Meteo: les perturbations

[yves25]

Bonjour

On en avait parlé dans une autre discussion sur les dépressions et la pluie. On peut peut être essayer de préciser un peu la façon dont on décrit la formation et l'évolution des perturbations des latitudes moyennes.

Jusqu'à récemment (en tout cas à mon échelle ), c'est la description norvégienne (celle de Bjerkness) qui faisait la loi.

Dans cette théorie très descritive et très imagée: il y a un conflit permanent entre les masses d'air chaudes des latitudes basses (tropicales) et les masses d'air froid des latitudes plus élevées . Bjerkness développe sa théorie au lendemain de la guerre de 14 -18 et la représentation qu'il a de la météo s'en ressent très fortement , au moins dans la terminologie.

Entre air froid et airt chaud , il y a donc des fronts. (maintenant, on parle davantage de zone baroclines, cad de zones de variations rapides de la température sur une même surface isobarre: très précisément on oppose barotrope et barocline : dans le premier cas les isothermes et les isobarres sont parallèles, ils se croisent dans le deuxième cas. Prenez donc la surface 1000 hPa, vers les 45° N , la température varie assez rapidement avec la latitude et donc sur une même surface , c'est une zone barocline ou celle du front polaire suivant Bjerkness

Toujours suivant Bjerkness, un front peut être inactif , il est dit stationnaire, (on emploie encore ces termes par exemple dans le bulletin de meteo marine)

Mais il y aura forcément une escarmouche à un moment ou à un autre.

Ces escarmouches naissent plus facilement lorsque les mouvements des masses d'air sont opposés. Par exemple, en hiver, il y a un anticyclone (froid) sur l'Amerique du Nord ce qui entraîne un vent de NNO sur l'Atlantique au large des US, et d'autre part, l'Anti des Acores (air chaud) tend à créer un vent de SSO. Les conditions sont idéales , si quelqu'un tousse, ça pète de partout.

Le front se déforme parce que de l'air chaud essaie une incursion dans le domaine de l'air froid. Ce faisant il a tendance à être soulevé par l'air froid qui est plus dense. L'air froid entre à son tour dans les tranchées de l'air chaud , un peu à côté de l'incursion chaude mais en dessous de l'air chaud puisqu'il est plus dense. En gros, air chaud et air froid se font la course en tournant. Le soulèvement de l'air chaud cause un mouvement dépressionnaire qui crée la rotation des masses d'air qui s'enroulent en spirale autour de la dépression (suivant la loi du tire bouchon dans l'HN: c'est la faute à Coriolis)

Ensuite la perturbation (avec la dépression en son sommet) se déplace dans le flux général qui va d'ouest en est . L'air froid coure après l'air chaud , le mouvement de rotation s'amplifie et la dépression se creuse.

A l'avant de l'air chaud on a un front chaud, à l'arrière, c'est l'air froid et entre les deux, bien sûr le front froid.

La pluie est provoquée par le soulèvement de l'air chaud

Au bout de qq temps (typiquement qq jours) l'air froid rattrappe l'air chaud (il va plus vite) et la dépression se comble , d'abord en surface pour donner une occlusion puis en altitude et le front redevient zonal


Bon, ça, c'est la description de Michel Simon pour ceux à qui ça dit qq chose (). Maintenant, on voit les choses différemment (comme le disait Damien, ce sont les dépressions qui sont à l'origine des perturb et non l'inverse) et c'est la différence des approches qu'il serait intéressant de discuter.
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[invite5fc1946d]

Bonjour

Bon, ça, c'est la description de Michel Simon pour ceux à qui ça dit qq chose (). Maintenant, on voit les choses différemment (comme le disait Damien, ce sont les dépressions qui sont à l'origine des perturb et non l'inverse) et c'est la différence des approches qu'il serait intéressant de discuter.

Non c'est le contraire C'est les perturbations qui sont à l'origine des dépressions maintenant. Avant c'était le contraire on ne jurait que par les dépressions et les anticyclones pour tout expliquer. Sauf que plus on a commencé à détailler (avec les modèles numériques notamment), moins ça marchait. Maintenant la dépression et l'anticyclone sont considérés à leu juste valeur, c'est à dire une simple modification de la pression de l'air. Mais ce n'est plus ça le "centre d'action" qui orchestre.

Place aujourd'hui à la thermodynamique. Qui dit thermodynamique dit température. Le vrai moteur maintenant c'est la température, mais ça ne suffit pas. Il faut rajouter le cycle de l'eau qui avec ses changements de phase (liquide - gazeux - solide) est lui-même un agent énergétique, grâce notamment à la chaleur latente qui se libère lors de ces changements de phase. On parle alors de température potentiel équivalente ou TPE, ou encore ThétaE. C'est cette température en prenant compte l'humidité donc qu'on étudie. Quant on parle de conflit de masse d'air chaude et froide, ce sont des conflits de ThétaE, ce n'est donc pas la température que vous enregistrez avec votre thermomètre. Une masse d'air chaude et humide c'est pas la même chose qu'une masse d'air chaude et sèche.

Mais ça ne suffit toujours pas. Avant on considérait que l'atmosphère était uniforme de la surface aux hautes altitudes. Maintenant on considère que l'atmosphère en surface est et réagit totalement différemment que l'atmosphère en haute altitude. Haute troposphère pour être plus exacte. On a essayé encore dans les années 60-70 d'expliquer ses différences avec des considérations norvégiennes, mais ça ne marchait toujours pas. Puis un jour on a découvert les anomalies de tropopauses. Et là ça a fait tilt. C'était le candidat parfait pour expliquer ce qui se passait en haute altitude. La tropopause est la limite maximum en altitude du domaine de la météorologie. Mais ce n'est pas une surface toute plate, c'est comme un océan avec des creux et des bosses qui évoluent tout le temps. Grosso-modo une anomalie basse de tropopause va correspondre à une dépression d'altitude et une anomalie haute de tropopause va correspondre à une dorsale anticyclonique. La nuance est très importante, car ses anomalies de tropopauses sont dirigées par le profil vertical de la température. Au niveau de la tropopause règnent les températures les plus basses de la troposphère mais aussi de la stratosphère au-dessus. Donc si on a une anomalie de tropopause plus basse, c'est comme si on avait une température en altitude plus basse que la normale. CQFD.

