1 – l`atmosphère

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METEOROLOGIE
« BIA Volant »
BIA Volant
Henri Castanet
Sommaire
1 – l’atmosphère
1.1 – structure
1.2 – composition de l’atmosphère
1.2.1 – les gaz
1.2.2 – variation de la quantité de gaz
1.3 – définition de « l’atmosphère standard »
1.4 – variations de températures
1.4.1 – diminution de température en atmosphère standard
1.4.2 – isothermie et inversion de température
1.4.3 - réchauffement, refroidissement de la terre
1.4.3.1 - principe
1.4.3.2 - variations journalières de la température
1.4.4 - répartition des températures à la surface de la terre
1.4.5 - mesure de la température
1.5 - variation de pression
1.5.1 - principe du baromètre
1.5.2 - unité de mesures
1.5.3 – variation de pression en basses couches
2 – variation du champ de pression
2.1 – terminologie
2.1.1 – lignes isobariques :
2.1.2 – anticyclone :
2.1.3 – dépression :
2.1.4 – marais barométrique :
2.1.5 – dorsale :
2.1.6 – thalweg :
2.2 – les vents :
2.2.1 – vents et champs de pression :
2.2.2 – vents locaux :
- mistral tramontane :
- vent d’autan
2.2.3 – les brises
2.2.3.1 - Au bord de la mer
- brise de mer
- brise de terre
2.2.3.2 – En montagne
- brise ascendante de pentes et de vallées
- brise descendantes de pentes et de vallées
2.2.4 – grandeurs caractéristiques des vents
- direction
- force des vents
2.3 – les fronts
2.3.1 – principe
2.3.2 – vue satellite
2.3.3 - coupe horizontale
2.3.4 - coupe verticale
2.3.4.1 - front chaud
2.3.4.2 - front froid
2.3.5 – bilan d’une dépression
2.3.6 – exemple de carte des fronts
3 – les nuages
3.1 – généralités
3.2 - les différents types de nuages
3.3 – nuages de l’étage supérieur
3.4 – étage moyen
3.5 – étage inférieur
3.6 – nuages à fort développement vertical
4 – stabilité, instabilité
4.1 – détente adiabatique
4.2 – instabilité
4.3 - stabilité
4.4 – remarque :
5 – un phénomène particulier : l’onde de ressaut
6 – les cartes météorologiques
6.1 - carte des fronts
6.2 – carte TEMSI
6.3 – les cartes Wintem
6.4 – les METAR TAF
1 – l’atmosphère
1.1 – structure
On retiendra les deux premières couches de l’atmosphère :
- la troposphère (environ 10 km)
- la stratosphère (environ 40 km)
La limite entre les deux s’appelle la tropopause.
C’est dans la troposphère que se passe la quasi-totalité des phénomènes
météorologiques.
La tropopause varie en altitude suivant les latitudes et les saisons :
- plus haute à l’équateur qu’aux pôles
- plus basse l’hiver que l’été
1.2 – composition de l’atmosphère
1.2.1 – les gaz
48 000 m
15 900 m
5400 m
L’atmosphère est composée à 78% d’azote (environ 3/4), 21% d’oxygène
(environ1/4) et 1% de gaz rares.
1.2.2 – variation de la quantité de gaz
50% de l’atmosphère se trouve en dessous de 5400 mètres. Ce phénomène est lié à
la pression des gaz qui sont comprimés par le poids de la colonne d’air située audessus.
1.3 – définition de « l’atmosphère standard »
C’est une atmosphère théorique qui a été définie pour les besoins de l’aéronautique
(altimétrie). Elle est définie au niveau de la mer :
- température :
15°c
- pression :
1013,25 hpa
- masse volumique :
1,225 Kg/m3
1.4 – variations de températures
1.4.1 – diminution de température en atmosphère standard
En atmosphère standard la température diminue de 6,5°c lorsque l’on s’élève de
1000 mètres.
