque cette quantité maximale de vapeur d’eau est atteinte, l’air est saturé ; à ce stade, si on ajoute de la vapeur d’eau (sans changer la température), ou si l’on refroidit l’air, l’excédent de vapeur d’eau se condensera. Représentation graphique de la structure verticale de l’atmosphère : l’émagramme On représente sur un émagramme particulier (appelé 761) le profil thermique et d’humidité de l’atmosphère, par exemple à l’endroit où l’on a réalisé le radiosondage. Voir le cours en ligne pour les différentes définitions et utilisations concrètes de cet émagramme 3.5 - NUAGES ET PRECIPITATIONS Constitution des nuages Les nuages sont composés • D’air et de vapeur d’eau • De gouttelettes (T sup à 0°, ou surfondues) : elles se forment en atmosphère saturée autour de fines particules (les aérosols), ou noyaux de condensation • De cristaux de glace si T inf à - 3°/-5°C : cristallisation des gouttelettes surfondues ou glaciation autour d’un noyau gloçogène Entre –3°/-5° et –40° les gouttelettes surfondues et cristaux de glace cohabitent au sein des nuages. Ils sont trop petits et trop légers pour précipiter Formation des nuages La saturation d’une tranche d’atmosphère, puis la condensation de l’air saturé peuvent se produire : - Par détente adiabatique (diminution de la pression sans échange de chaleur avec l’extérieur). C’est le phénomène le plus fréquent, l’air se refroidit par soulèvement pouvant être dû à la convection, à un forçage orographique ou au soulèvement de l’ensemble d’une tranche d’atmosphère. - Par refroidissement isobare (pression constante) : Surtout près du sol par refroidissement nocturne ; c’est le cas de certains brouillards et nuages bas - Par apport d’humidité : Evaporation, advection maritime, etc.. - Par mélange : Deux masses d’air différentes, proches de la saturation peuvent quelques fois en se mélangeant donner une masse d’air saturé. Formation des précipitations Pour précipiter les gouttelettes ou cristaux doivent grossir. 1 - Effet Bergeron : Transfert naturel de la vapeur d’eau des gouttelettes vers les cristaux qui deviennent plus gros. Il y a aussi transfert entre gouttelettes, de la plus petite vers la plus grosse, ou de la plus chaude vers la plus froide 2 - Captation ou coalescence : Par collision, les cristaux captent l’eau des gouttelettes et grossissent jusqu’à leur précipitation 97% des nuages qui précipitent ont un sommet avec T négative Les précipitations artificielles •Pluie provoquée :Si on augmente le nombre de noyaux gloçogènes dans les nuages à sommet négatif, on devrait amplifier l’effet Bergeron. Mais, les ensemencements avec des cristaux d’iodure d’argent n’ont pas donné les résultats escomptés • Lutte anti-grêle : Basée elle aussi sur l’augmentation du nombre de noyaux glaçogènes dans les nuages d’orage : si les cristaux de glace sont plus nombreux, le phénomène de coalescence sera limité et les grêlons plus petits ou inexistants. Les résultats sont aussi globalement décevants Julien BILLAULT-CHAUMARTIN Avril 2009 7 Météorologie Générale Classification des nuages Les météorologistes ont classé les nuages selon leur genre, espèce, variété et parfois leur origine, en adoptant une terminologie internationale latine. Il existe 10 genres de nuages classés en 3 groupes selon la hauteur de leur base. Les nuages supérieurs : :Cirrus (Ci) - Cirrocumulus (Cc) - Cirrostratus (Cs) Les nuages moyens : Altocumulus (Ac) - Altostratus (As) Les nuages bas : Cumulonimbus (Cc) - Cumulus (Cu) - Nimbostratus Ns) - Stratocumulus (Sc) - Stratus (St) Pour plus de détails sur l’aspect, les caractéristiques, les variétés de ces différents nuages, voire le cours en ligne 3.6 - LES MASSES D’AIR Définition Ce sont de grandes étendues d’air ayant séjourné assez longtemps sur une région climatique du globe (pôle, tropique, équateur) pour avoir un profil de température et d’humidité homogène. Classification selon l’origine géographique et thermique Elles seront : arctiques, polaires, tropicales ou équatoriales Ces différentes masses d’air (mais surtout les polaires et tropicales) auront des caractéristiques différentes selon qu’elles auront suivi un trajet maritime ou continental. Classification thermodynamique On peut aussi classer les masses d’air selon des critères thermodynamiques, qui mettront en avant les échanges de chaleur qui se produisent entre la masse d’air et la surface. 