Manquait encore un truc, le jet-stream. Longtemps qu'on le connait, mais avant qu'on découvre les anomalies de tropopauses, on savait mal expliquer comment naissait le jet stream. C'est une zone de vent très fort en altitude qui se trouve toujours juste à la frontière entre anomalie basse et haute. Ce vent est renforcé par les anomalies, qui lui-même forme et déforme les anomalies qui à leur tour engendrent le vent etc... dans un balai ininterrompu et perpétuel. Qui de l'oeuf ou de la poule ? Aucun les 2 sont liés. Le vent forme les anomalies qui elle-même forme le vent.

Maintenant qu'on a nos 3 ingrédients de bases, on peut commencer à parler de baroclinité et de barotropie.

PS : bon j'ai écrit ça vite fait en faisant du par coeur, donc c'est sans doute pas très didactique

[mh34]

Bon ; alors est-ce que j'ai bien compris ; l'explication thermodynamique complète et précise le modèle norvégien, mais celui-ci reste toujours valable, non?
Ou bien ce sont deux modèles qu'on ne peut utiliser ensemble?
En tout cas merci de mettre à la portée du néophyte des phénomènes qui ont l'air très complexes..

[yves25]

Non c'est le contraire C'est les perturbations qui sont à l'origine des dépressions maintenant. Avant c'était le contraire on ne jurait que par les dépressions et les anticyclones pour tout expliquer. Sauf que plus on a commencé à détailler (avec les modèles numériques notamment), moins ça marchait. Maintenant la dépression et l'anticyclone sont considérés à leu juste valeur, c'est à dire une simple modification de la pression de l'air. Mais ce n'est plus ça le "centre d'action" qui orchestre.

Hummm, j'me demande...
mais tout d'abord merci de jouer le jeu.

J'me d'mande parce que les anomalies de tropopause, ce sont bien des dépressions en altitude (les anomalies de tropopause trop basse, je veux dire) , non?

C'est aussi une rotation de la masse d'air mais en meteo, ça se mord toujours un peu la queue ..sinon ça marche pas.

Je reviens sur le reste de ton post tout à l'heure (pour approfondir et mieux comprendre moi même, pas pour te contredire)

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite5fc1946d]

J'me d'mande parce que les anomalies de tropopause, ce sont bien des dépressions en altitude (les anomalies de tropopause trop basse, je veux dire) , non?

Ah non pas du tout. Que cela se manifeste parfois (souvent mais pas toujours) par une baisse de pression en altitude est une chose, mais ça n'a rien à voir avec une dépression. C'est le forçage induit par l'anomalie qui va créé un mouvement ascendant et donc une baisse de pression, simple conséquence de mouvement vertical. Un mouvement subsident favorisera lui la création d'un anticyclone. Une anomalie de tropopause c'est ce qu'on appelle aussi une advection de tourbillon potentiel élevé et cela créé du cyclonisme. Mais par exemple certaines anomalies basses de tropopauses dites "latentes" n'ont aucun mouvement vertical et donc cela ne se répercute par aucune baisse de pression.

Au départ une anomalie de tropopause ça se rapporte au profil vertical de la température. Aucun rapport avec la pression donc. La tropopause délimite l'endroit où la température s'arrête de baisser (troposphère) pour remonter avec l'altitude (stratosphère). On appelle ça l'inversion stratosphérique de température. Ca explique d'ailleurs pourquoi plus aucun nuage ne peut se développer au-delà et aussi pourquoi les températures au niveau de la tropopause sont basses de l'ordre de -56°C à 10km d'altitude pour 15°C au sol et environ 0°C vers 40km d'altitude dans la stratosphère.

Y'aurait beaucoup à dire sur tout ça, mais j'ai peur de rendre la discussion un peu compliqué.

[yves25]

On va essayer d'y aller doucement en précisant les choses.
Mais souvent, on peut présenter les choses de plusieurs façons, il n'est pas toujours facile de retrouver ce qui est essentiel.

Essayons de le faire quand même et si je me trompe, c'est pas grave si ça permet de progresser et qu'à la fin, on laisse qq chose de clair.

Tout d'abord, la tropopause limite tout simplement la couche atmosphérique dans laquelle les mouvements verticaux ont lieu. C'est l'intensité de l'activité convective dans les basses couches qui la détermine: l'air étant soulevé, il y a refroidissement par détente adiabatique et c'est cela qui commande le profil de température. Au dessus des derniers mouvements convectifs, il n'y a plus de mouvements et l'atmosphère est stratifiée (d'où le nom). Les apports énergétiques sont alors radiatifs: absorption du rayonnment solaire par l'ozone et émission IR par le CO2. En plus, il y a de l'advection horizontale mais c'est un apprt faible par rapport aux échanges radiatifs.

En même temps on peut dire que l'air ne monte plus parce qu'il y a inversion de température potentielle mais c'est se mordre la queue puisque la température potentielle est justement la température adiabatique.

Définition: la tempé potentielle est la température qu'aurait une parcelle d'air ramenée adiabatiquement à la pression 1013 hPa

Dans la strato, donc, la température d'état n'augmente plus avec l'altitude ou très peu. Du coup si on prend une parcelle d'air de la strato et qu'on la ramène à 1013 elle est très chaude et donc la température potentielle y augmente rapidement avec l'altitude alors qu'elle n'augmente pas beaucoup dans la tropo .

Là dessus, je crois qu'au moins on devrait être facilement d'accord.

[yves25]

Nota Bene

Il n'est pas du tout étonnant qu'on ne sache pas trop par quel bout prendre le pb dans ce genre de description parce qu'en réalité... qu'est ce qui compte vraiment: les équations dites primitives, cad F = ma et le premier principe de la thermodynamique . Le reste est ....ce qui rend les choses compliquées mais ça ne commande pas les mouvements de l'atmosphère.

