météo 1ère partie
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Sommaire Météorologie 1. L’ATMOSPHÈRE 1.1 Composition 1.2 Pression atmosphérique 1.3 Températures 1.4 Masse volumique 1.5 Atmosphère standard 1.6 Instruments de mesure 1.7 Humidité de l'air et saturation 1.8 Phénomènes énergétiques 1.9 Stabilité et instabilité de l'atmosphère 1.10 Circulation générale C. Delage – MTO BIA 2016 Sommaire C. Delage – MTO BIA 2016 Sommaire 2. LES MASSES D’AIR ET LES FRONTS 2.1 Isobares, anticyclones, dépressions, cols, dorsales, talwegs, marais barométriques 2.2 Perturbations et fronts 4. LES VENTS 4.1 Origine du vent et organisation globale 4.2 Carte des vents 4.3 Vents locaux 3. LES NUAGES 3.1 Formation des nuages 3.2 Formation des brouillards et des brumes 3.3 Description et classification 3.4 Précipitations associées 5. LES PHÉNOMÈNES DANGEREUX POUR LE VOL 5.1 Turbulences 5.2 Précipitations 5.3 Orages 5.4 Brumes et brouillards 5.5 Givres C. Delage – MTO BIA 2016 C. Delage – MTO BIA 2016 1. L’atmosphère 1.1 Composition 1. L’ATMOSPHÈRE C. Delage – MTO BIA 2016 C. Delage – MTO BIA 2016 1. L’atmosphère 1. L’atmosphère 1.1 Composition 1.1 Composition Troposphère Composition de l’atmosphère : - Couche de l’atmosphère partant du sol et atteignant 8 à 15 km d’altitude. - Air sec (99,97 %) - Poussières - Vapeur d’eau. - Utilisée par l’aviation légère et commerciale - Température d’environ - 56,5°C au sommet - Représente environ 80 % de la masse totale de L’atmosphère - Est le siège de la plupart des phénomènes météorologiques. C. Delage – MTO BIA 2016 C. Delage – MTO BIA 2016 1. L’atmosphère 1. L’atmosphère 1.1 Composition 1.2 Pression atmosphérique Composition de l’air Définition de « pression » Force par unité de surface qu’exerce un fluide ou un solide sur celle-ci. Découverte En 1643, Toricelli (physicien mathématicien italien) a découvert l’existence de la pression atmosphérique grâce à une colonne de mercure : C. Delage – MTO BIA 2016 1. L’atmosphère C. Delage – MTO BIA 2016 1. L’atmosphère 1.2 Pression atmosphérique 1.2 Pression atmosphérique En 1648, Pascal a découvert que la pression atmosphérique à un niveau quelconque est égale au poids d'une colonne d'air de surface horizontale 1 m2 située au-dessus de ce niveau, s'étendant jusqu'au sommet de L’atmosphère : Unité de mesure Le Pascal (Pa). Pour la météo, nous utilisons plutôt les hectopascal (hPa) C. Delage – MTO BIA 2016 C. Delage – MTO BIA 2016 1. L’atmosphère 1. L’atmosphère 1.2 Pression atmosphérique 1.3 Températures Variations de pression Température de l’air Au sein d’une masse d’air, la pression décroît avec l’altitude : la quantité d’air au dessus de nous diminue, c’est la variation de pression verticale avec l’altitude. - Paramètre météorologique ayant une importance capitale sur les activités aéronautiques, à tel point que toutes les cartes et données météorologiques la comprennent. La diminution de pression avec l’augmentation d’altitude est de l’ordre de 1 hPa pour 28 ft / 8 m. - Elle est mesurée à une hauteur de 1,5 m, à l’abri du vent et du soleil. - Elle est exprimée en degrés Celsius (°C) ou Fahrenheit (°F). - Diminue de l’ordre de 2°C / 1 000 ft - 6,5°C / 1 000 m dans la troposphère jusqu’à la tropopause. C. Delage – MTO BIA 2016 C. Delage – MTO BIA 2016 1. L’atmosphère 1. L’atmosphère 1.3 Températures 1.3 Températures Au dessus de la tropopause ? Variations de températures La température atteint -56,5°C au sommet de la troposphère. La température varie selon plusieurs paramètres : - L’endroit du globe - La saison - Les caractéristiques de la masse d’air - Le moment de la journée - Des caractéristiques typographiques spécifiques. La tropopause, qui surmonte la troposphère, constitue une couche d’inversion de température, c’est-à-dire que la température recommence à croître au dessus de celle-ci, dans la stratosphère. Sur une journée, la température minimale est trouvée