masses d`air

2011 Formation en météorologie
Références principales
Malardel 2009. Fondamentaux cd Météorologie, ch 19
Ahrens 2009, Meteorology Today, pp. 287-313
Table de matières

Les masses d’air et les fronts
 Les masses d’air en Amérique du Nord

Les systèmes météorologiques

Les fronts et le temps associé
 Fronts froids
 Fronts chauds
 Fronts stationnaires
 Fronts occlus
Variabilité des conditions météorologiques
L'observation et l'analyse des conditions atmosphériques mettent en
évidence des variations parfois brusques des divers éléments
météorologiques :
•
•
•
Rotation soudaine des vents;
Variation importante et rapide de la température;
Bouleversement rapide du type de temps, par exemple passage
d'un temps froid et sec à un temps doux et humide … etc.…
Pour interpréter ces phénomènes, on admet que l'atmosphère n'est pas
une masse de fluide homogène, mais un ensemble de grandes masses
d'air, plus au moins individualisées, plus au moins homogènes en ellesmêmes, séparées les unes des autres par des zones de transition,
parfois abruptes, qui peuvent être assimilées à des discontinuités.
Masses d’air et régions sources

Une masse d'air est un concept utile dans les latitudes
moyennes et correspond à une grande étendue horizontale
d'atmosphère où les caractéristiques de température et
d'humidité sont similaires.
 Elle couvre plusieurs millions de kilomètres carrés.
 En bonne partie, la prévision du temps à nos latitudes
consiste à diagnostiquer et catégoriser les masses d’air
du jour et à prévoir leur mouvement et leurs interactions le
long du front polaire.
SCA2611 - Introduction à la météorologie
4
Masses d’air et régions sources

Régions source d’une masse d’air
 Surfaces relativement plates et de composition uniforme
 Vents faibles
Des bonnes régions source de masses d'air sont donc les plaines
de l'arctique recouvertes de neige et les océans aux latitudes
tropicales et équatoriales.
Les masses d'air interagissent aux latitudes moyennes le long du
front polaire.
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Types de masses d'air
Région source
•
•
•
Polaire
Tropicale
continentale
cP (froid, sec et stable)
cT (chaud, sec, stable en altitude
et instable en surface)
maritime
mP (frais, humide et
instable)
mT (tiède, humide et généralement
instable)
Une masse d'air cP extrêmement froid (au-delà de 60° de latitude) est parfois
identifiée par cA (air continental arctique), en réservant l'appellation cP pour
de l'air entre 40° et 60° de latitude.
Une masse d'air mT extrêmement chaud et humide est parfois indiqué par
mE (air maritime équatorial).
Les masses d'air en mouvement :
 Si une masse d'air est plus froide que la surface en dessous, un "k" est
ajouté.
 Si une masse d'air est plus chaude que la surface en dessous, un "w" est
ajouté.
Distribution globale de masses d'air
Masse d'air continental polaire/arctique
•
•
•
•
Masse d'air stable, froid et sec qui se
forme sur le nord du Canada et l'Alaska.
Éventuellement elle descend vers le sud
des E.U. pour atteindre le golfe du
Mexique et la Floride où elle cause le gel
des cultures.
Elle produit de la neige par effet de lac
lorsqu'elle passe dans la région des
Grands Lacs.
Elle ne traverse généralement pas les
Rocheuses. De la précipitation par
soulèvement orographique est typique à
l'est des Rocheuses lors de son passage
vers le sud.
En été elle porte du soulagement dans
les régions où l'air est chaud et humide.
Image satellitaire visible montrant la modification de la masse d’air continentale polaire
pendant son déplacement au-dessus du golf du Mexique et de l’océan Atlantique.
Masse d'air maritime polaire - Côte ouest
•
•
•
•
Elle se forme en Asie comme
masse d'air cP.
Elle tend à être instable.
Elle produit de fortes pluies lors de
son passage sur les montagnes de
la côte ouest.
Elle est modifiée avant d'arriver à
l'intérieur du continent où elle est
plus douce qu'une masse d'air cP.
Masse d'air maritime polaire - Côte est
•
•
•
Elle n'est pas aussi courante
que les masses d'air mP de
la côte ouest.
Elle est plus froide que les
masses d'air mP de la côte
ouest.
Elle est associée à une
circulation attribuable à un
anticyclone au nord de nos
latitudes ou à une dépression
au sud qui longe la côte.
Masse d'air
maritime tropical
•
•
•
•
•
Elle se forme principalement dans
le golfe du Mexique et dans
l'Atlantique Ouest, et affecte les
deux tiers de l'est du continent.
Elle se forme aussi dans le
Pacifique Est lors de la mousson
d'été.
Air tiède, humide et instable.
Elle est confinée dans le sud des
E.U. en hiver.
Source importante d'humidité, elle
alimente toute l'année les orages.
Masse d’air maritime tropical
An infrared satellite image that shows maritime tropical air (heavy yellow arrow) moving
into northern California on January 1, 1997. The warm, humid airflow (sometimes called
“The pineapple express”) produced heavy rain and extensive flooding in northern and
central California.
Masse d'air continental tropical
•
•
•
•
Elle se forme dans le nord du
Mexique et dans les régions
désertiques du SO des E.U.
Air chaud, sec, instable dans les
bas niveaux, stable en altitude.
La démarcation entre les masses
d'air cT et mT atlantique est
appelée la ligne sèche.
La ligne sèche est fréquemment
observée dans les données de
surface et satellite et correspond à
un endroit idéal pour la formation
d'orages.
Les systèmes météorologiques aux
latitudes moyennes
•
•
•
Les systèmes météorologiques aux latitudes moyennes
redistribuent l'énergie dans l'atmosphère.
Ils sont les principaux artisans de la météo.
L'étude de ces systèmes météorologiques a vu le jour suite à un
désastre maritime survenu lors de la guerre de Crimée (1854).
Napoléon III demanda à l'astronome français Le Verrier si on aurait
pu prévoir cette tempête.
Les systèmes météorologiques aux
latitudes moyennes
•
•
Ils ont été l'objet d'études extensives du groupe de scientifiques à
Bergen, Norvège (Vilhelm et Jakob Bjerknes, Halvor Solberg, et Tor
Bergeron).
C'est dans les années 1920 que ce groupe de scientifiques
développa la théorie du front polaire pour décrire la formation et
l'évolution des systèmes aux latitudes moyenne.
Définition de front
•
•
•
Les fronts correspondent à la
zone de transition entre deux
masses d'air.
Les deux masses d'air sont de
densité différente car elles sont
caractérisées par des
températures et humidités
différentes.
Les fronts ont une extension
horizontale et verticale.
La zone de transition peut être
de 1 à 100 km de largeur.