Dans un écoulement non laminaire, il y a forcément des tourbillons. Donc, il y a toujours de quoi donner naissance à des perturbations. Le pb est de distinguer ce qui a des chances de croître. Un modèle possédant une assez bonne résolution simule bien ces perturb sans pour cela qu'on ait besoin de représenter les fronts ou les tourbillons, au contraire, la notion de tourbillon potentiel (potential vorticity ) est plutôt apparue comme un outil d'exploitation des résultats des modèles ....et des observations satellitaires, il est vrai.

[yves25]

Au fait, Damien, tu exagères: regarde ce que tu as écrit

Non c'est le contraire C'est les perturbations qui sont à l'origine des dépressions maintenant.

ici message 2

et

:

La dépression accompagne (et amplifie) ce qu'on appelle une perturbation

.

En fait dans la théorie norvégienne, avant oui c'était comme ça qu'on voyait les choses. Maintenant on sait que c'est le contraire : La perturbation accompagne et amplifie ce qu'on appelle une dépression

(http://forums.futura-sciences.com/thread219772.html message 8)

[yves25]

Bon ; alors est-ce que j'ai bien compris ; l'explication thermodynamique complète et précise le modèle norvégien, mais celui-ci reste toujours valable, non?
Ou bien ce sont deux modèles qu'on ne peut utiliser ensemble?
En tout cas merci de mettre à la portée du néophyte des phénomènes qui ont l'air très complexes..

Le message ci dessus te réponds en qq sorte: ce qui compte, c'est la dynamique et la thermo .

[invite5fc1946d]

La perturbation accompagne et amplifie ce qu'on appelle une dépression

=

C'est les perturbations qui sont à l'origine des dépressions maintenant.

J'ai dit la même chose il me semble non ?

[yves25]

=



J'ai dit la même chose il me semble non ?

Bah, non: si la perturb accompagne et amplifie la dépression, c'est que la dépression existe avant la perturb.

Pas toujours facile de se faire comprendre dans un forum

Bon, on est donc d'accord là dessus, ce n'est pas la dépression qui préexiste: ce sont les mouvements tourbillonnants de l'atmosphère qui créent ces dépressions.

A ne pas confondre avec les dépressions d'origine thermique crées par soulèvement de l'air par la convection.

[invite5fc1946d]

J'pense qu'il faudrait se faire un plan yves, pour parler de tout ça sinon on va se perdre.

Alors je propose d'abord qu'on définisse les termes, ce que j'aime appeler les ingrédients. Après on pourra voir comment ils interagissent entre eux.

D'ailleurs il faudrait cibler la problématique précisément : Je propose "Naissance d'une dépression des latitudes moyennes".

Car tout ce qui est tropical (convectif) et polaires ça mériterait un gros chapitre à eux seuls les mécanismes n'étant pas les mêmes.

Même chose, je pense qu'il faudrait en premier lieu parler d'échelle avec d'abord l'échelle planétaire (onde de rossby notamment) pour ensuite nous intéresser à la naissance d'une dépression synoptique proprement dit.


Mais bon je vais remettre ce que j'avais écrit sur le forum Infoclimat un jour, j'avais pas trop merdé à écrire mon truc je crois bien :

Zone Barocline

Pour avoir une tempête, il faut d'abord une atmosphère barocline, c'est à dire une atmopshère caractérisé par une situation météorologique dans laquelle la température varie le long des surfaces isobares. Plus la température et les isobarres sont ressérrés horizontalement, plus la zone est barocline.

On a souvent une atmosphère barocline forte lorsque les centres d'actions antagonistes sont puissants. (dépression d'islandes et anticyclone des açores pour te donner un exemple connu). Oui, car plus ils sont puissants, plus nos isobarres caractérisant une atmosphère barocline vont être nombreux. On appelle ça un gradient. Il faut bien comprendre que c'est le gradient de température qui influence le gradient des isobarres (presson). La puissance des centres d'actions est une chose, mais il suffit aussi que leurs centres soit proches pour que les isobarres soient ressérrés. Bref, tu l'auras compris, une zone barocline forte, ça veut dire grosso-modo qu'on va avoir un fort gradient de température et de pression. Des isothermes sérrées avec les isobarres.

Plus la zone est barocline, plus le potentiel d'énergie est fort et plus il va être possible à ce qu'il s'y développe des mouvements verticaux.

Cette situation est vrai particulierement aux latitudes tempérés entre les masses d'airs polaires et les masses d'airs tropicales. On le voit bien sur des cartes d'altitudes et c'est la situation normallement normale de nos latitudes. La limite entre air polaire - air tropical est souvent à caractéristique barocline. C'est un point de convergence entre l'air chaud du sud et l'air froid du nord dans nos régions.

On le verra plus tard, mais le jet stream est conditionné par cela. Il est fortement lié à cette atmsophère barocline particulière des latitudes tempérés. Oui car la simple baroclinité on la retrouve un peu partout (ce qui n'est pas la cas du jet-stream). C'est un terme qui peut s'intégrer dans de très nombreuse situations météos différentes. Cela montre simplement un potentiel énergétique existant capable de transformer une énergie potentielle en énergie cinétique.

Voilà en ce qui concerne notre zone barocline. On va dire que c'est notre lieu où la tempête est susceptible de se former, mais il faut comprendre qu'une zone barocline est seulement un terreau propice, qui dans la plupart des cas génére une simple dépression, non une tempête, ou même quedal, ça arrive souvent, car pour que des mécanismes perturbés s'y développent va falloir d'autres choses. Par définition une zone barocline est donc simplement un réservoir. C'est un peu comme le disait un jour je sais plus qui de l'essence, de l'énergie potentielle donc.

Le jet-stream

Le jet stream (ou jet streak = accélération du jet à un endroit donné du jet-stream) c'est quoi ? On dit aussi courant-jet.

En haute altitude, à la limite troposphère-stratosphère c'est une bande assez étoite où le vent peut dépasser 300 km/h circulant d'ouest en est sous nos latitudes. Bon ça tout le monde le sait ^^

En fait sa formation est étroitement lié à la zone barocline parlé avant. Le fort contraste thermique entre air froid polaire et air chaud tropical induit un écoulement d'air horizontal (le sens est lié à la rotation de la terre).

Maintenant revenons à notre zone barocline. Au-dessus de lui, donc s'écoule le courant-jet. Si la zone barocline est rectiligne, alors le courant-jet sera fort. On dit aussi vulgairement un courant zonal.