1.4.2 – isothermie et inversion de température
Isothermie :
Tranche verticale d’atmosphère dans
laquelle la température ne varie plus.
Isothermie
Inversion
Inversion de température :
Tranche verticale d’atmosphère dans
laquelle la température augmente avec
l’altitude.
1.4.3 - réchauffement, refroidissement de la terre
1.4.3.1 - principe
Le jour, le soleil réchauffe la terre par rayonnement infrarouge et rayonnement visible
(couleurs). Ces rayonnements sont plus ou moins absorbés par le sol.
La température du sol va s’élever.
Si le sol est plus chaud que l’air situé à son contact, il va échauffer l’air par
conduction. Cet air chaud va s’élever par convection. Le sol va progressivement se
refroidir.
1.4.3.2 - variations journalières de la température
La terre va présenter un bilan thermique :
- soit elle reçoit plus de rayonnement qu’elle
n’en renvoie : elle se réchauffe.
- soit elle renvoie plus de rayonnement
qu’elle n’en reçoit : elle se refroidit.
En principe, pendant la journée, le soleil apporte plus d’énergie à la terre qu’elle n’en
perd : la terre et l’air se réchauffent. La nuit la température diminue.
Remarque : au lever du soleil, l’apport en réchauffement est inférieur à la perte par
rayonnement de la terre. La température continue de diminuer pour atteindre sa
valeur minimale environ ½ heure après le lever du soleil.
1.4.4 - répartition des températures à la surface de la terre
On constate que le soleil chauffe une
plus grande surface aux pôles qu’à
l’équateur. L’énergie reçue sur une
même surface est plus faible aux pôles
qu’à l’équateur, ce qui explique la
différence de température entre les pôles
et l’équateur.
Les isothermes : ce sont des courbes
reliant des points de même température.
Remarque on constate sur ces courbes
l’influence du Gulf Stream qui tempère
les côtes atlantiques de l’Europe (lignes
isothermes incurvées vers le Nord).
1.4.5 - mesure de la température
La
mesure
de
la
température
s’effectuera à l’intérieur d’un local
ventilé, peint en blanc (pas d’absorption
de l’énergie solaire) et situé en
surélévation du sol (rayonnement du
sol).
L’instrument servant à mesurer la
température s’appelle le thermomètre.
Correspondance ° Kelvin, ° Celsius :
0°K = - 273 °c
1.5 - variation de pression
1.5.1 - principe du baromètre
On remplit un tube de mercure, on
retourne le tube sur un bac lui-même
rempli de mercure. On constate que le
niveau de mercure descend puis se
stabilise dans le tube.
La pression au point A est identique à la
pression au point B.
Au dessus du point A la pression est
exercée par le poids de l’atmosphère.
Au dessus du point B la pression est
exercée par le poids de la colonne de
mercure.
Si la pression atmosphérique augmente,
A
B
le mercure monte dans le tube.
Si la pression atmosphérique diminue, le
mercure descend dans le tube.
1.5.2 - unité de mesures
Poids
Pression =
Surface
Pascal
Newton
m
2
Remarque : la pression atmosphérique standard étant de 1013,25 hpa la masse de
l’atmosphère située au dessus d’1m2 est de 10132 Kg…
1.5.3 – variation de pression en basses couches
Dans la partie inférieure de l’atmosphère, on considère que la pression diminue de
1 hpa lorsque l’on s’élève de 8,5m ou de 28 pieds.
2 – variation du champ de pression
2.1 – terminologie
MARAIS BAROMETRIQUE
2.1.1 – lignes isobariques :
Ce sont des lignes de même pression encore appelées isobares.
2.1.2 – anticyclone :
C’est une zone de hautes pressions.
2.1.3 – dépression :
C’est une zone de basses pressions.
2.1.4 – marais barométrique :
C’est une zone où la pression atmosphérique varie peu. Les lignes isobariques sont
écartées.