1- Masse d’air radiative : masse d’air qui se refroidit à sa base à cause du rayonnement terrestre - Saison froide. Origine arctique ou polaire. Stable plus ou moins humide Inversion de basses couches favorisant la stagnation de la pollution, avec ou sans brouillard ou stratus 2 - Masse d’air convective : Masse d’air réchauffé par la base en arrivant sur des surfaces plus chaudes- Origine polaire - Toutes saisons (moins nettes en été). - Instables, parfois jusqu’à la tropo. Nuages cumuliformes (averses, orages) Types : normal (Cn), convergent(Cc) ou divergent(Cd), Inversion nocturne près du sol (Ci) 3 - Masse d’air cinématique ; Masse d’air «ancienne» dont l’évolution ne dépend plus des échanges de chaleur avec la terreOrigine tropicale, parfois polaire. Instabilité et types de nuages variables. Plus fréquentes en saison chaude3 types : divergent (Kd), convergent (Kc) ou de mélange (Km) 3.7 - LA FRONTOLOGIE Le front polaire C’est la limite qui sépare les masses d’air d’origine polaire et d’origine tropicale. Il se situe aux latitudes tempérées Si les masses d’air circulent côte à côte sans interférence, il n’est pas actifUn conflit entre l’air tropical et l’air polaire, générateur de mouvements ascendants, donnera naissance à une perturbation du front polaire Perturbation du front polaire Occlusion Frontolyse Maturité Naissance ou cyclogénèse Si une anomalie chaude de Si les conditions restent Poussé par l’anomalie d’altitude Avec le rejet de l’air chaud en surface ou un creux d’altitude favorables (persistance de qui se déplace plus vite que l’air altitude, les mouvements passe au voisinage du front l’alimentation chaude en surface chaud de surface, le front froid ascendants diminuent puis polaire (inactif), il va se produire et d’une intrusion froide en rattrape plus ou moins cessent. C’est la fin de la une dépression en surface, créant altitude), la dépression se creuse rapidement le front chaud, perturbationLe front polaire se un mouvement cyclonique•A rapidement en se déplaçant rejetant l’air chaud en altitude réduit à la partie méridionale et l’ouest, l’air froid amorce un Les mouvements ascendants se L’occlusion est la partie de la redevient souvent quasimouvement vers le sud renforcent et provoquent perturbation où il n’y a plus stationnaire et inactif. • A l’est l’air chaud se décale condensation et précipitations d’air chaud en surface. Il peut aussi se régénérer à la vers le nordLe front polaire se Les mouvements ascendants faveur de circonstances transforme en un système front s’atténuent favorables froid et front chaud avec des mouvements ascendants Julien BILLAULT-CHAUMARTIN Avril 2009 8 Météorologie Générale Phénomènes météorologiques associés à une perturbation Marge Avant front chaud Secteur chaud Nuages Elevés s’épaississant En couches, épais Bas et moyens Précipitations Néant Pluie faible puis Bruine ou pluie modérée éparse Pression Baisse Baisse Stationnaire Vent SW SW se renforçant W Température Stationnaire ou Stationnaire ou Hausse puis légère hausse légère baisse stationnaire Voisinage front froid Epais instables Pluie ou averses fortes Traîne Cumuliformes Averses Hausse NW Baisse Hausse NW Baisse ou stationnaire 4 -LES PRINCIPAUX PHENOMENES METEOROLOGIQUES Différents types de précipitations - Les brouillards - Le vent en surface - Phénomènes locaux - Les orages - Les tornades - Les cyclones tropicaux - La ZCIT et la mousson 4.1 - LES DIFFERENTS TYPES DE PRECIPITATIONS Les précipitations stables Issues de nuages stratiformes : As, Ns, parfois Sc ou St . Liées à des ascendances faibles (qqs cm/s) mais de grand échelle. Surtout à l’avant des fronts chauds • La pluie : diamètre 0,5 à 2 mm Vitesse de chute 1 à 4 m/s Intensité 1 à 3 mm/h • La bruine : diamètre inf à 0,5 mm Vitesse de chute 0,2 à 1 m/s Surtout régions côtières Nuages bas • Neige : T inf à 2° Possible avec T très basse, mais intensité plus faible • Verglas (pluie ou bruine verglaçante) Les précipitations instables Précipitations soudaines, brèves, parfois avec rafales, intensité forte (10 à 30mm/h) : averses ou ondées. Issues de nuages cumuliformes : Cu, Cb Ac parfois Sc. Liées à des ascendances fortes (qqs m/s) mais à l’échelle du nuage. Surtout dans les traînes, ou fronts froids • Averses de pluie : diamètre 1 à 5 mm Vitesse de chute : 2 à 8 m/s • Averses de neige : possible avec T=5/6° avant l’averse • Averses de grêle ou grésil : particules de glace ayant franchi plusieurs fois l’iso 0° Evaporation et dépôt Une partie des précipitations s’évapore avant d’atteindre le sol, ce qui provoque un refroidissement de la couche, et parfois une baisse de l’iso°. • Virga = précipitations s’évaporant totalement avant d’atteindre le sol •Rosée = condensation sur des surfaces avec T inf à Td • Givre = même phénomène, mais avec T inf à 0° 4.2 - LES BROUILLARDS Définitions Brouillard si visibilité inf à 1 km Brume si visibilité entre 1 et 5 km Brouillard = St qui touche le sol Fines gouttelettes, parfois