Climatologie, re sume partie 4

Climatologie, resume partie 4
Masses d’air, fronts et perturbations
Masses d’air
Définition et types de masses d’air
Volume d’air avec ses propriétés physiques relativement uniformes (T, densité, humidité).
Identification : T, humidité et stabilité.
Naissance masse d’air primaire: anticyclone subtropicaux (=masse d’air tropical) et polaires
(masse d’air polaire). Acquiert les propriétés de la zone source. Suivant si la masse d’air est
formée au-dessus d’un océan = océanique, continent = continental.
Modification des propriétés des masses d’air
Masse d’air secondaire : Elles peuvent se modifier (thermique/hygrométrique) en traversant
de nouvelles surfaces.
-
Une masse d’air polaire, stable et froide, en allant vers l’Équateur se réchauffe depuis
sa base, devient de plus en plus instable avec naissance d’ascendance. Cette
instabilité croît plus rapidement si la masse d’air passe au-dessus des océans.
- Une masse d’air tropicale, instable et chaude, en allant vers les Pôles devient souvent
de plus en plus stable car elle est refroidi depuis sa base, ce qui créer des inversions
de températures et du brouillard. La masse d’air sera plus longtemps instable si elle
passe au-dessus de mers ou continents chauds en été.
Si long séjour…
… Au-dessus d’un océan, une masse d’air continentale peut devenir maritime.
… Au-dessus d’un continent, une masse d’air maritime peut devenir continentale.
Classification des masses d’air
Subdivision : Air équatoriale (tropical maritime chaud et
très humide ayant longtemps séjourné sur les mers
équatoriales), air (ant)arctique (polaire continental très
froid, sec et très stable origine des régions polaires
recouvertes de neige et de glaces.
Principale masses d’air en Europe
- Prédominance air maritime Europe de l’Ouest, inverse Europe de l’Est.
En Europe :
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-
Air tropical maritime par anticyclone des Açores via vents d’Ouest à SO
Air polaire maritime origine Canada/Atlantique Nord/Arctique. Vent O-N. Peut être
d’origine de retour d’air polaire, qui ressemble à l’air tropical maritime. Il va très au
Sud et remonte. => Distinction par le niveau de la tropopause. Masse d’air polaire
aura une tropopause basse et inversement.
Air tropical continental, vient du Sahara et amené par vent Ne à SE.
Air polaire continental, origine Eurasie, vent NE à Est
Air arctique, origine océan Arctique, vents du NO à N. S’il a passé au-dessus des
continents => très froid, sec, stable. Océan = humide et instable.
Surfaces de discontinuités et fronts
Front : Séparation 2 masse d’air distincte. Naissance d’un front si contrastes (thermique /
hygrométrique) assez importants ou, si mouvements différents. Peuvent être actif ou inactif.
Les fronts sont plus marqués dans les latitudes moyennes que tropicales.
Deux grands fronts persistants toute l’année dans chaque hémisphère : polaire et
(ant)arctique. Au-dessus des continents, ils disparaissent plus ou moins.
Front polaire (IIII)
Discontinuité principale entre masse d’air polaire et tropical. Se déplace vers le sud en hiver.
Situation => Nord : Flanc NO anticyclone Atlantique+Pacifique Nord. Sud : Flanc SO H
subtropicaux.
Fronts (ant)arctique (XXX et ***)
Discontinuité masse d’air polaire et (ant)arctique.
Nord : Limite Sud de l’Arctique (océan) // Sud : Nord de l’Antarctique
Discontinuité de la ZCIT
ZCIT au-dessus des océans : ascendances + nuage de convection
Au-dessus des continents : front intertropical (FIT).
Fronts des alizés : entre 2cellules H subtropicales, air tropical venant du Sud rencontre air
polaire venant du Nord.
Perturbation du temps : généralité
-
H hautes latitudes = surtout origine thermique
H basses latitudes = dynamique
D moyennes et hautes latitudes : dynamique
D basses : ZCIT
Perturbation dans les zones tempérées et polaires
Perturbation norvégiennes : Fronts et dépressions dynamique, qui se forment le long de
fronts actifs.
Il existe aussi des dépressions actives d’origine thermique et orographique.
Genèse des perturbations norvégiennes
1) Front polaire rectiligne.
2) Commence à onduler car : poussée de l’air tropical vers le Nord, polaire au Sud.
3) Naissance de fronts et d’une dépression
4) Front chaud à l’avant du système perturbé (air tropical glisse sur l’air polaire)
5) Front froid à l’arrière du système avec (air polaire pousse air tropical)
6) Air tropical entre front chaud et front froid
7) On voit le front froid, plus rapide, se rapproche du front chaud
8) Les courants tournent autour de la dépression
9) Formation de l’occlusion lorsque le front froid a rattrapé
le front chaud : pousse l’air chaud en altitude => dépression et
vent max juste avant occlusion.
10) Atténuation et disparition. Cycle de vie : entre 3 et 10
jour.
Une occlusion est à caractère de front froid si l’air polaire postérieur est plus froid que l’air
polaire antérieur, front chaud si inverse.