Une zone barocline rectiligne, c'est à dire bien droite est un bon indice d'une situation favorable aux tempêtes et également indique un courant-jet fort. Lorsque les masses d'airs ondulent on peut aussi avoir de la baroclinité et du jet-stream, mais c'est une situation qui s'y prete un peu moins et surtout de façon moins étendu. On peut avoir des accélérations ponctuelles cependant du jet, mais partons dans un cas d'école, sinon j'ai pas fini ^^

Donc en résumé, une zone barocline forte et rectiligne donnera un courant-jet fort en haute altitude.

On a donc nos 2 ingrédients, mais si on ne voit que ça, on parlera jamais des dépressions et donc des tempêtes, car pour que tout ça se mette en branle il faut maintenant parler des forçages.

[invite5fc1946d]

Anomalie de tropopause

Parlons maintenant un peu des anomalies dynamique de tropopause. On peut représenter cela comme un creux au niveau de la limite troposphère-stratosphère. Elle se caractérise par la pénétration d'air stratosphérique dans la troposphère. C'est donc de l'air très sec et froid qui plonge dans la stratosphère. Dans une situation normale et classique, entre un de ces creux et une bosse (le contraire donc) nous avons notre jet.

Ce qui est intéréssant avec les anomalies de tropopause, c'est qu'elles permettent un forcage dynamique, c'est à dire une circulation verticale de l'air (pour faire simple). Ascendant en aval (devant) et descendant en amont (arrière). Je rentre pas dans les détails liés à cela (convergence - divergence).

Ce qu'on peut dire en tout cas c'est qu'une anomalie de tropopause agit sur le jet stream. L'anomalie se creuse et le jet stream se renforce. Ca y est lorsque les deux interagissent l'un sur l'autre, ça commence à devenir intéréssant.

Une dépression classique des zones polaires est en fait souvent lié à une anomalie de tropopause et l'ascendance/descendance qui en découle provoque un tourbillon d'altitude. Une goutte froide par exemple, c'est en fait souvent une anomalie de tropopause. On a donc autour une circulation cyclonique.

Revenons maintenant à nos moutons. Tout ceci c'est bien beau, mais ça explique pas une tempête explosive. Par contre ça explique une grande partie de nos dépression et systeme perturbé. Le plus important à retenir (parce que c'est pas un cours et encore moins sur les anomalies de tropopause. D'autres l'expliqueront beaucoup mieux que moi) c'est qu'une anomalie de tropopause va engendré la notion de forçage d'altitude provoquant un mouvement vertical de l'air, ascendant à l'avant et divergent à l'arrière et pour ce qui nous concerne, au sein même de la fameuse zone barocline dont je parlais au début (A noté que ce n'est pas obligatoire que cela ai lieu au niveau de la zone barocline, mais pour une tempête type 99, faut déjà qu'il y ai ça ----> en fait c'est un peu faux ce que je dis, puisque par définition l'atmopshère est barocline, mais bon je simplifie hein ^^). Mais si on s'arête là, on va avoir la naissance finallement d'une cyclogenese certes, mais qui à notre niveau (à la surface terrestre) va rester finallement assez molle. Un petit coup de vent quoi, tout ceci restant bien en altitude. Bah oui le jet lui reste en altitude même s'il se renforce au contact de l'anomalie.

C'est ce qu'on appelle vulgairement un tourbillon d'altitude et cela donne du mauvais temps, mais pas de quoi engendré une tempête type 99. Avant on appellait ça aussi une dépression froide dynamique ou une dépression d'altitude, mais une anomalie de tropopause est plus représentatif du fonctionnement et du précurseur engendrant cela, pis les termes évoluent c'est comme ça lol.

Advection de basse couche

Parlons maintenant du dernier ingrédient, avant de parler du mécanisme proprement dit. Je dirais au risque de me faire lyncher que c'est le plus important avec la zone barocline.

C'est un peu l'exact inverse de l'anomalie de tropopause. On aurait put appeller ça une anomalie chaude de surface. C'est à dire une zone où les températures de surface sont anormallement chaudes. Attention, ceci n'a rien à voir avec l'air chaud contenu dans un anticyclone ou une dorsale anticyclonique car dans ce cas là, c'est de l'air chaud qui se répercute sur toute l'altitude jusqu'à la tropopause (où cela forme d'ailleurs une bosse).

Non, notre anomalie chaude n'est visible qu'en surface. Cela peut être par exemple, une petite dépression d'origine tropicale, un reste de cyclone etc.... Mais dans ce cas là cela suppose déjà une structure cyclonique formée. Le shéma de js est trompeur à ce niveau là d'ailleurs. En fait on parle d'advection chaude en basse couche, car le phénomène au départ peut n'avoir aucun caractére dépréssionnaire déjà structuré.

Advection, cela veut dire simplement "déplacement horizontal d'une masse d'air", chaude et en basse couche (= surface) pour ce qui nous concerne. L'origine de ces advections à caractére tropical sont nombreuses et variés. Une simple ondulation d'une masse d'air chaude dans le flux par exemple qui s'amplifie ou bien comme je l'ai dit un ancien reste de cyclone qui remonte vers le Nord. Peu importe l'origine, c'est pas le plus important pour la suite.

On les repère sur des cartes de surface cette fois-ci. Et lorsqu'on commence à les voir aussi sur des cartes d'altitudes (500hpa), alors c'est qu'il s'est passé un truc.

En fait lorsque cette advection en basse couche approche de notre fameuse zone barocline (avec le jet au-dessus), alors là, ça peut faire BOUM ---> tempête explosive. On dit qu'il y a eut forçage en basse couche dans la zone barocline. Et cela engendre des mouvement verticaux importants. La notion de forçage est importante à comprendre car dans une situation équilibré la zone barocline est stable et les gradients thermiques bien parallèles. L'advection d'air chaud en BC qui arrive là-dessus boulverse en fait cela. Il arrive parfois aussi (mais attention ça n'est pas la régle) que ce soit une anomalie de tropopause déjà en place au-dessus et plus au nord qui attire vers soi en déformant les masses d'airs et champ de pression, cet air chaud en surface --> en fait cela arrive réellement mais plus tard quand la recette tempêtueuse commence à se former. Tout ceci est plus ou moins concomitant. Qui attire qui le premier horizontalement ? Toutes les situations sont différentes. C'est au cas par cas. L'important à comprendre est leur présence ou non à proximité de la zone barocline.