surfondues ou cristaux de glace, parfois précipitants et/ou givrants. Les différents types de brouillard - Le brouillard de rayonnement C’est le brouillard le plus fréquent. Il se forme en cours ou fin de nuit, par ciel dégagé et vent faible ou calme, quand T (par rayonnement) =Td Dissipation fréquente par évolution diurne de T - Le brouillard d’advection : Il se forme quand de l’air humide, non saturé, arrive sur une surface plus froide. Par exemple la nuit sur les régions côtières- Brouillard d’évaporation Condensation de la vapeur d’eau issue de l’évaporation d’une surface liquide plus chaude que l’air (plan d’eau en fin de nuit, ou en été routes trempées par une averse) - Brouillard de pente Condensation près du sol par détente adiabatique forcée par une pente. - Brouillard de mélange Peut se produire (rarement) quand 2 masses d’air proches de la saturation le deviennent en se mélangeant 4.3 - LE VENT EN SURFACE Généralités Vent du gradient : c’est le vent « moyen » • force proportionnelle au gradient de pression • direction à peu près parallèle aux isobares • sens inverse des aiguilles d’une montre autour des dépressions dans l’HN Rafales = vitesse maximale instantanée (de 1.5 fois le vent du gradient dans pour un vent laminaire à beaucoup plus quand il y a une forte instabilité) Remarque :les tempêtes des régions tempérées sont dues au resserrement du gradient de pression, consécutif au creusement d’une profonde dépression. Poussée par le jet stream d’altitude, qui a contribué à leur formation, elles se déplacent assez rapidement (de 50 à 100 km/h), généralement vers l’est ou le nord-est (hémisphère nord), avec une durée de vie variant entre 1 à 3 jours. Julien BILLAULT-CHAUMARTIN Avril 2009 9 Météorologie Générale Echelle de Beaufort : Graduée de 0 à 12 selon la force du vent moyen Cf dans le cours en ligne des différentes caractéristiques Les brises côtières Brise de mer En journée, vent frais venu de la mer, remplaçant l ’air terrestre qui s ’élève par convection Favorisée par un vent du gradient faible et soufflant vers la terre, forte différence thermique terre/mer, instabilité sur terre • Le front de mer = ligne de Cu sur la terre (10 à 20 km) au-dessus des 1° ascendances Brise de terreLa nuit, le phénomène s ’inverse avec la terre qui se refroidit plus vite que la mer Les brises de relief Les brises montantes ou vent anabatique En journée, les pentes exposées au soleil se réchauffent plus vite, d’où mouvements ascendants créant la brise de pente ou brise montante Extension progressive à l’ensemble de la vallée pour former la brise d’aval. L’ensemble de ces brise est appelé brise de vallée Les brises descendantes ou vent catabatique La nuit, le phénomène s’inverse : les brises descendantes (sur les pentes) et la brise d’amont (dans la vallée) composent la brise de montagne. Les vents catabatiques peuvent être très violents ; c’est le cas dans les régions polaires. Quelques vents locaux •En France : Mistral, Tramontane, Autan (blanc ou noir), Bise, Galerne (violent, humide et frais, de NW, Golfe de Gascogne), Marin (humide et doux, SE, en hiver Provence et Languedoc), Libeccio (violent, W à SW, toute saison Corse et Italie) • Ailleurs Alizés, Blizzard ,Harmattan (très sec, NE, Sahel sauf saison des pluies), Grégal (violent, froid, Méditerranée et Egée), Chinook (chaud et sec, Colorado), Simoun (chaud, sec, avec sable, Afrique du Nord, Moyen-Orient) 4.4 - PHENOMENES LOCAUX INTERESSANTS Foehn et effet de foehn Foehn = vent sec et chaud soufflant dans des vallées sous le vent d’un massif montagneux Effet de foehn = assèchement et réchauffement des basses couches sous le vent d’un massif montagneux Effet de foehn en Alsace : précipitations annuelles : 1445 mm à Remiremont, 580 mm à Colmar Peut favoriser les avalanches Ondes de relief et nuages lenticulaires Mouvement ondulatoire en aval d’un relief si flux d’air stable, assez fort, régulier et bien orienté. Succession de zones ascendantes et descendantes Extension verticale (plus km) horizontale (plus 100 km) Aux sommets des parties ascendantes, il peut se former, si les conditions d’humidité sont favorables, des nuages en forme de « piles d’assiettes » ou de lentilles, appelés « lenticularis ». Sous le mouvement ondulatoire, on observe souvent de fortes turbulences, pouvant être dangereuses pour l’aéronautique. Pellicule froide de basses couches - Situation anticyclonique : en hiver refroidissement radiatif près du sol et inversion favorisant la concentration de la pollution, avec ou sans brouillard ou stratus - Situation perturbée : sur l’est de la France, la (ou les) première perturbation est atténuée, le vent est trop