Les perturbations tempérées. CO1 Climatologie et hydrologie

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1 Les perturbations tempérées CO1 Climatologie et hydrologie

2 Le plan du TD Les moyennes latitudes Les masses d air et le front polaire Les masses d air primaires Le modèle norvégien Le modèle récent La cyclogénèse Conditions météorologiques Un exemple précis de circulation A retenir Exercices

3 Le temps aux moyennes latitudes o Le temps des moyennes la-tudes est rythmé par une alternance entre des épisodes ensoleillés et des périodes plus nuageuses qui nous apportent des précipita-ons avec des températures plus douces en hiver et fraîches en été o Ces différentes phases sont dues à l affrontement entre deux masses d air différentes qui sont: la masse d air tropicale la masse d air polaire (arc-que) o Ces masses d air ne se mélangent pas et la masse d air froid va avoir tendance à soulever la masse d air chaud = ce phénomène s appelle une perturba5on tempérée

4 o Masse d air = propriétés thermiques, hygrométriques.homogènes. On appelle masse d air un ensemble de par-cules ayant des propriétés iden-ques, des lieux d origines voisins et des trajectoires semblables. Une masse d air est donc une vaste cellule atmosphérique homogène dans le sens horizontal o La masse d air incorpore les caractères géographiques des régions où elles se sont formées et au dessus desquelles elles ont transité

5 Les masses d air o Les zones privilégiées d élabora-ons des masses d air sont le centres an-cycloniques an-cyclones subtropicaux les an-cyclones des zones polaires o Une masse d air con-nental sera plus sèche dans l absolu qu une masse d air océanique o Une masse d air se dirigeant des tropiques vers les pôles va avoir tendance à se stabiliser, car elle va transiter sur des surfaces de plus en plus froides (ainsi que pour une raison mécanique: une parcelle d air qui s éloigne de l équateur acquiert une rota-on an-cyclonique par rapport à la terre à cause de la conserva-on du moment absolu) o Circula-on de Hadley dans la ZIT et circula-on frac-onnée dans la ZET par le tourbillon planétaire

6 Les masses d air primaires o Les deux masses d air primaires correspondent aux deux grandes zones an-cycloniques planétaires : l air tropical = an-cyclones subtropicaux air arc5que et antarc5que = an-cyclones polaires con-nentaux La masse d air tropical o Elle est formée au niveau des an-cyclones subtropicaux (= branche subsidente de la circula-on de Hadley) température élevée humidité absolue élevée structure ver5cale stable (origine dynamique) La masse d air polaire arc-que (antarc-que) o Elle se forme sur les Inlandsis polaires (an-cyclone pelliculaire lié à la densité de l air froid) température basse humidité absolue très faible inversion thermique très forte dans les basses couches

7 Le modèle norvégien (1) o Ces masses d air «primaires» formées au sein de cellules an-cycloniques vont se diriger en direc-on des basses pression sous l effet de la force de pression = elles vont s affronter aux moyennes la5tudes et créer le front polaire Historique: le modèle norvégien L étude des perturba-ons tempérées a connu un développement important à par-r des années 1900 sous l impulsion de l école de Bergen (à l origine de la créa-on des équa-ons primi-ves de l atmosphère) = naissance du concept de «front» encore u-lisé aujourd hui. Ce[e théorie repose sur un postulat fondamental = existence d un gradient thermique horizontal entre la masse d air tropical et la masse d air polaire. Ce[e limite s appelle le front polaire et est perturbée épisodiquement par des perturba-ons qui se développent sur ce[e limite. La théorie norvégienne élabore un modèle d évolu-on des perturba-ons

8 Le modèle norvégien (2) La descrip-on de la phase mature de la perturba-on correspond bien à la théorie norvégienne. Par contre, ce qui a été remis en cause dans ce[e théorie, c est la préexistence du front polaire aux perturba-ons tempérées et la nature même de ce front. On considère désormais que le front chaud et le front froid d une perturba5on ne sont pas des déforma5ons du front mais sont crées par la perturba5on ellemême qui va concentré les gradients de température sur des secteurs localisés. On insiste aujourd hui sur le lien entre l al-tude et la surface. Aux moyenne la-tudes, le gradient thermique méridien est d environ de plus ou moins 1 C/100 km mais la température peut varier de 10 C voire plus transversalement à un front = la représenta-on norvégienne du front «polaire» est donc erronée bien que le gradient cons-tue une énergie poten-elle considérable