peu après le lever du soleil, la maximale vers 17 heures solaires. C. Delage – MTO BIA 2016 C. Delage – MTO BIA 2016 1. L’atmosphère 1. L’atmosphère 1.4 Masse volumique 1.4 Masse volumique La masse volumique caractérise la masse d’un matériau par unité de volume. Elle est définie par le rapport et est exprimée en kg/m3. La masse volumique de l’air est de 1,225 kg/m3 au niveau de la mer à 15°C. Elle diminue avec l’altitude et la température. Pour une température donnée, le produit Pression × Volume est constant : ! Si P !, alors V ", et ρ !. ! Si P ", alors V !, et ρ ". Pour une pression P donnée, le rapport V/T reste constant : ! Si T !, alors V !, et ρ ". ! Si T ", alors V ", et ρ !. C. Delage – MTO BIA 2016 1. L’atmosphère C. Delage – MTO BIA 2016 1. L’atmosphère 1.5 Atmosphère standard 1.5 Atmosphère standard Définition Caractéristiques Pour des besoins de standardisation, de calibration des instruments, de sécurité, l’OACI a défini des paramètres d’atmosphère. Ainsi, tous les aéronefs utilisent la même référence. - Température de 15°C au niveau de la mer Cette référence s’appelle « atmosphère standard ». - Pression de 1 013,25 hPa - Gradient vertical de température de -6,5°C / 1 000 m jusqu’à 11000 m, nul entre 11 000 et 20 000 m puis +10°C / 1 000 m jusqu’à 32 000 m - La tropopause se situe à 11 000 m C. Delage – MTO BIA 2016 C. Delage – MTO BIA 2016 1. L’atmosphère 1. L’atmosphère 1.6 Instruments de mesure 1.6 Instruments de mesure Vent Unité : Manche à air m/s. en aéronautique, on utilise le kt 1 kt = 0,5 m/s 1 m/s = 2 kt. Orientation : girouette Force : anémomètre. C. Delage – MTO BIA 2016 1. L’atmosphère C. Delage – MTO BIA 2016 1. L’atmosphère 1.6 Instruments de mesure 1.6 Instruments de mesure Température Pression Unité : Unité SI : °C, °F ou °K Instrument : thermomètre (à l’abri du vent et du soleil, à 1,5 m du sol) C. Delage – MTO BIA 2016 Pa (hPa) Instrument : Baromètre C. Delage – MTO BIA 2016 1. L’atmosphère 1. L’atmosphère 1.6 Instruments de mesure 1.7 Humidité de l’air et saturation Ballon sonde (radiosondage) Lorsqu’on veut mesurer les caractéristiques sur une couche de l’atmosphère, on utilise un ballon sonde gonflé à l’hélium. Il comporte un hygromètre, un thermomètre. Sa direction, surveillée par un radar, donne des indications sur la force et la direction du vent. L’atmosphère contient de l’eau sous toutes ses formes : - Liquide, - Solide, - Gazeux. C. Delage – MTO BIA 2016 1. L’atmosphère C. Delage – MTO BIA 2016 1. L’atmosphère 1.7 Humidité de l’air et saturation 1.7 Humidité de l’air et saturation Définitions Définitions ! Vapeur d’eau Eau à l’état gazeux se trouvant dans l’air La quantité de vapeur d’eau que peut contenir un volume d’air dépend de sa température. Plus la température augmente, plus le volume d’air peut contenir de vapeur d’eau. ! Humidité relative Rapport exprimé en %, appelé hygrométrie : ! Humidité Quantité d’eau contenue dans l’air. C. Delage – MTO BIA 2016 Vapeur d’eau réelle Vapeur d’eau maximum Lorsque le rapport est de 100 %, la masse d’air ne peut plus accumuler de vapeur d’eau, elle arrive à saturation : l’eau se condense. C. Delage – MTO BIA 2016 1. L’atmosphère 1.7 Humidité de l’air et saturation Définitions ! Point de rosée Température à laquelle il faut refroidir une masse d’air pour que la vapeur qu’elle contient se condense (l’humidité relative atteint 100 %). C. Delage – MTO BIA 2016 1. L’atmosphère 1. L’atmosphère 1.8 Phénomènes énergétiques 1.8 Phénomènes énergétiques Au sein de l’atmosphère ont lieu des échanges thermiques. Ces échanges ont lieu sous trois formes : - La conduction - La convection - Le rayonnement. Conduction La conduction thermique consiste en un échange de chaleur entre deux milieux (pouvant être chacun solide, liquide ou gazeux), ou entre deux zones d'un même milieu, par l'intermédiaire de la surface de contact séparant ces milieux ou ces zones. L’air est un