Types de fronts à la grande échelle :
Fronts froids
Fronts chauds
Fronts occlus
Fronts stationnaires
Modèle de circulation atmosphérique à
trois cellules : Hadley, Ferrel et polaire
 2009, Meteorology Today
Cyclogenèse : la théorie du front polaire
a) La moindre perturbation (ondulation) qui se forme dans le front
polaire peut représenter un cyclone en devenir.
Onde cyclonique en développement
Cyclogenèse :
la théorie du front polaire
b) Il faut entre 12 et 24 heures pour qu'une onde
cyclonique se développe complètement.
Elle consiste de :
 un front chaud se déplaçant vers le N-E,
 un front froid se déplaçant vers le S-E,
 une région appelée le "secteur chaud" entre le
front chaud et froid,
 un centre dépressionnaire dont la pression
diminue d'avantage avec le temps,
Secteur chaud
 un chevauchement d'air chaud sur le front chaud,
 l'air froid qui déferle vers le sud derrière le front
froid,
Onde cyclonique mature
Cyclogenèse :
la théorie du front polaire
b) Elle consiste de (suite) :
 précipitation étendue en avant
du front chaud,
 une bande étroite de précipitation
le long du front froid,
 la vitesse des vents qui augmente
à mesure que la pression centrale
diminue (l'énergie potentielle disponible
se transforme en énergie cinétique) et
Secteur chaud
 la formation du nuage et de la précipitation qui
génère aussi de l'énergie pour la tempête à
mesure que la chaleur latente est dégagée.
Onde cyclonique mature
Onde cyclonique mature
•
•
Soulèvement par
convergence
Les régions ombragées
indiquent la présence d'un
couvert nuageux et les raisons
du soulèvement de l'air.
Les chiffres donnent une
probabilité approximative de
précipitation.
Soulèvement
local si l’air
est instable
Soulèvement par
convergence
Soulèvement
chevauchement
(instabilité)
Cyclogenèse : la théorie du front polaire
c) Puisque le front froid se déplace
rapidement vers l'est, le système
commence à se refermer.
 C'est à ce moment que la
dépression est dans la phase la
plus intense.
 Un front occlus s'étire en surface à
partir du centre de la dépression.
 On appelle "point triple d'occlusion"
l'endroit où le front occlus rencontre
les fronts froid et chaud.
Occlusion partielle
Cyclogenèse : la théorie du front polaire
d) Le secteur chaud se contracte à mesure
que le système se ferme.
 La dépression a utilisé la majeure
partie de l'énergie disponible et se
dissipe.
 Toute l'énergie potentielle disponible
a été utilisée et l'énergie cinétique
s'est dissipée en turbulence - la
production de nuages et précipitation
a diminué.
 L'air du secteur chaud a été soulevé
et l'air froid est en surface : la
situation est devenue stable.
Occlusion avancée
Début et fin d’une perturbation frontale
a) Front stationnaire
d) Cyclone mature
b) Onde frontale
e) Occlusion
c) Onde ouverte (cyclone)
f) Le cyclone se détache
Fronts froids
•
•
Zone de transition entre de l'air plus
chaud, plus humide, instable
(habituellement de type mT) et de
l'air plus froid, plus sec, plus stable
(habituellement de type cP) qui
avance.
Positionnement des fronts froids :
 Limite avancée des variations
brusques de température.
 Changements drastiques de
l'humidité (point de rosée).
 Variation des vents (direction et
intensité).
 Creux de pression.
Image from Meteorology Today by C. Donald Ahrens © 1994
•
Le temps associé :
 Du temps fréquemment nuageux,
avec averses ou orages parfois
violents.
Vue en coupe verticale d'un front froid
•
•
•
•
•
•
L'air chaud devant le front froid est
soulevé au dessus de la zone de
transition.
Des averses/orages violents peuvent
se développer dans la zone de
transition.