2.1.5 – dorsale :
C’est un axe de hautes pressions.
2.1.6 – thalweg :
C’est un axe de basses pressions.
2.2 – les vents :
2.2.1 – vents et champs de pression :
Les vents résultent de l’équilibrage des
pressions entre anticyclone et
dépression (l’air se déplace des
anticyclones vers les dépressions).
La rotation de la terre (1666 km/h à
l’équateur) provoquera une déviation de
l’écoulement de l’air.
Dans l’hémisphère nord, les vents
tournent :
- dans le sens inverse des aiguilles
d’une montre dans une dépression.
- Dans le sens des aiguilles d’une
montre dans un anticyclone
Remarque : des isobares rapprochés
sont synonymes de vent fort.
2.2.2 – vents locaux :
- mistral tramontane :
Après le passage d’une dépression,
lorsqu’elle se situe sur le golfe de
Gênes, le vent de gradient est dévié et
accéléré par le relief.
Dans la vallée du Rhône s’établit un vent
de Nord accéléré entre les Alpes et le
Massif Central : c’est le Mistral.
Sur le Roussillon l’accélération et la
déviation du vent correspondent à un
vent de Nord-Ouest : la Tramontane.
- vent d’autan
Lorsqu’une dépression arrive par le
Golfe de Gascogne, le vent sur les
Pyrénées s’oriente au Sud-Ouest.
A l’extrémité Est de la chaîne, le
contournement du relief par la masse
d’air, va entraîner des entrées d’air
maritimes dans la plaine du Roussillon
qui vont condenser en basses couches.
Au niveau de la région toulousaine le
vent de Sud-Est va se trouver accéléré
entre Pyrénées et Massif Central. C’est
le vent d’Autan.
Attention en altitude le vent reste orienté
au Sud-Ouest.
2.2.3 – les brises
2.2.3.1 - Au bord de la mer
- brise de mer
Le jour l’air situé au dessus de la terre
s’échauffe et s’élève.
En fin de matinée lorsque l’échauffement
devient important, l’élévation de l’air au
dessus de la terre va provoquer
« l’aspiration » de l’air plus frais situé au
dessus de la mer. C’est la brise de mer.
- brise de terre
La nuit la terre se refroidit beaucoup plus
vite que la mer.
En fin de soirée l’élévation de l’air chaud
au dessus de la mer va provoquer
« l’aspiration » de l’air frais situé au
dessus de la terre. C’est la brise de terre.
2.2.3.2 – En montagne
- brise ascendante de pentes et de vallées
Le jour les sommets voient le soleil avant
le pied des pentes ou les vallées. L’air
situé au dessus des sommets s’échauffe
plus tôt.
En fin de matinée lorsque l’échauffement
devient important, l’élévation de l’air au
dessus des sommets va provoquer
« l’aspiration » de l’air plus frais situé au
pied des pentes ou dans les vallées.
- brise descendante de pentes et de vallées
La nuit les sommets refroidissent plus
vite que les fonds de vallées. En début
de soirée, l’air froid plus lourd des
sommets descendra le long des pentes
vers les fonds de vallées.
C’est la brise descendante de pentes et
vallées.
2.2.4 – grandeurs caractéristiques des vents
- direction
La manche à air indique la direction d’où
vient le vent.
Cette direction est exprimée en degrés,
exemple : « un vent du 280 ».
Les anneaux de la manche à air
permettent de déterminer la force du
vent : 5Kt (Knot) par anneau.
(1kt = 1 nœud = 1 mile/heure = 1.852
Km/h)
- force des vents
La force du vent s’exprime en nœuds.
(Kt)
Le vecteur signale la direction d’où vient
le vent.
2.3 – les fronts
2.3.1 – principe
En raison de la rotondité de la terre les
pôles sont plus froids que l’équateur.
Il en résultera des différences de
température des masses d’air (air froid
polaire, air chaud équatorial).
Ces masses d’air ne se mélangeront
pas et vont s’affronter.