faible pour bousculer la pellicule froide, et le profil thermique est souvent favorable à la formation de pluie verglaçante Julien BILLAULT-CHAUMARTIN Avril 2009 10 Météorologie Générale 4.5 - LES ORAGES Les cumulonimbus Les orages sont associés aux cumulonimbus (Cb), nuages très instables, dont le sommet atteint généralement la tropopause : 12 à 13 000 m en été dans l’air tropical, 5 à 6000 m en hiver dans l’air polaire. Il prend naissance au sein d’une masse d’air instable sur une grande épaisseur Fortes ascendances à l’intérieur du Cb, subsidences à la périphérie, d’abord au sommet Les précipitations dans le nuage favorisent la formation d’un courant de densité, vers le sol, générateur des fortes rafales de vent Déclin du Cb lorsque les ascendances et subsidences se rencontrent et s’inhibent. Un cisaillement de vent (variation de direction et/ou de force avec l’altitude) prolonge la durée de vie d’un Cb Les différents types d’orages Les orages d’air polaire Dans la traîne, à l’arrière des fronts froids. Sommets des Cb (souvent « calvus ») vers 5 à 6 km. Se produisent surtout au printemps et en automne. Brefs (vent fort en altitude) mais parfois fortes rafales. Les orages d’air tropical Surtout en période chaude. Sommet des Cb (souvent « capillatus ») vers 12 à 13 km. On distingue : - Les orages orographiques : générés par les ascendances forcées par le relief - Les orages frontaux : générés par des ascendances de grande échelle. Ils peuvent balayer de vastes régions avec une activité irrégulière d’un endroit à l’autre - Les orages d’évolution diurne : ils sont générés par des ascendances convectives liées à l’évolution diurne de la température en surface. Les nuages convectifs passent par différents stades (du petit Cu au gros Cb)Les cellules restent isolées, mais elles sont parfois durables et violentes. La foudre et le tonnerre Déformation du champ électrique par les mouvements et chocs internes au Cb. Eclairs = décharges électriques pour rééquilibrer le champ de potentiels Tonnerre = ondes sonores dues à l’augmentation de pression consécutive au réchauffement atmosphérique produit par l’éclair. 4.6 - LES TORNADES Définition et description Les tornades sont des tourbillons atmosphériques de vent intense, d’axe quasi-vertical et de petite dimension. Elles se forment à la base de certains cumulonimbusSur mer, ce phénomène est appelé « trombe marine »Echelle de Fujita : Les tornades sont regroupées en 6 classes d’intensité selon l’échelle internationale de Fujita, adoptée en 1981 et révisée en 2007 (de F0 pour les faibles tornades n’occasionnant que de légers dégâts, à F5 pour les plus violentes) Tuba = excroissance nuageuse en forme d’entonnoir Buisson composé de débris (embruns en mer) Vitesse du vent difficile à mesurer ; peut dépasser 400 km/h Pas précipitations près du tuba, mais dans les zones environnantes tuba Durée de vie de quelques minutes à plusieurs heures. Tuba incliné = tornade en fin de vie Déplacement capricieux mais lié à celui du Cb générateur (souvent entre 30 et 50 km/h) buisson Formation et prévision - Formation : Mécanisme précis mal connu. • Elles se produisent au stade le plus intense des foyers orageux. • Un fort cisaillement de vent est nécessaire ainsi qu’un mouvement rotatif de l’air sous le Cb.Conflit entre masses d’air thermiquement différentes. - Détection : par radar doppler, mais toutes les tornades ne sont pas détectées - Prévision : impossibilité de prévoir le déclenchement d’un phénomène de si petite échelle, mais on sait prévoir les situations où ils risquent de se produire. Climatologie des tornades Un peu partout dans les régions tempérées et tropicales. Les plus fortes et destructrices en USA dans les Grande Plaines et le bassin du Mississipi. Existent aussi en Europe et en France Julien BILLAULT-CHAUMARTIN Avril 2009 11 Météorologie Générale 4.7 - LES CYCLONES TROPICAUX Les perturbations cycloniques Ce sont des perturbations tourbillonnaires des latitudes tropicales, associées à des dépressions On distingue 3 stades selon la force du vent moyen au centre de la dépression : • Vent inférieur à 62 km/h : dépression tropicale • Vent compris entre 63 et 117 km/h : tempête tropicale • Vent supérieur à 117 km/h : ouragan (typhon dans le Pacifique NW), appelé aussi cyclone tropical NB : le vent est plus souvent estimé à partir des images satellite que mesuré avec des instruments Baptême et classification - Baptême : à partir du stade de la tempête tropicale (Pré)nom (mixte) coordonné par l’OMM sur proposition des CMPC - Classification selon l’échelle de Saffir-Simpson : 6 classes fonction de la pression au centre et du vent maximal Structure Le