Mais attention, comme une mayonnaise, on a beau avoir tous les ingrédients, ce n'est pas pour ça que nous aurons notre tempête. Le plus important ensuite c'est l'intéraction de tous ces éléments entre eux. La recette peut foirer.

Nous verrons donc dans une dernière partie les intéractions entre tout ça pour former une belle cyclogénese explosive, mais les schémas après l'explique déjà fort bien.

La cyclogenese

On a donc bien expliquer (enfin j'espère) chaque ingrédients nécéssaire. Je pars d'un cas d'école bien sûr :

- une zone barocline avec un fort gradient de température.
- cette zone barocline est étroite mais aussi rectiligne (droite et dans un flux zonal) et tant qu'à faire assez longue.
- par conséquent nous avons un fort jet stream, bien alimenté et rapide

Voilà pour l'environnement. Le rail de tempête est prêt.

- a cela s'ajoute une anomalie de tropopause dans la partie polaire (au N de la zone barocline) qui sera d'autant plus efficace qu'elle sera profonde (creux de tropopause) et possédera une anomalie froide.
- parallèllement, une anomalie chaude de basse couche vient se projeter (advection) dans la zone barocline par le sud. Elle sera efficace si l'advection rentre profondément dans la zone barocline

Voilà pour les forçages.

Il faut maintenant qu'il y ait phasage, sinon ça fera un gros flop. Toute la difficulté de prévision des tempêtes explosives réside là-dedans. Car c'est le positionnement des 2 anomalies entre elles qui est le point crucial. C'est un moment rare car la plupart du temps (et heureusement) le phasage n'est que partiel. Plus ce phasage sera parfait, plus la tempête sera explosive.

Un bon phasage suppose que l'anomalie chaude de BC vienne devant l'anomalie de tropopause par rapport au flux. Mais pas trop devant non plus, sinon elles seront trop éloignés l'une de l'autre. Lorsque le phasage est parfait et que l'environnement est fortement barocline, alors cela fait BOOM. Une cyclogenese explosive nait et les forcages verticaux se font sur toute la hauteur de la troposphère. On comprend alors mieux pourquoi on dit que le jet stream dans ces cas là descend en surface (ce n'est bien sûr pas vrai, mais son énergie cinétique n'est pas anodine dans le mécanisme).

Enfin je dirais juste pour conclure que la tempête de 1999 à marqué les esprits. Pourtant des tempêtes avec un phasage aussi parfait, il y en a plusieurs par an sur l'atlantique nord. Heureusement pour nous la plupart ont lieu au milieu de l'atlantique. C'est son positionnement sur la France qui a rendu son caractére exceptionnel. Non sa nature. Il est même très probable que ce ne fut pas la tempête explosive la plus forte qu'a connu l'atlantique nord ces 20 dernières années.

PS : je n'ai pas pris la peine d'expliquer les mécanismes de cyclogénese. Faudrait quelques chapitres en plus ^^

________petits schémas explicatifs_______________

Nos deux anomalie l'une chaude en BC, l'autre froide en altitude. Sur le schéma en mauve et orange les Tourbillon de BC et ALT, les cercles bleu et rouge représente les iso-températures potentielles.
On a aussi le jet (le jet streak, ou rapide de jet si on est chauvin...n'est pas représenté)
Les flèches bleues représente la circulation géostrophique qui voit sa force diminuer au fur et à mesure qu'on s'éloigne dans l'espace d'une anomalie.

http://www.virtuallab.bom.gov.au/met...ab07/b7fai.gif
b7fai.gif


L'anomalie chaude induit une circulation verticale avec une ascendance en aval et une subsidence en amont

http://www.virtuallab.bom.gov.au/met...b07/b7faw1.gif
b7faw1.gif
Parallèlement en altitude, l'anomalie de tropo a sa propre circulation verticale

http://www.virtuallab.bom.gov.au/met...b07/b7faw2.gif
b7faw2.gif
Ensuite, l'ascendance en aval (induite par l'interaction de l'anomalie de tropo et de la zone barocline) va étirer le tourbillon de BC : la cloche mauve
C'est là que la position entre l'anomalie d'altitude et l'anomalie de BC est cruciale car toute la différence va se faire à ce niveau dans l'interaction barocline.

http://www.virtuallab.bom.gov.au/met...07/b7fast1.gif
b7fast1.gif
Et comme l'anomalie de tropo n'est pas en reste son tourbillon est lui aussi étiré par la subsidence, induite par l'interaction Anomalie chaude/zone barocline.

http://www.virtuallab.bom.gov.au/met...07/b7fast2.gif
b7fast2.gif

[yves25]

Encore une fois merci de jouer le jeu, les questions vont venir.
En attendant, je donne deux références qui viendront utilement compléter tes posts:
comment se forment les tempêtes sur le site de meteo France
http://www.meteofrance.com/FR/pedago...s/tempetes.jsp
et
les tempêtes de 99 sur le même site
http://www.meteofrance.com/FR/pedago...s_decembre.jsp

[yves25]

Je commente et précise quand je peux et je pose des questions quand je pige pas trop ou quand ça me vient à l'esprit. Précision: je suis physicien pas météo, j'aime pas les decriptions, j'aime comprendre ce qui se passe et pourquoi c'est comme ça et pas autrement. Je suppose que je ne suis pas le seul comme ça.

:

Zone Barocline

Pour avoir une tempête, il faut d'abord une atmosphère barocline, c'est à dire une atmopshère caractérisé par une situation météorologique dans laquelle la température varie le long des surfaces isobares. Plus la température et les isobarres sont ressérrés horizontalement, plus la zone est barocline.