Caractéristique des perturbations norvégienne s
Les dépressions : voyagent entre 300 et 1700km/jour, diamètre moyen de 1600km. Intensité
max 2-3 jours, comble en 5-10jours.
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Creux barométrique : C’est une courbure cyclonique des isobares, qui se trouve à
l’arrière d’un front froid ou d’une occlusion. C’est un signe d’une grande instabilité.
Front secondaire : peuvent se former à l’arrière d’un front froid, qui créer une ligne
d’averses
Ligne de grain = cellules orageuses, qui peuvent se former à l’avant d’un front froid
dans de l’air tropical instable.
Famille de perturbation = groupe de perturbation, de 3 à 6 se suivant par rang d’âge.
Décharge de fin de famille = descente de l’air polaire vers le sud, se produisant à
l’arrière du dernier membre d’une famille et à l’avant d’un anticyclone. => Remontée
d’air tropical vers le Nord, prochain système décalé vers le Nord
Ondulation du front polaire au sol, en ~phase avec onde de Rosby en altitude
Rencontre air tropical + polaire au front = grande libération d’énergie créant le
jetstream polaire.
Perturbations dans la zone intertropicale
Ces perturbations n’ont pas un caractère frontal (sauf FIT) mais elles ont une origine
thermique, ou bien, elles sont liées à des discontinuités dynamiques (=El Nino et mousson).
Ondes d’Est
Elles se développent dans le flux d’Est des alizés au-dessus des
océans tropicaux (2k-5km/mer). Issu de l’instabilité lors que les
alizés séjournent longtemps au-dessus des océans, créant
ascendance etc avec creusement de thalweg dépressionnaire.
Thalweg : devant => divergence => air stable, temps
clément
Thalweg : derrière => convergence => instable, maussade
Cyclones tropicaux
Ce sont des dépressions très profondes dans les régions tropicales. Différents noms selon
endroits : ouragan, hurricane, typhon, willy-willies.
Classification entre dépression, tempête et cyclone selon l’intensité du vent :
Ou classification selon Saffir Simpson (titre indicatif)
Ou encore Dvorak
Genèse des cyclones tropicaux
Océan principale source d’énergie pour un cyclone tropical.. D’où la saison des cyclones va
de la fin de l’été au début de l’automne.
Besoin de :
-
T eaux de surface >26/27°C pour favoriser ascendance d’air et humidifier l’air. C’est la
précipitation de cette eau qui va libérer l’énergie permettant au cyclone d’exister et de
perdurer
- Présence d’une perturbation initiale. D’où les cyclones se développent surtout dans la
ZCIT et dans les ondes d’Est.
- Il faut que Coriolis soit assez fort pour fermer + creuser la dépression. Il faut donc que
la ZCIT soit assez éloignée de l’équateur : entre 5°S et 5°N, il n’y a pas de cyclones
tropicaux possibles.
- Faible cisaillement des vents + direction constante sur l’ensemble de la troposphère
pour éviter la dissipation de l’énergie
- Comme toute dépression, il faut une divergence en altitude pour favoriser
l’aspiration de l’air chaud et humide.
Les cyclones tropicaux se forment lentement (8-10 jours) pour réunir assez d’énergie.
Affaiblissement si :
-
Divergence des flux en altitude s’atténue
Si le cyclone passe au-dessus d’eaux plus froides
Si le cyclone passe au-dessus d’un continent à cause qu’il y a moins d’eau disponible
et à cause de la rugosité.
Caractéristique des cyclones tropicaux
Dépression très profonde : quelques fois <900hPa (min 870hPa). Ce qui donne alors des vents
très violent dû aux gradients de pression. (Diamètre 200-1000km).
Un cyclone tropical est un enroulement de nuages autour d’un centre clair (=œil de 10 à
25km de diamètre). Le centre est calme car il y a une dépression très forte qui fait plongé l’air
en son centre et donc, avec la descente réchauffe et s’assèche. C’est une zone de calme car il
n’y a pas de vents non plus
Autour de cette œil, à environ ~25km : vents les plus violents.
En effet, l’énergie du cyclone est surtout concentrée dans le mur de nuage autour de l’œil.
-
Précipitations torrentielles (max 1870mm en 24h = 2ans Lausanne)
Fréquence des cyclones variables d’une région à l’autre mais à l’échelle globale et
annuelle = ~100 tempêtes et cyclones/an.
Peut-on voir des cyclones en Europe ? Oui, il s’agit d’un retour de cyclone s’ils se régénèrent
en allant vers l’Europe.
La vitesse des déplacements des cyclones tropicaux est lente (entre 18 et 25km/h) ce qui les
rend très imprévisibles.
Évolution des cyclones tropicaux
Il faut prendre les chiffres avec précaution puisque c’est seulement à partir du 20è que l’on a
pu commencer à détecter les cyclones tropicaux qui stationnaient seulement sur les océans.
Du coup, depuis les satellites, il n’y a pas d’évolution significative en termes de nombre de
cyclone. Il y a toutefois une augmentation en termes d’intensité.