L’air froid est plus dense (plus lourd),
l’air chaud est moins dense (plus léger).
2.3.2 – vue satellite
C’est une image reconstituée à partir
d’images infrarouges.
On constate que les nuages se situent
au niveau de l’affrontement des
masses d’air.
En raison de la rotation de la terre,
dans l’hémisphère nord, la rotation des
fronts s’effectuera dans le sens inverse
des aiguilles d’une montre.
2.3.3 - coupe horizontale
L’ondulation du « front polaire » sera
accentuée par la rotation de la terre.
Cela va entraîner la pénétration de l’air
chaud à l’intérieur de l’air froid : front
chaud et une descente d’air froid
derrière l’air chaud : front froid.
Le phénomène s’accentue et les fronts
chauds
et
froids
sont
bien
individualisés.
La dépression se creuse.
Au front chaud : l’air chaud postérieur,
plus léger, a du mal à pousser l’air froid
antérieur, plus lourd. Il avance
lentement.
Au front froid : l’air froid postérieur, plus
lourd, pousse facilement l’air chaud
antérieur, plus léger. Il avance
rapidement.
L’air froid postérieur a rattrapé l’air froid
antérieur : c’est l’occlusion. L’air chaud
est rejeté en altitude.
Le front s’appelle front occlus.
Lorsque la totalité de l’air froid
postérieur aura rattrapé l’air froid
antérieur, la dépression disparaîtra.
2.3.4 - coupe verticale
2.3.4.1 - front chaud
Les nuages se situeront au niveau des
fronts.
Un observateur placé au sol verra, lors
de l’arrivée du front chaud, apparaître
des nuages d’altitude appelés cirrus
(filaments de glace).
Il verra ensuite les nuages s’épaissir et
le plafond descendre.
La pluie arrivera juste avant le passage
du front et s’intensifiera à son passage.
2.3.4.2 - front froid
Un observateur placé au sol verra, lors
de l’arrivée du front froid des pluies
importantes pouvant être violentes
(orages)
Le front froid passera rapidement (air
froid plus lourd poussant devant lui de
l’air chaud plus léger).
A l’arrière du front froid se trouve une
zone instable, favorable au vol à voile
(cumulus) appelée « traîne ».
2.3.5 – bilan d’une dépression
- la pression :
Avant le front chaud la pression est élevée (anticyclone), au fur et à mesure de
l’arrivée du front la pression diminue. Elle se stabilise dans le secteur chaud puis
descend vers un minimum au passage du front froid. Après le passage du front froid,
elle remonte très rapidement (retour de l’anticyclone).
- la température :
Avant le front chaud nous sommes dans de l’air « froid ». L’arrivée du front chaud se
marquera par une élévation progressive de la température. Après le passage du front
chaud la température se stabilise à son niveau le plus élevé. Le passage du front
froid se traduira par une diminution rapide de la température.
- les vents :
Avant l’arrivée du front chaud le vent est de secteur Sud Ouest (air chaud). Au
passage du front chaud le vent tourne à l’Ouest. Au passage du front froid il tourne
au Nord Ouest (air froid).
- les nuages :
Ils vont se trouver au passage des fronts. L’arrivée du front chaud se traduit par des
nuages d’altitude (cirrus) puis les nuages vont s’épaissir et le plafond va descendre.
Le passage du front chaud se traduira par des pluies régulières mais peu intensives
(air chaud stable). Le passage du front froid sera lui beaucoup plus actif : fortes
pluies, vent violent. On notera l’apparition de nuages orageux instables (air froid), les
cumulonimbus. A l’arrière du front froid, l’air froid et instable sera propice au
développement de nuages favorables au vol à voile : les cumulus.
2.3.6 – exemple de carte des fronts
3 – les nuages
3.1 – généralités
Les états de l’eau :
solide
sublimation
solidification
glace
fusion
évaporation
gaz
vapeur
liquide
condensation
eau
Un nuage se formera par le refroidissement d’une masse d’air humide, c’est la
condensation.