Des cirrus (Ci) et cirrostratus (Cs)
transportés par les vents en altitude
anticipent l'arrivée de la zone frontale.
•
La base du nuage est généralement
plus basse après la zone de transition.
•
Derrière la zone de transition, l'air est
plutôt sec avec très peu de nuages.
•
La zone de transition est abrupte et
penchée vers l'air froid.
La vitesse moyenne d'avancement du
front est de 15-25 nœuds.
Les fronts peuvent s'affaiblir Frontolyse, mais
Une augmentation du gradient de
température peut les intensifier Frontogenèse.
* http://apollo.lsc.vsc.edu/classes/met130/notes/chapter11
/graphics/59_Cold_Front/59.html
Temps associé à un front froid
Vent
Température
Pression
Nuages
Précipitation
Visibilité
Point de rosée
Avant le passage
Pendant le passage
Après le passage
Sud - sud ouest
Turbulent; direction variable
Ouest - nord ouest
Tiède
Diminution abrupte
Diminution uniforme
En diminution uniforme
Atteint le plancher pour
augmenter brusquement
Augmentation uniforme
En augmentation :
Ci, Cs et Cb
Cb
Cu
Averse de courte durée
Fortes pluies, parfois avec
grêle, tonnerre et foudre
Averses et ensuite des
éclaircies
De faible à très faible dans
la brume
Très faible, suivit d'une
amélioration
Bonne, à l'exception
dans les averses
Élevé; reste stationnaire
Diminution abrupte
En diminution
Front chaud
•
Zone de transition entre de l'air plus chaud, plus humide (habituellement du
type mT) qui avance et de l'air plus froid et plus sec (habituellement du type
mP)
froid
chaud
Vue en coupe verticale d'un front chaud
•
•
•
•
La vitesse moyenne d'avancement
du front est de 10 nœuds.
Des nuages sont formés par
soulèvement de l'air.
La pente de la zone de transition est
bien plus douce que celle des fronts
froids
Les nimbo-stratus dans la zone de
transition produisent de la
précipitation étendue.
* http://apollo.lsc.vsc.edu/classes/met130/notes/chapter11/graphics/58_Warm_Front/58.html
Temps associé à un front chaud
Avant le passage
Pendant le
passage
Après le passage
Sud - sud est
Variable
Sud - sud ouest
Froid-frais, léger réchauffement
En augmentation
uniforme
Plus chaud, ensuite
stationnaire
Généralement en diminution
Atteint le
plancher
Légère augmentation, suivie
d'une diminution
Nuages
Dans l'ordre suivant :
Ci, Cs, As, Ns, St, et brouillard;
parfois du Cb en été
De type
stratiforme
Dégagement avec du Sc
épars; parfois du Cb en été
Précipitation
Pluie de faible à modéré, neige,
neige fondante ou bruine;
parfois des orages en été
Bruine ou pas de
précipitation
En général pas de
précipitation, parfois faible
pluie ou averses
Faible
Faible, mais en
s'améliorant
Acceptable dans la brume
En augmentation uniforme
Stationnaire
En augmentation, ensuite
stationnaire
Vent
Température
Pression
Visibilité
Point de rosée
Fronts stationnaires
•
•
•
Ils ne bougent pratiquement pas.
Ils sont indiqués avec une suite alternée de
symboles de front froid et chaud.
Le temps associé :
 Du temps clair ou partiellement nuageux
ou nuageux, des précipitations faibles.
 Habituellement il n'y a pas de temps
violent associé
•
Si le front stationnaire illustré à droite
commence à se déplacer vers le nord il
devient un front chaud, s'il se déplace vers le
sud il devient un front froid.
Front stationnaire
Air froid
Air chaud
Fronts occlus
•
•
•
Les fronts froids se déplacent plus rapidement que les fronts chauds. Quand un
front froid rattrape un front chaud on forme alors un front occlus ou occlusion.
Le temps associé est semblable
à celui d’un front.
C’est le début de la fin…
Front occlus
Masse d’air frais
Masse d’air froid et
sec
Front chaud
Front froid
Masse d’air chaud
et humide
Occlusion