cyclone se caractérise par une énorme masse nuageuse d’un diamètre moyen de 500 à 1000 km, organisée en bandes spiralées convergeant vers un anneau central : c’est la partie la plus active (pluies torrentielles et vents les plus violents). Au centre de cet anneau, se trouve l’œil, zone d’accalmie (vent faible, ciel peu nuageux) au cœur de la dépression. Son diamètre varie de 20 à 40 km. L’œil est entouré d’une muraille nuageuse compacte s’élevant jusqu’à 13 à 16 km, c’est le mur de l’œil Vie d’un cyclone Conditions nécessaires à la formation d’un cyclone - Latitude supérieure à 5° (Coriolis) - Océan chaud : T supérieure à 26/27° sur une grande épaisseur - Masse d’air humide et instable Evolution d’un cyclone- Selon les conditions météorologiques rencontrées, un ouragan peut passer par différents stades en s’intensifiant ou en s’affaiblissant - La durée de vie est généralement comprise entre 5 et 20 jours Fin d’un cyclone : - Pénétration sur un continent - Océan pas assez chaud - Découplage du sommet et de la base du cyclone (cisaillement de vent) Trajectoire et prévisions La trajectoire elle a souvent une forme parabolique - D’abord un mouvement vers l’ouest, sur la face équatoriale des anticyclones subtropicaux - Incurvation vers les pôles à la faveur d’un couloir dépressionnaire - Enfin, parfois, reprise du système dans le flux perturbé d’ouest des latitudes moyennes (avec disparition rapide par températures devenant trop froides Mais certaines trajectoires son peuvent être très différentes Vitesse de déplacement : de l’ordre de 15 à 30 km/h. Elle est en partie liée à vitesse du vent dans les couches moyennes de la troposphère, assez faible à ces latitudes. Prévisions : malgré des progrès constants et indéniables au cours des dernières années, les prévisions de trajectoire restent délicates. L'erreur moyenne dans la position prévue du centre d'un système tourbillonnaire dans les régions des Petites Antilles est d’environ : 100 km à 24 heures, 200 km à 48 heures, 300 km à 72 heures Les dangers d’un cyclone Si l’on imagine assez facilement les dangers liés aux vents tempétueux et aux précipitations diluviennes, et les dégâts qu’ils peuvent occasionner, les effets meurtriers causés par la mer sur les régions côtières sont peut-être moins connus. La houle : générée par le vent, se déplace généralement plus rapidement que le cyclone. En atteignant les côtes, souvent bien avant le cyclone, elle peut provoquer des inondations, surtout si elle est amplifiée par la présence de bas fonds. La marée de tempête est une élévation du niveau de mer, pouvant atteindre 6 à 7 mètres, engendrée en partie par la profonde dépression associée au cyclone. Non perceptible en mer, elle provoque une sorte de raz de marée en arrivant (parfois à l’improviste) sur les rivages. Elle peut, elle aussi, être amplifiée par la présence de bas fonds, et peut, si le terrain est plat, pénétrer à l’intérieur des terres sur plusieurs dizaines de km . C’est de loin de phénomène le plus meurtrier (300 000 morts au Bengladesh en 1970) 4.8 - ZCIT et MOUSSON ZCIT = Zone de Convergence InterTropicale Axe de basses pressions avec convergence des alizés. C’est aussi l’équateur météorologique. Sa variation méridienne qui suit le déplacement apparent du soleil conditionne la climatologie des régions intertropicales. Mousson = alizé trans-équatorial dévié Lorsque la ZCIT est située à des latitudes assez hautes, les alizés sont déviés vers l’ouest après avoir franchi l’équateur. Effet de mousson : la rencontre de cette mousson, humide et chaude, de composante ouest, avec l’alizé d’est de l’autre hémisphère provoque un renforcement des mouvements ascendants et de l’activité pluvio-instable Julien BILLAULT-CHAUMARTIN Avril 2009 12 Météorologie Générale 5 - LA PREVISION De l’observation à la prévision - La prévision avant les ordinateurs - La prévision numérique - Les échelles, les échéances, la prévisibilité 5.1 - DE L’OBSERVATION A LA PREVISION Transmettre Toutes les données d’observation sont transmises instantanément et circulent sur un réseau international, le plus souvent via satellites, coordonné par l’OMM. Les messages d’observation sont codés, tandis que les images satellite ou radar sont numérisées. Traiter Dans les centres de traitement (Toulouse pour la France), les données d’observation sont reçues, traitées (décodées, mises en forme, etc..) et retransmises vers les centres météorologiques. Actuellement, en France, les données d’observations effectuées à l’heure H, sont disponibles dans les différents centres, sous forme de cartes pointées, prêtes à être analysées par les prévisionnistes, environ 10 minutes plus tard. Il faut un peu moins de temps à une image satellite pour arriver sur les écrans d’ordinateurs, et 5 minutes suffisent pour disposer de l’image rassemblant les données du réseau radar. Analyser Toutes ces données d’observation sont en permanence analysées dans les centres de prévisions. Elles vont permettre de suivre l’évolution de la situation météorologique, de la comparer avec les dernières prévisions réalisées, qui seront, en cas de besoin, amendées. Mais les observations météorologiques servent aussi (et de plus en plus surtout) à alimenter en matière première les puissants calculateurs élaborant les prévisions numériques. 