Pourquoi est ce nécessaire?
D'abord , on parle ici de température potentielle ou encore d'entropie ) Cette quantité est conservative lors des déplacements d'air

Les mouvements de l'air qui se font à temp pot constante ne dissipent pas d'énergie ni ne la transforment en énergie cinétique. Supposons qu'une parcelle d'air se déplace sur une surface isobarre sans que sa température ne change, il ne se produit pas d'accélération, par contre si sa température potentielle augmente , alors elle se retrouve plus légère que ce qui l'entoure et elle subit une accélération verticale. Il faut donc que les isentropes (entropie constante) croisent les isobarres, c'est la définition de la baroclinicité

On a souvent une atmosphère barocline forte lorsque les centres d'actions antagonistes sont puissants. (dépression d'islandes et anticyclone des açores pour te donner un exemple connu). Oui, car plus ils sont puissants, plus nos isobarres caractérisant une atmosphère barocline vont être nombreux. On appelle ça un gradient. Il faut bien comprendre que c'est le gradient de température qui influence le gradient des isobarres (presson). La puissance des centres d'actions est une chose, mais il suffit aussi que leurs centres soit proches pour que les isobarres soient ressérrés. Bref, tu l'auras compris, une zone barocline forte, ça veut dire grosso-modo qu'on va avoir un fort gradient de température et de pression. Des isothermes sérrées avec les isobarres

.

Je note quand même que tu parles toujours de "centres d'action"

Plus la zone est barocline, plus le potentiel d'énergie est fort et plus il va être possible à ce qu'il s'y développe des mouvements verticaux.

Cette situation est vrai particulierement aux latitudes tempérés entre les masses d'airs polaires et les masses d'airs tropicales. On le voit bien sur des cartes d'altitudes et c'est la situation normallement normale de nos latitudes. La limite entre air polaire - air tropical est souvent à caractéristique barocline. C'est un point de convergence entre l'air chaud du sud et l'air froid du nord dans nos régions.

Oui, il me semble qu'il vaut mieux en rester à cette représentation simplifiée: disons qu'au départ, on a cette simple zone barocline (ou front polaire dans la terminologie norvégienne). Les anticyclones permanents viennent simplement un peu compliquer cette représentation mais on peut les oublier à ce stade.

Le jet-stream

Le jet stream (ou jet streak = accélération du jet à un endroit donné du jet-stream) c'est quoi ? On dit aussi courant-jet.

En haute altitude, à la limite troposphère-stratosphère c'est une bande assez étoite où le vent peut dépasser 300 km/h circulant d'ouest en est sous nos latitudes. Bon ça tout le monde le sait ^^

En fait sa formation est étroitement lié à la zone barocline parlé avant. Le fort contraste thermique entre air froid polaire et air chaud tropical induit un écoulement d'air horizontal (le sens est lié à la rotation de la terre).

On démontre l'existence du jet à partir du vent thermique: en faisant la différence entre lles vents géostrophiques à deux pressions différentes, on montre que le vent présente une composante prependiculaire et à droite du gradient thermique.

Maintenant revenons à notre zone barocline. Au-dessus de lui, donc s'écoule le courant-jet. Si la zone barocline est rectiligne, alors le courant-jet sera fort. On dit aussi vulgairement un courant zonal.

Une zone barocline rectiligne, c'est à dire bien droite est un bon indice d'une situation favorable aux tempêtes et également indique un courant-jet fort. Lorsque les masses d'airs ondulent on peut aussi avoir de la baroclinité et du jet-stream, mais c'est une situation qui s'y prete un peu moins et surtout de façon moins étendu. On peut avoir des accélérations ponctuelles cependant du jet, mais partons dans un cas d'école, sinon j'ai pas fini ^^

Bon, le jet stream ondule toujours qq part puisqu'il est lié aux ondes planétaires , ce que tu veux dire c'est qu'il n'ondule pas sur la zone d'intérêt pour nous Européens, cad l'Atlantique. C'est bien ça?

[invite5fc1946d]

Je note quand même que tu parles toujours de "centres d'action"

Je m'adapte ^^ L'abus de langage reste correct pour peu que l'explication derrière tienne compte des bons mécanismes. J'aurais pu ceci dit parler de géopotentiel (température et pression) cela aurait été plus juste. Faut comprendre que tout est recyclage en météo, et que les anciennes dépressions formées servent ensuite de base pour en engendrer d'autres (grâce à leur anomalie de tropopause notamment, élément conservatif = ne meurt jamais totalement, contrairement à l'entité "dépression" qui est un élément non conservatif = nait et meurt)

Bon, le jet stream ondule toujours qq part puisqu'il est lié aux ondes planétaires , ce que tu veux dire c'est qu'il n'ondule pas sur la zone d'intérêt pour nous Européens, cad l'Atlantique. C'est bien ça?

Dans une situation parfaite (qui n'existe jamais) on aurait une zone barocline rectiligne avec son jet assimilé qui ferait le tour de la Terre en ligne droite au niveau des latitudes moyennes. Mais les ondes planétaires (ondes de rossby) viennent faire onduler en permanence cette zone barocline (talweg et dorsale). Cependant on peut avoir des moments où on retrouve cette configuration rectiligne sur plus de 10 000 km de long (largeur de l'altantique) voir même plus. D'autres part de vastes ondulations permettent sur ses cotés des accélérations ponctuelles et rectilignes du jet sur 1000 à 5000km (par effet de confluence --> rectiligne --> diffluence), c'est ce qu'on appelle le jet-streak. Les situations de jet-streak sont souvent à surveiller et constituent un bon candidat de ce que je parlais avant.

[yves25]

Pour les "centres d'action"..;je te taquinais
Ton expression recyclage est importante et même essentielle...et totalement absente de la théorie norvégienne par exemple.

Egalement absent de la théorie norvégienne: la notion de précurseur en altitude et surtout la nécessité d'avoir la conjonction entre la dépression de surface et la dépression d'altitude.

Sans cette conjonction, en fait l'air qui est soulevé dans le dépression est rapidement bloqué en altitude et la dépression est mort - née.