9 Le modèle récent o Ce gradient est balayé par un flux d ouest (courant jet de près de 400 km/h à 30 N) de plus en plus fort à mesure qu on monte en al-tude (fric-on plus faible) o Des tourbillons vont se développer dans ce flux d ouest (en raison de la rota-on de la terre, relief, anciennes perturba-ons ) et vont former une perturba-on tempérée ainsi que les deux fronts classiques de la perturba-on = l air tropical va pouvoir se mélanger à l air polaire (aux moyennes la-tudes) o Le front correspond donc à la limite entre les 2 masses d air

10 La cyclogénèse (1) front froid Cunb Air chaud ASt front chaud Air froid 1 BP 2 Air froid circulation d ouest en est o 1 = soulèvement brutal de l air chaud par l air froid o 2 = soulèvement plus progressif du front chaud sur l air préexistant o Une perturba-on tempérée mature peut être vue comme l ascendance forcée d une masse d air tropical humide rela-vement chaud par une masse d air polaire plus froid et plus sec autour d un centre dépressionnaire

11 La cyclogénèse (2) o Ce système dure 3 4 jours et a une taille de 1000 à 2500 km o Le front chaud à l avant correspond à une ascendance assez lente du secteur chaud au dessus de l air antérieur = épaississement progressif de la masse nuageuse o Le front froid correspond au soulèvement plus violent du secteur chaud par l air postérieur = les nuages prennent alors un aspect cumuléïforme (instabilité de l air) = précipita-ons intenses mais plus courtes o Défilement des perturbations tempérées d ouest en est qui s enroulent progressivement autour des centres dépressionnaires vers 55 N puis vers 45 N

12 Les phases d une perturbation (1) 1 = état initial 2 = phase de développement 3 = phase de maturation 4 = phase adulte

13 Les phases d une perturbation (2) 5 = phase de frontolyse o La vitesse de déplacement du front froid étant > à celle du front chaud, celui ci se trouve bordé par 2 masses d air plus froid jusqu à être soulevé totalement en al-tude (occlusion) o La perturba-on meurt doucement car l énergie poten-elle qui existait du fait de la coexistence des deux masses d air différentes n existe plus. Les températures augmentent dans un premier temps lors du passage du front chaud puis diminuent lors du passage du front froid

14 Les conditions moyennes o La circula-on d ouest donne (en surface) du mouvement cyclonique à la dépression et du mouvement an-cyclonique à l an-cyclone au sud o Ce[e configura-on barométrique génère une circula-on d ouest qui entre-ent ellemême les deux cellules au Nord et au Sud o L intensité de ce[e circula-on ainsi que la trajectoire des perturba-ons sont résumés par un indice barométrique standardisé (différence des anomalies de pressions entre Lisbonne (Portugal) et Reykjavik (Islande))

15 Les variations internannuelles o Intensifica-on de l an-cyclone des Açores et creusement de la dépression d Islande = indice posi-f avec un décalage de la circula-on moyenne vers le Nord o Faible différence de pressions entre les deux structures barométriques = circula-on décalée vers le Sud

16 L exemple du 25/12/1999

17 Les perturbations vues par satellites

18 Analyse d une situation quotidienne (1) o Objec-f : synthé-ser les connaissances acquises précédemment pour expliquer le temps d un jour donné o Cartes présentant les condi-ons générales sur l Atlan-que nord et l Europe en surface le 25/12/99 et à 500 hpa + 5 cartes présentant les températures minimales entre 18h la veille et 6h du ma-n + précipita-ons au cours de ces deux périodes (+ % ensoleillement par rapport à la durée théorique maximale) Plan pour l analyse de la situa5on analyse de la situa5on générale (intensité + direc-on du flux général + posi-on des an-cyclones et dépressions (+ leur nature) + différentes masses d air en présence) analyse des condi5ons météorologiques = prendre en compte l ensemble des variables et définir des régions homogènes synthèse de l informa5on: explica-on du temps qu il a fait par la situa-on générale (dis-nguer les condi-ons radia-ves et l advec-on des masses d air)