5.2 - LA PREVISION AVANT LES ORDINATEURS ET LES SATELLITES Utilisation en météo des calculateurs et des satellites vers 1970. Avant, la prévision était surtout une extrapolation (sophistiquée) des analyses, forcément incomplètes. Prévisions limitées à 2 jours (3 dans certaines situations), pas très fiables. 5.3 - LA PREVISION NUMERIQUE Historique •Début XX° : Bjerkness, puis Richardson mettent au point les équations permettant de calculer l’état futur de l’atmosphère à partir de son état initial : calculs trop difficiles •Années 40 : Rossby propose des simplifications réalistes et les scientifiques mettent au point les premiers calculateurs électroniques •1949 : Von Newman réalise la première prévision numérique : résultat encourageant •1960/1975 : généralisation de la prévision numérique La modélisation de l’atmosphère Principe : calcul de l’état futur de l’atmosphère à partir de son état initial Découpage de l’atmosphère : Horizontal : grille et mailles Vertical : niveaux Équations de l’atmosphère • Basées sur la conservation de la masse, de l’énergie et de la quantité de mouvement • Prennent en compte la pression, l’humidité, la température, le vent et le temps (time) Obligation de procéder par itération et de simplifier les équations (hypothèse hydrostatique ne permettant pas de simuler la convection : accélération verticale négligée) Les modèles numériques La physique des modèles : paramétrisation complexe pour tenir-compte des échanges énergétiques entre l’atmosphère et les sources externes (soleil, terre, océans). Il faut aussi paramétriser des phénomènes de petite échelle, inférieure à celle de la maille, tels que la convection, les nuages, etcEvolution des modèles Erreur à 3 jours en 1999 = erreur à 1 jour en 1983 Progrès de la recherche et la puissance des calculateursRapidité de la prévision : compromis entre qualité/ complexité du modèle et le temps de calcul. Les modèles actuels •La plupart des pays disposent de modèles globaux à mailles fines (30 à 50 kms), de modèles régionaux à mailles plus fines (10 kms) et certains ont développé des modèles de méso-échelle, à maille très fines (2 à 3 kms) sur des domaines plus petits. • Centre européen spécialisé pour les prévisions au-delà de 3 jours • Autres modèles : climatologie, études fines locales Modèle français ARPEGE/ALADIN/AROME ARPEGE : mailles variables de 25 à 250 km – 41 niveaux ALADIN : zoom d’ARPEGE sur l’Europe Occidentale. Mailles de 10 kms AROME : modèle non hydrostatique (capable de simuler la convection), mailles de 2,5 kms, sur la France « élargie » • 4 « runs » par jour jusqu’à 96 heures d’échéance. Disponibilité : 3 heures (2 pour l’analyse, 1 pour les calcul). Les limites des modèles •L’état initial : malgré un nombre croissant d’observations et des méthodes d’assimilation de plus en plus sophistiquées, l’état initial de l’atmosphère dans les modèles est imparfait. •La puissance de calcul : encore insuffisante •La méthode déterministe : le caractère chaotique de l’atmosphère a pour conséquence l’impossibilité de prévoir des phénomènes de petite échelle pouvant avoir des conséquences importantes au bout de quelques jours. Julien BILLAULT-CHAUMARTIN Avril 2009 13 Météorologie Générale Expertise humaine des prévisions numériques Prévisions numériques = chiffres présentés sous forme d’isolignes sur fond de carte adapté. Elles nécessitent une interprétation humaine On réalise des adaptations statistiques pour améliorer la valeur de certains paramètres. Mais l’expertise humaine des spécialistes est encore nécessaire pour ajuster ou modifier les prévisions numériques 5.4 - LES ECHELLES, LES ECHEANCES, LA PREVISIBILITE Les échelles Tous les phénomènes météorologiques ne se produisent pas à la même échelle spatiale. - La micro-échelle concerne les phénomènes très brefs et de toute petite dimension, comme par exemple la turbulence, les rafales ou la condensation de la vapeur d’eau. Ces phénomènes ne sont pas prévisibles dans le détail. - L’échelle aérologique permet l’analyse des phénomènes dans leur