mauvais conducteur de chaleur. C. Delage – MTO BIA 2016 C. Delage – MTO BIA 2016 1. L’atmosphère 1. L’atmosphère 1.8 Phénomènes énergétiques 1.8 Phénomènes énergétiques Convection Rayonnement Ensemble des mouvements générés dans une masse fluide (liquide ou gazeux) du fait des différences de densité en divers endroits de la masse et aux différences de température. Lorsqu'une source d'énergie est capable de transmettre cette énergie dans un milieu adjacent soit sous forme d'ondes, soit sous celle de particules considérées comme ayant de très petites dimensions et de très grandes vitesses par rapport aux caractéristiques du milieu considéré, alors le processus par lequel s'effectue cette transmission d'énergie est le rayonnement. Si une masse de liquide est réchauffée dans sa partie inférieure, le liquide chaud le plus voisin de la source thermique diminue en densité et tend à remonter en cédant la place à du liquide plus dense et plus froid. Exemple : une route chauffée par le soleil en plein été qui diffuse de la chaleur la nuit. Exemple : la montgolfière utilise la convection C. Delage – MTO BIA 2016 1. L’atmosphère C. Delage – MTO BIA 2016 1. L’atmosphère 1.8 Phénomènes énergétiques 1.9 Stabilité de l’atmosphère Un gaz qui se détend se refroidit Exemples : pneu qui se dégonfle, bombe de crème Chantilly, extincteur au CO2, etc. Un gaz qui se comprime se réchauffe Exemples : compresseur d’air, pompe à vélo, etc. C. Delage – MTO BIA 2016 C. Delage – MTO BIA 2016 1. L’atmosphère 1. L’atmosphère 1.9 Stabilité de l’atmosphère 1.9 Stabilité de l’atmosphère Isolons une bulle d’air (particule) et faisons-lui subir une ascension : Pression ! Température ! Z2 Z1 Pression Température En prenant de l’altitude, la particule va rencontrer des pressions plus faibles et donc se détendre. Cette détente provoque son refroidissement. Inversement si la particule descend : Pression Température Z1 Z2 Pression " Température " En perdant de l’altitude, la particule va rencontrer des pressions plus fortes et donc se comprimer. Cette compression provoque son réchauffement. C. Delage – MTO BIA 2016 1. L’atmosphère C. Delage – MTO BIA 2016 1. L’atmosphère 1.9 Stabilité de l’atmosphère 1.9 Stabilité de l’atmosphère L’air étant mauvais conducteur de chaleur, il n’y aura pas d’échange entre l’air ambiant et la particule. La température de l’air ambiant n’influera pas sur le refroidissement ou le réchauffement de la particule Le phénomène est dit adiabatique. C. Delage – MTO BIA 2016 La particule lâchée dans la masse d’air continuera de monter tant que sa température sera supérieure à celle de la masse d’air dans laquelle elle évolue. En fonction des caractéristiques de la masse d’air, la particule stoppera son ascension, redescendra ou au contraire continuera de monter. C. Delage – MTO BIA 2016 1. L’atmosphère 1. L’atmosphère 1.9 Stabilité de l’atmosphère 1.9 Stabilité de l’atmosphère Stabilité Instabilité Lorsqu’une particule d’air humide s’échauffe au contact du sol, sa masse volumique diminue et elle s’élève. Elle subit alors une détente adiabatique et se refroidit. Lorsqu’une particule d’air humide s’échauffe au contact du sol, sa masse volumique diminue et elle s’élève. Elle subit alors une détente adiabatique et se refroidit. Si sa température reste supérieure à celle de l’air ambiant, sa masse volumique reste inférieure à celle de l’air ambiant et elle continue sa montée. - si sa température devient égale à celle de l’air ambiant, sa masse volumique également et elle stoppe sa montée. - si sa température devient inférieure à celle de l’air ambiant, sa masse volumique devient supérieure à celle de l’air ambiant et elle redescend. On dit alors que l’atmosphère est instable. On dit alors que l’atmosphère est stable. C. Delage – MTO BIA 2016 1. L’atmosphère C. Delage – MTO BIA 2016 1. L’atmosphère 1.10 Circulation générale 1.10 Circulation générale Masse d’air : définition