On peut s’attendre à juste titre à une augmentation de l’occurrence du nombre de cyclone à
cause du réchauffement puisque c’est la température des eaux de surfaces qui va transmettre
l’énergie nécessaire au cyclone de se créer et de vivre.
11. Vents
Un vent est un mouvement d’air généré par un gradient de pression. On utilise le terme
advection pour les mouvements de masse d’air à grande échelle.
Les courants sont générés par les différences de pression, dévié par la force de Coriolis et la
rugosité du sol donc aussi de la topographie. Flux des anticyclones aux dépressions.
Si vents généraux faibles et ciel peu nuageux=> vents régionaux thermiques peuvent se créer.
Un vent de gradient est un vent allant d’un anticyclone à une dépression. Les vents
géostatiques sont lorsqu’ils soufflent parallèlement aux lignes d’isobares. Le vent est
agéostrophique lorsqu’il est influencé par le sol.
Mesures du vent
Direction et force du vent
Mesures par anémomètres (vitesse) et girouettes (direction) à 10m du sol pour éviter les
turbulences.
On exprime la direction du vent par rapport au Nord => Est = 90° // Sud = 180° // Ouest = 270°
// Nord = 360°. Il est très important que le Nord = 360° car si la direction = 0° c’est qu’il n’y a
pas de vent. La direction indique le lieu d’où le vent vient.
Les rafales de vent équivalent aux maximums de vitesse des vents.
Des vents peuvent atteindre 500km/h dans les tornades aux USA (des arbres entiers sont
arrachés à partir de ~80km/h…).
Avant les anémomètres : évaluation du vent selon effets sur les arbres, surface d’eau, fumées
selon l’échelle de Beaufort.
Rose des vents
C’est une représentation graphique de la fréquence de la direction des
vents par secteur, durant une période donnée. Subdivision en 36 classes
de 10° et en 3 classe de force (<2m/s, 2-5m/s, >5m/s). Cela peut varier très
fortement dans une topographie accidenté.
Turbulences du vent et mouvement convectifs
Turbulences mécaniques
La rugosité du sol génère des turbulences à l’avant et à l’arrière d’un obstacle. La rugosité du
sol peut s’exprimer par une longueur de rugosité z0. Plus c’est long, plus c’est rugueux. Le
type de sol le moins rugueux est « les eaux libres (0.003m) ». Les plus rugueux sont les
centres-villes avec des tours (0.8m).
Turbulences thermiques
Ascendances au-dessus de surface chaudes (sols nus, zone bâties, reliefs) et subsidences audessus de surfaces plus fraîches (eau, forêt) en cas de vents faibles et d’air instable.
Convection
Ce sont les mouvements verticaux de l’atmosphère (ascendance + subsidence). Convection
libre = origine thermique. Convection forcée = origine dynamique.
Effets mécaniques de la topographie sur les vents
Déviation horizontale et canalisation des courants
Relief : Hausse de pression sur le versant au vent et baisse sous le vent. Les reliefs canalisent
fortement les courants près du sol et selon la loi de conservation du débit, si la vallée se
rétrécit il y a alors une accélération du vent et inversement. C’est pourquoi la bise s’accélère
en direction de Genève et descellèrent en direction de Zürich. À cause de la topographie, les
vents principaux en Suisse sont Sud-Ouest et Nord-Ouest.
Déviation verticale des courants par les reliefs
Toujours suivant le principe de conservation du débit, les vents s’accélèrent en grimpant le
relief. Il y a donc une haute pression au sommet avec la vitesse maximale des vents.
Le type d’écoulement dépend du relief, d’écoulement laminaire, à écoulement turbulent avec
des ondes de relief et des rotors sur le versant sous le vent (=> foehn).
Effets du foehn
Le foehn est un vent chaud et sec, qui a passé au-dessus d’un relief en ayant abandonné une
partie de son humidité sur le versant au vent et qui s’est réchauffé et asséchant en plongeant
sur le versant au vent.
Barrage actif : avec précipitations si l’humidité initiale est élevée. Ainsi l’air se refroidi de
0.5°C/100m au vent et il se réchauffe de 1°C/100m en plongeant. Il y a donc un gain
thermique à altitude égale.
Barrage peu actif : avec nuage mais sans précipitation si humidité initiale assez basse.
Refroidi de 0.7-08°C/100m jusqu’à la base des nuages, et de 0.5°C/100m à l’intérieur des
nuages, puis se réchauffe de 1°C/100m en plongeant. Le gain thermique est donc plus faible.
La plongée des courants sur le versant sous le vent est possible seulement car cet air est plus
froid que celui environnant. En effet, le courant de foehn est à l’origine froid et gagne sa
chaleur en plongeant. Si l’air n’est pas plus froid que l’air environnant, il ne va pas plongé et
c’est la raison pour laquelle il n’y a que très rarement du foehn en été dans les Alpes.
Toutefois en hiver, le foehn ne parvient pas forcément à balayer l’air froid et n’est dans ce cas
ressenti qu’à moyenne altitude.
Le Mur du foehn est la barrière de nuage qui recouvre la ligne de faîte.
Fenêtre de foehn : zone de ciel clair entre le mur du foehn et la nébulosité d’un front
sur l’Ouest de la Suisse.