[invite5fc1946d]

J'avais fait cette carte un jour qui représente le gépotentiel à 1.5 unité potentiel de vortex. Ca représente les anomalies de tropopauses : http://meteobell.com/Glossaire/T/tropopause.jpg


L'anomalie basse tout isolé sur la lybie est ce qu'on appelle une "goutte froide" ou un "cut-off" situé là où elle est, elle donne sans aucun doute une situation orageuse (voir très orageuse car elle est bien forte quand même). L'anomalie qui aborde l'irlande est en pleine cyclogenese. Sans doute une bonne tempête en formation et une autre se profile derrière. Le B situé au milieu de l'atlantique entre les 2 fleches bleues, est la zone la plus à surveiller, car c'est ici très rectiligne et une anomalie se trouve pratiquement dans le jet. Faut alors surveiller les advections de basses couches (mais non représenté sur cette carte). Sur l'Asie aussi on a un beau chapelet (situation moins courant ceci dit)

Comme on le voit le pôle est représenté par une prépondérence d'anomalie basse, mais ça reste une zone calme car plutôt barotrope. La situation dynamique avec jet-stream / jet-streak est comme une ceinture en anneau, proche des anomalies hautes et c'est une situation très barocline, très dynamique avec de forts gradients. Ca illustre d'ailleurs bien ce que je parlais avant avec des portions très rectilignes mais qui n'arrêtent pourtant pas d'onduler.

[yves25]

Le gros morceau, à l'attaque!

Anomalie de tropopause

Parlons maintenant un peu des anomalies dynamique de tropopause. On peut représenter cela comme un creux au niveau de la limite troposphère-stratosphère. Elle se caractérise par la pénétration d'air stratosphérique dans la troposphère. C'est donc de l'air très sec et froid qui plonge dans la stratosphère. Dans une situation normale et classique, entre un de ces creux et une bosse (le contraire donc) nous avons notre jet.

Ce qui est intéréssant avec les anomalies de tropopause, c'est qu'elles permettent un forcage dynamique, c'est à dire une circulation verticale de l'air (pour faire simple). Ascendant en aval (devant) et descendant en amont (arrière). Je rentre pas dans les détails liés à cela (convergence - divergence).

Ce qu'on peut dire en tout cas c'est qu'une anomalie de tropopause agit sur le jet stream. L'anomalie se creuse et le jet stream se renforce. Ca y est lorsque les deux interagissent l'un sur l'autre, ça commence à devenir intéréssant.

Ca va trop vite là. Je sais bien, c'est le jet mais il y a qq chose qui cloche. Plus précisément qq chose de pas clair.

Pourquoi l'anomalie de tropopause provoque t elle cette circulation verticale?
En outre, je trouve la terminologie assez peu éclairante.

L'air stratosphérique possède la propriété d'être très froid mais ça ne suffit pas vraiment.

L'explication qui fait appel au tourbillon potentiel n'est pas encore bien claire pour moi.
Voilà ce que j'en comprends:

1 le tourbillon, c'est le rotationnel du vent, plus exatement la composante verticale de ce rotationnel
d(rond)v/ d(rond)x - d(rond)u/d(rond)y
(j'arrive plus à l'écrire en TEX, désolé)

2on montre que la quantité
(rot(vent horizontal) + coriolis )/ h
est conservée dans les mouvements de l'atmosphère C'est le tourbillon potentiel.
Ici, h est la distance verticale qui sépare deux isotheta (1/h = grad (theta))

3 dans la strato, theta croit rapidement , donc le tourbillon potentiel y est élevé (h petit), dans la tropo, il est faible car theta varie peu à cause des mouvements de convection

4 une anomalie basse de troppause, (la tropo trop basse), c'est donc de l'air à fort tourbillon potentiel au milieu d'air à faible tourbillon potentiel

Jusqu'ici, ça va mais comment ce potentiel devient il réel?
Parce que por que le tourbillon vrai augmente, il faudrait que h augmente aussi et ça, je ne vois pas d'où ça vient: l'anomalie, c'est de l'air stratosphérique et il le reste, donc gradient (theta) reste grand (h petit).
J'imagine que c'est là la clef de mon pb mais je vois pas.

T'as une idée?

"Quelqu'un a une idée?" comme ils disaient aux guignols?

[invite5fc1946d]

Bon alors là on rentre en effet dans des considérations plus techniques.

Le tourbillon potentiel est très fort au niveau de la tropopause car je cite "il y a un important réservoir de stabilité statique contenu dans la stratosphère à l'étage au-dessus (la température potentielle augmente fortement avec l'altitude)" Ainsi nous avons au coeur d'une anomalie de tropopause une anomalie froide et seche (air stratosphérique) et une anomalie cyclonique (tourbillon absolu)

Là encore Coriolis et des phénomènes diabatiques (+ chaud ici et + froid là) sont à l'origine des anomalies.

Il faut savoir que c'est l'interaction avec le jet qui provoque ce mouvement vertical. Si l'anomalie est près d'une zone de fort vent, elle se creuse d'avantage et le tourbillon augmente en raison du fort cisaillement engendré en bordure du jet. Une cassure se forme en bord d'anomalie ce qui va renforcer le jet, créant ainsi une accélération puis une décélération de celui-ci. La réaction à cette déformation est la création d'un mouvement vertical pour compenser l'équilibre du vent thermique, ascendant à l'avant et subsident à l'arrière. La subsidence due à l'intrusion d'air sec et froid dans la tropo engendre à l'avant des ascendances plus ou moins marquées (vitesses verticales). Cette intrusion "force" l'avant de la troposphère à s'élever, ce qui créé un forçage vertical.

Je sais pas si j'ai bien compris ta question. J'ai aussi mes limites ^^ Je sais que le tourbillon potentiel est un marqueur pratique d'anomalie mais ne correspond pas à quelque-chose de réel comme la température ou la pression. Enfin me semble, demande vérification.

[yves25]

Ca va j'ai pigé finalement: lorsque l'air stratosphérique descend, il y a compression adiabatique et il se réchauffe. Il en résulte que les isotheta s'éloignent (h diminue) et donc le tourbillon "vrai" augmente.
A l'échelle synoptique cela signifie que l'air tourne bien autour du noyau d'anomalie

C'est bêta, d'autant que c'est ce que je réponds toujours aux gens qui me parlent du film " le jour d'après"

EDIT: non, ça marche pas puisqu'il s'agit de la température potentielle, cad , justement celle qui ne varie aps lors des transformations adiabatiques

Retour à la case départ.