dimension verticale ; elle concerne les orages, les averses ou les tornades, qui eux aussi ne sont pas prévisibles dans le détail. - La méso-échelle concerne les phénomènes locaux durant quelques heures : brises, lignes d’orages, etc. Les modèles à échelle fine sont adaptés à cette prévision. - L’échelle synoptique, couramment utilisée pour l’analyse et la prévision, concerne des phénomènes comme les perturbations dont la durée de vie est de quelques jours. - L’échelle planétaire met en évidence les grandes lignes de la circulation sur quelques semaines, parfois plusieurs mois. Les échéances On ne réalise pas de la même manière, avec les mêmes outils et avec le même degré de précision une prévision à quelques heures d’échéance sur un endroit précis et une prévision pour le week-end prochain sur la France. La prévision immédiate (échéance de 1 à 6 heures) •Évolution précise du temps sur un lieu : aéroport, compétition sportive (Roland Garros, Formule 1) • Extrapolation du temps à l’échelle locale (radar, satellite, foudre), plus utilisation de prévisions numériques fines. • Prévisibilité : prévisions précises des précipitations advectées, mais difficultés de prévoir la naissance d’une averse ou d’un orage La prévision à très courte échéance (6 à 24 heures) •Évolution pour la journée, sur un pays, une région, une localité • Ajustement des prévisions numériques en fonction des dernières observations • Prévisibilité : peu d’erreurs de grande échelle, mais des erreurs possibles à l’échelle locale et pour certains phénomènes • Réseau d’observations nocturnes incomplet La prévision à courte échéance (1 à 3 jours) •Prévision la plus diffusée par les médias • Prévision déterministe : basée sur un seul état futur de l’atmosphère • Méthode : comparaison de plusieurs modèles et recherche du meilleur compromis. La prévision reste précise. • Prévisibilité : des erreurs de grande échelle peuvent s’ajouter aux erreurs d’échelle locale. Résultas fortement liés à la qualité de la prévision numérique, mais aussi de la situation météorologique La prévision à moyenne échéance (4 à 7 jours, parfois jusqu’à 10 jours) • A partir de 4/5 jours la prévision déterministe risque de conduire à de grosses erreurs • On utilise la prévision d’ensemble : on fait tourner un grand nombre de fois le modèle un peu simplifié, en changeant de manière adéquate les conditions initiales, et on analyse les résultats • Prévisibilité : on prévoit le type de temps le plus probable sans le détailler. • Indice de confiance : il sera d’autant plus grand que la dispersion sera faible Prévisions probabilistes : A partir de cette prévision d’ensemble, on peut aussi calculer la probabilité pour que tel ou tel évènement se produise : si l’événement est prévu 20 fois sur les 50 runs du modèle, on dira que la probabilité de cet évènement est de 40%. La prévision saisonnière (jusqu’à 6 mois, voire 1 an) Il est scientifiquement impossible de prévoir le détail des situations météorologiques plus de 10 à 15 jours à l'avance, il est donc inutile de faire « tourner » un modèle déterministe au-delà de ces échéances. Par ailleurs, compte tenu de l’inertie thermique des océans, il est raisonnable de penser que les conditions moyennes atmosphériques sont durablement (quelques semaines à quelques mois) influencées par les conditions thermiques océaniques, et notamment leurs anomalies. On réalise donc les prévisions saisonnières en « couplant » un modèle atmosphérique global (de type ARPEGE, mais un peu simplifié) à un modèle océanique qui va prévoir sur plusieurs mois l’évolution de l’état océanique à partir des conditions initiales. Ce sont des prévisions d’ensemble, obtenues avec plusieurs états initiaux de l’atmosphère et de l’océan. - Prévisions mensuelles réalisées par le Centre Européen : prévisions probabilistes d’anomalies de températures ou de précipitations et des types de régimes atmosphériques, sur 4 semaines. Ces prévisions sont réactualisées chaque semaine. - Prévisions saisonnières, réalisées dans une vingtaine de services météorologiques dans le monde, dont Météo-France, et réactualisées une fois par mois : prévisions probabilistes d’anomalie de températures et de précipitations, généralement moyennées sur 3 mois et sur des échéance de 6 à 12 mois Ces prévisions saisonnières sont évidemment vérifiées et leurs performances sont très variables selon le lieu, la saison et le paramètre météorologique concerné. Les résultats sont satisfaisants dans la ceinture inter tropicale, mais en Europe occidentale, la prévisibilité, sans être nulle, reste faible. Julien BILLAULT-CHAUMARTIN Avril 2009 14 Météorologie Générale 6 - LES AUTRES ACTIVITES