Pour mesurer l’humidité de l’air, il existe un appareil appelé psychromètre
Le psychromètre est basé sur la mesure
de deux températures, celle du
thermomètre sec et du thermomètre
« mouillé ».
Si l’air est sec, l’humidité de l’enveloppe
qui entoure le thermomètre mouillé
s’évaporera ce qui provoquera un
refroidissement du thermomètre. L’écart
de
température
entre
les
deux
thermomètres sera alors important.
Si l’air est humide, l’humidité de
l’enveloppe qui entoure le thermomètre
mouillé
s’évaporera
peu.
Le
refroidissement du thermomètre mouillé
sera faible. L’écart de température entre
les deux thermomètres sera donc faible.
Le refroidissement d’une masse d’air humide pourra se produire de différentes
manières :
La convection :
Si l’atmosphère est « instable » l’air
chaud et humide va s’élever.
Son soulèvement va entraîner sa
détente donc son refroidissement.
Son refroidissement va entraîner sa
condensation et la formation de cumulus.
Refroidissement par la base :
De l’air chaud et sec va passer sur une
zone
humide
(méditerranée
par
exemple). Cet air chaud va se charger
en humidité puis rentrer sur une surface
plus froide (plaine du Roussillon). Il va
alors condenser sous forme de nuages
bas : les stratus.
Refroidissement par soulèvement :
Une masse d’air qui arrive sur un relief
sera condamnée à s’élever. Elle va se
détendre et donc se refroidir. Si elle
arrive à son point de condensation il y
aura formation d’un nuage.
C’est aussi ce qui se passe dans une
dépression à l’arrivée du front chaud et
du
front
froid :
phénomène
de
soulèvement frontal.
3.2 - les différents types de nuages
3.3 – nuages de l’étage supérieur
Ce sont les cirrus (Ci). Ils sont composés de cristaux de glace, sont à haute altitude
(de 6000 m à 10 000 mètres) et annoncent l’arrivée du front chaud.
3.4 – étage moyen
Ce sont des nuages le plus souvent liés à la stabilité de l’atmosphère et à la
présence de vent. On les appelle lenticulaire ou altocumulus (Ac)
3.5 – étage inférieur
Ce sont des nuages instables liés à la convection : cumulus (Cu)
Ce sont des nuages stables liés au refroidissement par le sol : les stratus (St)
3.6 – nuages à fort développement vertical
C’est le cumulonimbus. Ce cumulus très instable n’a pas rencontré d’inversion de
température. Il va donc s’élever jusqu’à la tropopause. Il rencontrera alors une
inversion de température et s’étalera en formant « une enclume ». Sous ce nuage on
rencontrera des vents très forts de direction variable, de fortes pluies, de la grêle et
une forte activité électrique.
4 – stabilité, instabilité
4.1 – détente adiabatique
Lorsque l’on élève une particule d’air, elle se détend (augmentation de volume).
Cette détente s’effectue sans échange de chaleur avec le milieu environnant. C’est la
détente adiabatique. La diminution de température est de 1°C/100 mètres soit
10°C/1000 mètres.
4.2 – instabilité
Si une bulle d’air peut s’élever jusqu’à 500m, par détente adiabatique elle subira une
diminution de température de 5°C. Si sa température est de 16°C à 0m, elle sera de
11°C à 500m.
Si l’air qui entoure cette particule est à 16°C à 0m et qu’il se refroidit plus vite que la
bulle (- 14°C/ 1000m), à 500m il sera plus froid que la bulle (air : 9°C, bulle : 11°C).
La bulle étant plus chaude que l’air qui l’entoure, elle continuera à monter : c’est
l’instabilité.
4.3 - stabilité
Si une bulle d’air peut s’élever jusqu’à 500m, par détente adiabatique elle subira une
diminution de température de 5°C. Si sa température est de 16°C à 0m, elle sera de
11°C à 500m.