Pourtant, c'est bien le gradoient de theta qui diminue (h qui augmente) et donc la stabilité qui diminue

NB: la stabilité statique, c'est justement d (theta) /dz

[invite5fc1946d]

A vrai dire je vois pas ce que tu comprend pas. D'autres questions ?

[yves25]

A vrai dire je vois pas ce que tu comprend pas. D'autres questions ?

C'est quand même important: une théorie tend à expliquer les choses et leur déroulement de façon logique en se basant sur des lois physiques .
Ici, il y a un trou manifeste dans l'enchaînement:

l'anomalie de tropopause est censée être un précurseur

OK mais comment?

il ne suffit pas de dire que qaund cette anomalie est ptésente, il y a des mouvements verticaux en amont et en aval: la question est pourquoi ces mouvements verticaux?

J'y arrive si je suppose que la stabilité diminue (h augmente) car alors, le rotationnel augmente pour compenser, on a donc un mouvement circulaire qui se met en route ou accélère et des incursions d'air chaud vers l'air froid et réciproquement , d'où ascendance et subsidence.

Le hic , c'est que je ne vois pas pourquoi la stabilité diminue.

Donc, la seule anomalie de tropopause est insuffisante. C'est sans doute là la clef, je n'ai pas encore tenu compte du jet ou des ondes de Rossby dans mon raisonnement. Je retourne donc sur ton post 20.

[invite5fc1946d]

Tu me poses une colle là.

Au risque de te dire des bêtises, j'ai posé la question à des gens plus calés que moi.

Ce document là est sympa sinon mais j'y ai pas trouvé la réponse à ta question : http://www.smf.asso.fr/Ressources/Arbogast38.pdf

[yves25]

Merci mais je connais
Non, je pense que l'anomalie en soi n'est pas suffisante
il faut en plus que l'atmosphère soit en qq sorte ébranlée par autre chose: l'onde de Rossby est un bon candidat, une onde de gravité aussi .

C'est pourquoi, il est si important que ces anomalies se trouvent près du jet.

[invite5fc1946d]

Mmmh oui je pensais que cette réponse te suffirais au départ :

Il faut savoir que c'est l'interaction avec le jet qui provoque ce mouvement vertical. Si l'anomalie est près d'une zone de fort vent, elle se creuse d'avantage et le tourbillon augmente en raison du fort cisaillement engendré en bordure du jet. Une cassure se forme en bord d'anomalie ce qui va renforcer le jet, créant ainsi une accélération puis une décélération de celui-ci. La réaction à cette déformation est la création d'un mouvement vertical pour compenser l'équilibre du vent thermique, ascendant à l'avant et subsident à l'arrière.

On utilise souvent l'image de la bille dans la roulette de casino pour expliquer ce phénomène.

Les anomalies latentes de tropopauses (sans mouvement verticaux donc) sont en effet situés sans jet à proximité. CQFD. Maintenant dans le détail et le processus physique, je ne saurais te répondre précisément. J'atteins mes limites mais ta question est intéressante. La réponse précise m'intéresse aussi.

[yves25]

Bah;;;désolé mais je ne trouve pas ça bien clair:
comment le cisaillement joue t il?
Doit on considérer l'anomalie comme une espèce de balle que le jet fait tourner dans un sens ou dans l'autre suivant sa position au nord ou au sud
ou bien y a t il mélange entre l'air entraîné par le jet et celui de l'anomalie?

Si il y a mélange, ça devient évident car la stabilié de l'air du jet (qui est troposphérique) est plus petite que celle de l'anomalie. Du coup, la stabilité d'ensemble diminue (h augmente) et ça marche

Il y a toujours mélange dans l'atmosphère , ne serait ce que par turbulence, c'est donc peut être bien comme ça qu'il faut voir les choses ...ou bien, c'est encore trop simple

Et ....qu'est ce que tu entends par "cassure"?

Le mélange est compatible avec l'accélération du jet (dans le cas d'une anomalie negative au sud du jet /positive au nord) Ensuite, ça va bien parce que l'accélération du jet crée un appel d'air et donc une ascendance en amont et c'est compatible aussi avec l'interprétation par l'anomalie (voir ci dessus)

[invite1a25ea85]

Bonsoir,

Je me permets de de ''perturber'' votre interessante discussion car je suis surpris que vous ne fassiez pas reference au principe d'inversibilite. Serait-il tombe dans l'oubli?
Vous avez bien defini le concept de temperature potentielle qui est un marqueur thermodynamique plus stable que la temperature et le tourbillon potentiel qui est, lui, un marqueur dynamique. D'ailleurs, Rossby definissait le tourbillon potentiel '' comme celui que l'on mesurerait sur une particule d'air compreise entre deux isotropes donnes et porte de facon adiabatique a 1000 mbars a une latitude de reference'' ( Il avait pas dit 1016 ).
Les proprietes du tourbillon potentiel ont ete bien etudiees par Hoskins, McIntyre et Robertson ( 1985). C'est un outil de synthese tres puissant parce qu'il presente toutes les proprietes des composantes du vent et de la temperature. Ce qui amene au principe d'inversibilite, developpe en 1994 par Thorpe et Bishop au congres de Bergen. Ce principe a l'avantage de prendre en compte les anomalies de la tropopause et permet meme de calculer les vitesses verticales.( entre autre).

T.

[invite5fc1946d]

Tu sais y'a bcp de choses dont on a pas parlé là encore. L'inversion du tourbillon potentiel est d'ailleurs le titre du lien donné à mon précédent post. C'est important mais ça me paraissait pas essentiel dans le fil de la discussion d'en parler.

sous l’hypothèse que le vent et la masse sont en équilibre, autrement dit que ce ne sont pas des quantités indépendantes, l’atmosphère peut être résumée par la connaissance d’un seul champ, le tourbillon potentiel.

C'est d'ailleurs marqué Kleinschmidt (1950) dans le lien, mais bon je suis pas sûr que tout ça intéresse nos lecteurs.

[invite1a25ea85]

Autant pour moi. Je n'ai pas reussi a ouvrir ton lien pdf, je n'ai donc pas eu connaissance de son contenu. Excuses.

T.