Diffuser – Rechercher – Enseigner - Archiver 6.1 - DIFFUSER Les alertes pour la sécurité des personnes et des biens Cartes de vigilance et bulletins de suivi en cas de phénomènes dangereux Communiqués de presse pour les médias Bulletins spéciaux (marine, aéronautique) Participation à différents plans d’intervention (nucléaires, chimiques, inondations, autoroutes, etc...) Les diffusions commerciales - Bulletins sur serveurs (audio, vidéo, Internet) propres à Météo-France. - Bulletins spécifiques à destination des médias. - Bulletins adaptés à des catégories d’utilisateurs (marine, transport, énergie, tourisme, agriculture, etc...), et le cas particulier de l’assistance à l’aéronautique. - Bulletins d’avertissement, envoyés à des clients dès que le dépassement des certains seuils météorologiques sont prévus. - Les assistances diverses (sportives, culturelles, etc...). - Les renseignements ou études climatologiques. - La mise à disposition sur Internet de données élaborées, comme l’imagerie radar ou les sorties de modèles numériques. 6.2 - RECHERCHER Organismes • Le Centre National de Recherches Météorologiques (Toulouse) • Le Centre d’Etudes de la Neige (Grenoble) • Le Centre d’Avions Météorologique (Brétigny) • Le Centre de Météorologie Marine (Brest) Les domaines de recherche • Physique et chimie de l’atmosphère • Etude du manteau neigeux (prévision d’avalanches) • Modèles numériques et nouveaux concepts • Climatologie (changements climatiques) • Développement instrumental • Campagnes de mesures 6.3 - ENSEIGNER La formation initiale • L’E.N.M. (Toulouse) forme la plupart des météos français (entrée sur concours) • Les universités La formation continue Science en permanente évolution. Nécessité de remise à niveau. La formation extérieure : Initiation ou perfectionnement en météorologie pour différents organismes 6.4 - ARCHIVER • Toutes les données d’observations météorologiques sont conservées, après avoir été si nécessaire corrigées, complétées, voire reconstituées • Elles sont utilisées pour la climatologie et la recherche • Les données de prévisions (prévisions numériques, bulletins) sont également archivées sur une certaine période (contrôles de qualité) Julien BILLAULT-CHAUMARTIN Avril 2009 15 Météorologie Générale 7 - LA METEOROLOGIE SUR INTERNET Les généralistes (observations, prévisions, climatologie, webcam, etc..) Bien-sûr Météo-France : http://www.meteofrance.com/FR/index.jsp Mais aussi 3 bons sites en français : - http://www.wofrance.fr/ (existe aussi en version originale allemande : http://www.wetteronline.de/) - http://www.meteociel.fr/ - http://www.infoclimat.fr/accueil/ - http://www.meteo-paris.com/ - http://www.passion-meteo.net/ http://www.meteo-world.com/, intéressant pour ses actualités météo internationales On citera encore Météo Consult, le principal concurrent français de Météo-France : http://www.meteoconsult.fr/ Les rubriques Images satellite : http://www.allmetsat.com/fr/index.html http://www.sat24.com/frame.php?html=homepage http://www.satmos.meteo.fr/html/index2.html Images radar : http://www.meteociel.fr/accueil/radar.php (France) http://www.meteox.fr/h.aspx?r=&jaar=-3&soort=loop1uur (Europe) http://www.weathermatrix.net/radar/data/world/ (monde) Radiosondages : http://expert.wofrance.fr/daten/profi/fr/temps/temps_frfr.html http://www.westwind.ch/w_0sow.php Images foudre : la plupart des sites généralistes, par exemple : http://www.meteociel.fr/accueil/foudre.php Nuages : http://www.wolkenatlas.de/ (le meilleur site de photos de nuages)= Tornades : http://www.keraunos.org/ http://www.passion-meteo.net/decouverte/tornade.htm http://sitetornades.free.fr/Pages/MozillaFirefox/%5BIndex%5D.htm http://membres.lycos.fr/animageo/ (pour les photos) Cyclones : http://www.meteo.gp/Cyclones/index.php http://www.meteo.nc/cyclones/cycl_der.php http://www.noaawatch.gov/themes/tropical.php Prévisions numériques : la rubrique modèles de http://www.meteociel.fr/ http://expert.wofrance.fr/ http://www.wetterzentrale.de/topkarten/ http://www.westwind.ch/ Prévisions saisonnières : http://www.metoffice.gov.uk/research/seasonal/index.html http://www.ecmwf.int/products/forecasts/d/charts Comprendre la météorologie http://www.meteofrance.com/FR/pedagogie/index.jsp http://www.meteofrance.com/FR/actus/dossier/liste.jsp http://www.cnrm.meteo.fr/ http://www.atmosphere.mpg.de/enid/1941 http://www.ffme.fr/technique/meteorologie/index.htm http://la.climatologie.free.fr/sommaire.htm (malgré quelques erreurs) et penser à consulter wikipedia Sites de liens http://meteocentre.com/toulouse/ http://www.liensutiles.org/meteo.htm http://francis.meurisse.free.fr/ Julien BILLAULT-CHAUMARTIN Avril 2009
