Pierre CARREGA 25 avril 2008

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1 La météo m o pour l astronomel Pierre CARREGA carrega@unice.fr 25 avril 2008

2 1- Comment les conditions météorologiques favorisent-elles (ou non) une observation? Causes et remèdes. 2- Préparer une observation : quelles informations rechercher? 3- Savoir interpréter un document

3 1- Comment les conditions météorologiques favorisent-elles (ou non) une observation? Causes et remèdes. Les deux principales caractéristiques d une mauvaise observation astronomique : - Objet invisible ou très «atténué», - Objet scintillant ou flou, «vibrant»

4 - Objet masqué ou très «atténué», Eclipse de soleil, 3 octobre 2005, 11h24 à Vence (06)

5 Causes d origine météorologique, et remèdes : CAUSES - Pollution lumineuse - Humidité de l air - Nébulosité - Pollution de l air PHENOMENE } Effet de masque CONSEQUENCES sur l observation Images cachées, faibles, empâtées Buée - Instabilité thermique verticale - Vent fort en altitude - Interférences avec reliefs Turbulence }météorologique Images dansantes, déformées

6 Les effets de masque Images cachées, faibles, empâtées Buée! Des obstacles entre l objet et votre instrument Effet de masque : Pollution lumineuse, Humidité de l air, Nébulosité, Pollution de l air.

7 La «pollution» lumineuse (1) : D origine naturelle ou anthropique, cette lumière parasite (différente de celle émise ou réfléchie par l objet observé) est plus ou moins amplifiée par la composition de l air : - Origine naturelle : le soleil, la lune - Origine anthropique : l éclairage nocturne (proche ou lointain) Effet de masque : Pollution lumineuse, Humidité de l air, Nébulosité, Pollution de l air.

8 La «pollution» lumineuse (2) : Elle consiste en une diffusion du rayonnement lumineux (λ entre 400 et 700 nm) par les molécules gazeuses de l air. Renforcée par l abondance de la vapeur d eau, et par les aérosols. Effet de masque : Pollution lumineuse, Humidité de l air, Nébulosité, Pollution de l air.

9 La forte humidité de l air (1) : Attention aux malentendus! Humidité absolue ou relative? Soit e = humidité absolue, réelle (exprimée en gr/m3, hpa ou autres ) Plus e augmente, plus la visibilité est altérée Vue sur la Plaine Orientale de Corse, depuis le Monte Renoso (matinée, juillet). Strato-Cumulus sur la plaine et la mer Infiltration de l air marin vers l intérieur de l île, par la brise de mer qui remonte la vallée Effet de masque : Pollution lumineuse, Humidité de l air, Nébulosité, Pollution de l air.

10 La forte humidité de l air (2) : e peut être d autant plus forte que la température est élevée : --> l air est plus transparent en hiver Pression H2O Capacité maximale de contenance de vapeur d'eau par l'air en fonction de sa température 80 hpa Temperature C Effet de masque : Pollution lumineuse, Humidité de l air, Nébulosité, Pollution de l air.

11 La forte humidité de l air (3) : L humidité relative de l air H : Soit e = humidité absolue, réelle (exprimée en gr/m3, hpa ou autres ) et ew = humidité maximale possible pour la température du moment (ew = f (T)). H = (e / ew) x 100. Quand l humidité relative de l air H atteint 100%, e = ew, et il y a condensation * Et la température a atteint la température du «point de rosée» (td) * Condensation : Excès de vapeur d eau par rapport à la température du moment. Comme e ne peut excéder ew, il y a apparition de minuscules gouttelettes : dans l air (brouillard, nuage) ou sur une surface froide : herbe (rosée), télescope (buée)! Effet de masque : Pollution lumineuse, Humidité de l air, Nébulosité, Pollution de l air.

12 La forte humidité de l air (4) : Causes de la condensation (à la surface de la terre) : - Soit ew diminue (refroidissement naturel nocturne nuits longues) - Soit e augmente (apport d humidité absolue) : nouvelle masse d air (brise de mer ) - Soit les deux, d autant plus facilement que ew et e sont proches, donc H est assez élevée en journée. Ex : 70-80% passant à 100% Remèdes : On ne peut diminuer e. Donc, il faut augmenter ew : empêcher le refroidissement infra-rouge (bâche), l accumulation d air froid (brassage), chauffer le télescope et les oculaires, ou chauffer l air (mais ça revient cher!!). Effet de masque : Pollution lumineuse, Humidité de l air, Nébulosité, Pollution de l air.

13 La forte humidité de l air (5) : Brouillard près de Grasse, en début de matinée Effet de masque : Pollution lumineuse, Humidité de l air, Nébulosité, Pollution de l air.

14 La nébulosité : la condensation en nuages (1) La condensation en altitude crée des nuages. Causes : Refroidissement de l air par détente, dès qu il y a ascendance d une masse d air. Le refroidissement de l air (baisse de T) entraîne une baisse de ew. L excédent de e par rapport à ew se condense et crée un nuage. Les nuages sont de types divers, à des altitudes différentes Ne pas négliger les cirrus artificiels («contrails») Effet de masque : Pollution lumineuse, Humidité de l air, Nébulosité, Pollution de l air.

15 La nébulosité : la condensation en nuages (2) «Contrails» au-dessus de Caen Effet de masque : Pollution lumineuse, Humidité de l air, Nébulosité, Pollution de l air.