Si l’air qui entoure cette particule est à 16°C à 0m et qu’il se refroidit moins vite que
la bulle (- 6°C/ 1000m), à 500m il sera plus chaud que la bulle (air : 13°C, bulle :
11°C).
La bulle étant plus froide que l’air qui l’entoure, elle cessera de monter et
redescendra : c’est la stabilité.
4.4 – remarque :
On constate que l’air instable est de l’air froid, c'est-à-dire de l’air dont la température
diminue de plus de 10°C par 1000 mètres.
Où trouve-t-on de l’air froid dans une dépression, à l’avant du front chaud et à
l’arrière du front froid.
Cependant à l’avant du front chaud le soleil sera caché par un voile de cirrus.
L’instabilité ne pourra se déclencher par manque d’ensoleillement.
A l’arrière du front froid, l’ensoleillement déclenchera des ascendances liées à
l’instabilité. Cette zone est appelée « traîne ».
5 – un phénomène particulier : l’onde de ressaut
Lorsque l’air est très stable (hiver) l’élévation de la masse d’air au vent d’un relief
peut provoquer une ondulation sous le vent du relief. Cette ondulation pourra se
matérialiser de différentes façons :
- lenticulaire : c’est un nuage de l’étage moyen (altocumulus) qui se
matérialise sous forme de « lentilles ». Ce nuage est immobile par rapport au
sol, il se forme par condensation dans sa partie au vent (détente) et disparaît
par évaporation dans sa partie sous le vent (compression).
- trou de foehn : c’est un espace sans nuage situé dans la partie ou l’air est le
plus comprimé (entre les lenticulaires).
- nuages de rotor : ils se situent dans la partie sous ondulatoire, sous le vent
du relief qui déclenche l’onde de ressaut
Lenticulaires
Trou de foehn
6 – les cartes météorologiques
6.1 - carte des fronts
6.2 – carte TEMSI
Les météores : leurs symboles permettent d’identifier sur les cartes TEMSI les
phénomènes météorologiques que l’on est susceptible de rencontrer.
6.3 – les cartes Wintem
6.4 – les METAR et TAF
Le METAR est un message d’observations du temps.
Le TAF ou le TAFL(TAF Long) est un message de prévisions. Le TAFL peut
donner des prévisions allant jusqu’ à 24 heures.
Les messages TAF-METAR-SPECI-SIGMET :
LFMK CARCASSONNE SALVAZA
METAR LFMK 111230Z 27019G29KT 9999 -RA BKN023 13/12 Q1012 NOSIG=
TAF LFMK 111100Z 111221 28020G30KT 7000 -RA BKN015 BKN025 BECMG 1416 30025G35KT 9999 SCT020 BKN033 PROB40 TEMPO 1621
33030G45KT=
LFMP PERPIGNAN RIVESALTES
METAR LFMP 111200Z 26024G36KT 250V320 9999 SCT036 BKN110 18/09 Q1010 NOSIG=
TAF LFMP 111100Z 111221 30012KT 9999 SCT040 BKN060 BECMG 1214 32015G30KT TEMPO 1521 32020G35KT FEW040 SCT060=
LFMM FIR LFMM
LFMM SIGMET 4 VALID 111000/111400 LFMLLFMM MARSEILLE FIR/UIR : SEV TURB OBS AND FCST N OF N41, FROM AUDE
AND CEVENNES TO VAR AND SOUTH ALPES, AND FROM GOLFE DU LION TO
CORSICA, BTN GND AND FL150, STNR, INTSF.=
LFBB FIR LFBB
LFBB SIGMET 1 VALID 111000/111400 LFBDLFBB BORDEAUX FIR/UIR SEV TUR OBS AND FCST SE LINE N4300 W00100 AND
N4620 E00250 BLW FL080 AND MT PYRENEES BLW FL140 NC
=
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