Déplacement général des masses d’air Grande étendue d'air dans laquelle la température et l’humidité varient peu. Certaines régions du globe ont des propriétés de température et d'humidité uniformes au sol. Les masses d'air surmontant ces régions acquièrent ces mêmes propriétés. Les masses d'air se déplacent alors selon les principes de la circulation atmosphérique générale : l'air froid tend à s'écouler vers l'équateur alors que l'air chaud se dirige vers les pôles. Elles subissent des modifications au fur et à mesure de leur passage au-dessus de régions ayant d'autres caractéristiques. C. Delage – MTO BIA 2016 C. Delage – MTO BIA 2016 1. L’atmosphère 1. L’atmosphère 1.10 Circulation générale 1.10 Circulation générale Classement des masses d’air Les masses d’air sont classées selon deux propriétés ! Température : - Très froide - Froide - Chaude - Très chaude Air arctique Air polaire Air tropical Air équatorial Humidité : - Sèche - Humide Air continental Air maritime ! C. Delage – MTO BIA 2016 C. Delage – MTO BIA 2016 1. L’atmosphère 1.10 Circulation générale Caractéristiques des masses d’air Air polaire maritime : Temps à nuages cumuliformes et averses. Air polaire continental : Temps clair et sec, avec occasionnellement des stratus ou stratocumulus. Air tropical maritime : Temps à brumes, brouillards ou nuages stratiformes bas. Air tropical continental : Temps provoquant souvent des orages sur les reliefs. C. Delage – MTO BIA 2016 1. L’atmosphère 1. L’atmosphère 1.10 Circulation générale 1.10 Circulation générale Courant Jet (jetstream) Courant Jet (jetstream) Ce vent souffle d’Ouest en Est sur une bande de quelques centaines de kilomètres de largeur et à une altitude d’environ 10 000 m. Sa vitesse atteint fréquemment 200 à 300 km/h. Les pilotes de ligne en tiennent compte pour profiter de sa vitesse s’ils vont d’Ouest en Est ou au contraire pour l’éviter si leur route est en sens inverse. C. Delage – MTO BIA 2016 C. Delage – MTO BIA 2016 2. Les masses d’air et les fronts 2.1 Isobares, anticyclones, dépressions… Surface isobare : définition 2. LES MASSES D’AIR ET LES FRONTS C. Delage – MTO BIA 2016 Une surface isobare est une zone pour laquelle la pression est constante en tout point. En météorologie, une isobare désigne une ligne dessinée sur les cartes qui relie les points d’égale pression. Ces lignes permettent d’identifier les zones dépressionnaires ou anticycloniques. C. Delage – MTO BIA 2016 2. Les masses d’air et les fronts 2. Les masses d’air et les fronts 2.1 Isobares, anticyclones, dépressions… 2.1 Isobares, anticyclones, dépressions… Surface isobare L’anticyclone Un anticyclone est une zone de hautes pressions. Caractéristiques : - Pression > 1 013 hPA - Mouvement vertical descendant de évacuant les nuages - Pas ou peu de nuages : beau temps C. Delage – MTO BIA 2016 l’air (subsidence) C. Delage – MTO BIA 2016 2. Les masses d’air et les fronts 2. Les masses d’air et les fronts 2.1 Isobares, anticyclones, dépressions… 2.1 Isobares, anticyclones, dépressions… L’anticyclone La dépression Une dépression est une zone de… basses pressions. Caractéristiques : - Pression < 1 013 hPA - Mouvement vertical ascendant de l’air (ascendance) créant des nuages - Beaucoup de nuages et de précipitations : mauvais temps - Existence de vent plus ou moins fort. C. Delage – MTO BIA 2016 C. Delage – MTO BIA 2016 2. Les masses d’air et les fronts 2. Les masses d’air et les fronts 2.1 Isobares, anticyclones, dépressions… 2.1 Isobares, anticyclones, dépressions… La dépression La dorsale Il s'agit d'une avancée de hautes pressions issue d'un anticyclone, un promontoire partant des anticyclones jusque dans les champs dépressionnaires. On la retrouve couramment à l'avant d'une perturbation. Une dorsale a généralement pour effet de stabiliser le temps. Le vent y est souvent faible ou nul. C. Delage – MTO BIA 2016 C. Delage – MTO BIA 2016 2. Les masses