19 Analyse d une situation quotidienne (2) o Conditions générales : zone anticyclonique au sud de 45 N et une zone dépressionnaire au nord o Isobares en surface et en altitude prennent une direction SW-NE sur l Europe centrale + anticyclone sur la bordure orientale de la carte de la Grèce à la Russie o Individus barométriques de surface sont persistants en altitude et ne sont donc sans doute pas dus à des phénomènes thermiques de surface o Dépression vers hpa est centrée sur les Iles Shetland + pressions à 1030 hpa au sud de l Espagne o Géopotentiel passe de même de 4920 mgp à 5840 mgp o Températures à 500 hpa passent de -35 C au nord à -12 C au sud

20 Analyse d une situation quotidienne (3) o Ces conditions sont associées à un flux d ouest à SW entre 45 N et 60 N qui s incurve vers le NE sur l Europe centrale o Des perturbations vont transiter sur ce flux et affecter la France. Des fronts froids ou occlus secondaires vont s enrouler autour du minimum dépressionnaire des Iles Shetland et une nouvelle perturbation se prépare sur l Atlantique central o Analyser les cartes simultanément et faire ressortir des régions homogènes (préciser si les T sont de saisons + P ) = T moyennes d une fin de mois de décembre en France vont de 1 à 3 C dans le NE, 4 à 6 C le long des côtes atlantiques et dans le SW, 7 à 9 C sur les côtes méditerranéennes

21 Analyse d une situation quotidienne (4) o Le 25/12/99, TN (T min) et TX (T max) sont homogènes (peu d écart de T sur l espace français). Les TN varient de 3 à 5 au nord de la France à 6 /7 dans le centre et le SW et à 8 du delta du Rhône à Toulon = les TN sont donc au-dessus des normales de saisons. Les TX sont presque toujours > à 10 sauf sur le massif central et les Alpes ainsi que sur le NE. Ailleurs, elles varient entre 12 et 15 = les TX sont largement au-dessus des normales. Les précipitations sont soutenues et touchent presque toute la France (max au NW et plus faible au sud) + soleil présent au NW (max un tiers de la journée) o Le principal moteur du temps ce jour-là est la puissante advection d air océanique d W à SW provenant de l Atlantique. La couverture nuageuse combinée à cet effet d air humide et doux homogénéise les conditions thermiques. Les fronts qui se déplacent au-dessus de la France expliquent la forte nébulosité et les précipitations (qui correspondent au corps de la perturbation et aux fronts qui la suivent). Les éclaircies sur le NW de la France s expliquent par le passage d un air postérieur qui n est pas froid (traînes). Les précipitations modérées dans le sud de la France sont dues à l éloignement du centre dépressionnaire et des pressions proches de 1015 hpa ce qui limite l ascendance. L air chaud en altitude ne favorise pas l ascendance majeure dans l atmosphère

22 À retenir Perturbations tempérées = phénomènes météorologiques d extension horizontale de 1000 à 2500 km qui durent de 2 à 4 jours Durant ce laps de temps = développement + maturation + déclinaison avec un déplacement de 500 à 1000 km par jour en moyenne On associe aux PT un champ barométrique dépressionnaire = agents atmosphériques des échanges de chaleurs sensible et latente au sein des latitudes tempérées et polaires Genèse = coexistence d un gradient thermique (qu on n assimile toutefois pas à un front) avec des tourbillons cycloniques transitant en altitude et en surface dans le flux général d ouest. Le développement de la PT s accompagne de la frontogenèse c est-à-dire que le front n est pas préexistant à la perturbation mais en est une conséquence Front chaud = ascendance de l air chaud sur l air préexistant = ascendance lente Front froid = soulèvement brutal de l air chaud par l air postérieur = instabilité

23 À retenir (2) Le temps aux moyennes latitudes dépend essentiellement de deux facteurs; (i) les conditions radiatives et (ii) l advection d air (liée à la circulation atmosphérique) Des conditions calmes donnent la primauté aux conditions radiatives et les conditions météorologiques dépendront alors de la couverture nuageuse et des conditions de surface Des conditions agitées indiquent un transfert d air depuis une région vers une autre. Les conditions météorologiques dépendent alors principalement de la direction et de l intensité du flux (en plus du bilan radiatif et de la nébulosité)

24 Exercices (1) Image infrarouge du 13/12/2008: quel temps dans le SE de la France pour le 14/12/08?

25 Exercices (2)

26 Exercices (3)