d’air et les fronts 2. Les masses d’air et les fronts 2.1 Isobares, anticyclones, dépressions… 2.1 Isobares, anticyclones, dépressions… La dorsale Le talweg Un talweg est l'opposée d'une dorsale : il s'agit d'une avancée de basses pressions issues d'une dépression, un prolongement d'une dépression dans une zone de haute pression. Il y a généralement un front dans l'axe d'un talweg. Il se situe souvent entre 2 anticylones. C. Delage – MTO BIA 2016 C. Delage – MTO BIA 2016 2. Les masses d’air et les fronts 2. Les masses d’air et les fronts 2.1 Isobares, anticyclones, dépressions… 2.1 Isobares, anticyclones, dépressions… Le talweg Le col (barométrique) Un col est une région de transition entre 2 dépressions et 2 anticyclones. Il s'agit d'une zone de calme relatif ; les vents sont faibles et peuvent être relativement variables. C. Delage – MTO BIA 2016 C. Delage – MTO BIA 2016 2. Les masses d’air et les fronts 2. Les masses d’air et les fronts 2.1 Isobares, anticyclones, dépressions… 2.1 Isobares, anticyclones, dépressions… Le col Le marais barométrique Il s'agit d'une zone à faible gradient de pression. On parlera de 1013 hPa ou un peu moins. Il s'agit d'une zone où les vents sont calmes ou faibles ou très variables. On retrouve relativement souvent ce type de condition atmosphérique lors des chaudes journées estivales avec un temps chaud et lourd. C'est dans un marais barométrique que les orages les plus violents peuvent se former. C. Delage – MTO BIA 2016 C. Delage – MTO BIA 2016 2. Les masses d’air et les fronts 2.1 Isobares, anticyclones, dépressions… Le marais barométrique 2. Les masses d’air et les fronts 2.2 Les perturbations et les fronts Le front est la surface de séparation entre la masse d'air froide et la masse d'air chaude. Le front se déforme sous l'influence de l'air froid et de l'air chaud qui tendent à poursuivre leur chemin, vers le sud pour le 1er, vers le nord pour le 2nd. C. Delage – MTO BIA 2016 2. Les masses d’air et les fronts 2.2 Les perturbations et les fronts C. Delage – MTO BIA 2016 2. Les masses d’air et les fronts 2.2 Les perturbations et les fronts L'ondulation du front détermine deux limites. Le front chaud : l'air chaud repousse l'air froid devant lui et passe au dessus. Après constitution de la perturbation, le front froid se déplace plus vite que le front chaud. Le front froid : l'air froid postérieur pousse l'air chaud devant lui et au dessus de lui. C. Delage – MTO BIA 2016 C. Delage – MTO BIA 2016 2. Les masses d’air et les fronts 2.2 Les perturbations et les fronts 2. Les masses d’air et les fronts 2.2 Les perturbations et les fronts L'occlusion se produit lorsque le front froid rattrape le front chaud, le rejetant en altitude. C. Delage – MTO BIA 2016 C. Delage – MTO BIA 2016 2. Les masses d’air et les fronts 2.1 Isobares, anticyclones, dépressions… Le front chaud Il constitue l’avant de la perturbation. L’air chaud postérieur surmonte l’air froid antérieur. Il peut faire l’objet de précipitations continues soutenues. La visibilité en vol y est très mauvaise à nulle. Il est composé de nuages essentiellement de type stratiforme. C. Delage – MTO BIA 2016 2. Les masses d’air et les fronts 2.1 Isobares, anticyclones, dépressions… Le front froid Il constitue l’arrière de la perturbation. L’air froid postérieur avance en direction de l’air chaud et le rattrape. Il peut faire l’objet de fortes averses, d’orages. La visibilité est excellente en dehors des averses. Il est composé de nuages essentiellement de type cumiliforme. C. Delage – MTO BIA 2016 2. Les masses d’air et les fronts 2.1 Isobares, anticyclones, dépressions… L’occlusion (ou front occlus) L’occlusion a lieu lorsque le front froid a rattrapé le front chaud. Elle peut être de deux sortes : - À caractère de frond chaud (la surface frontale est le front chaud) - À caractère de frond froid (la surface frontale est l’air froid). C. Delage – MTO BIA 2016