16 La nébulosité : la condensation en nuages (3) Ascendances lentes et généralisées : nuages stratiformes dominants Strato-Cumulus Cirrus Alto-Stratus Effet de masque : Pollution lumineuse, Humidité de l air, Nébulosité, Pollution de l air.

17 La nébulosité : la condensation en nuages (4) Les mécanismes d ascendances : Il y en a 3 - L orographie (ascendance forcée par le relief), - La convection (surtout diurne), - Le cyclonisme (les perturbations liées aux dépressions). Effet de masque : Pollution lumineuse, Humidité de l air, Nébulosité, Pollution de l air.

18 La nébulosité : la condensation en nuages (5) L orographie Effet de masque : Pollution lumineuse, Humidité de l air, Nébulosité, Pollution de l air.

19 La nébulosité : la condensation en nuages (6) Ascendances thermiques, locales. Instabilité suffisante pour atteindre l altitude de condensation --> Formation de cumulus ou de cumulo-nimbus. Se calme souvent en début de nuit La convection Effet de masque : Pollution lumineuse, Humidité de l air, Nébulosité, Pollution de l air.

20 La nébulosité : la condensation en nuages (7) Cyclonisme : dépressions, perturbations, fronts Effet de masque : Pollution lumineuse, Humidité de l air, Nébulosité, Pollution de l air.

21 La Pollution de l air (1) Fumée d un incendie situé à plus de 60 km. 14 août 2006, à Nice Effet de masque : Pollution lumineuse, Humidité de l air, Nébulosité, Pollution de l air.

22 La Pollution de l air (2) Pollution par écobuages près de Cagnes. 10 novembre 2004, 9h10 Effet de masque : Pollution lumineuse, Humidité de l air, Nébulosité, Pollution de l air.

23 La Pollution de l air (3) Accumulation de gaz colorés (NO 2 ) ou d aérosols (particules) en basses couches Causes : - Fortes émissions polluantes chroniques ou accidentelles (ville, industrie ). - Concentration des polluants par absence de vent ou par subsidence de l air. - Cas des poussières Sahariennes. Anticyclones au 3ème jour Couche sale Mer Méditerranée au large du Cap Corse. Juin 2004 Remèdes : Selon le cas, déménager définitivement, ou attendre la fin de l anticyclone, ou encore monter en altitude pour observer au-dessus de la couche sale. Effet de masque : Pollution lumineuse, Humidité de l air, Nébulosité, Pollution de l air.

24 La Turbulence météorologique * Les images sont dansantes, déformées, troubles, etc Un critère annonciateur : un scintillement des étoiles «hautes» au-dessus de l horizon Cause : Les mouvements de l air sont désordonnés, turbulents, et non laminaires et réguliers * La turbulence instrumentale est un autre problème, qui se règle surtout par une mise en température préalable à l observation Turbulence : Instabilité thermique verticale, vent fort en altitude, Interférences avec reliefs.

25 Instabilité thermique verticale (1) Importants mouvements verticaux de l air (ascendances rapides, subsidences compensatoires). Indices de réfraction variant avec la température de l air Turbulence : Instabilité thermique verticale, vent fort en altitude, Interférences avec reliefs.

26 Instabilité thermique verticale (2) Causes : fort gradient thermique vertical (la différence de température est en moyenne supérieure à 1 pour 100m de dénivellation) entraînant un déséquilibre (densité). - Fréquent le jour (recherché par les planeurs et parapentistes), moins la nuit ; - Souvent accompagnée de cumulus (ou cb) coiffant les colonnes d ascendance ; - Souvent avant ou après un orage ; - Se produit par arrivée d air froid sur une surface chaude (air «polaire maritime» au printemps sur continent déjà chaud (les giboulées) ; ou par arrivée d air chaud en basses couches (automne en Méditerranée) ; ou les deux ensembles - Dans le détail, les fortes ascendances de l air chaud inférieur plus léger juxtaposées aux subsidences voisines créent un très forte turbulence liée au mouvement désordonné des filets d air qui déforment les rayons lumineux (réfraction). Remède : aucun, sinon attendre que la surface de la terre se refroidisse! Amélioration très fréquente en cours de nuit Turbulence : Instabilité thermique verticale, vent fort en altitude, Interférences avec reliefs.

27 Vent fort en altitude Des «Courant - Jets» rapides provoquent souvent des turbulences Turbulence : Instabilité thermique verticale, vent fort en altitude, Interférences avec reliefs.

28 Interférences avec reliefs Déformations, turbulence et cisaillements dans un flux horizontal rapide en altitude se produisant en aval de montagnes. Causes : Le relief agit en obstacle qui génère des ondes plus ou moins turbulentes (selon leur instabilité). - Fréquent par Mistral dans le Sud-Est Déformation d un écoulement par un relief Nuages d ondes (Ac lenticulaires) sur la Slovénie Turbulence : Instabilité thermique verticale, vent fort en altitude, Interférences avec reliefs.

29 2- Préparer une observation : quelles informations rechercher? Quels sont les symptomes d une future bonne (ou mauvaise) observation? Tout ce qui va masquer ou atténuer l image, ainsi que la turbulence horizontale ou verticale Deux ressources : - Signes sur place - Consultation de modèles Informations à rechercher : Signes sur place, Consultation de modèles

30 Les signes sur place. - La nébulosité : arrivée de nuages allogènes, mais aussi constitution sur place d un couvert nuageux, toujours bas dans ce cas : St, Sc (en principe associé à une forte humidité relative au sol). - Le changement de «temps»: suivre la tendance du baromètre (plus que sa valeur absolue. Les baisses annoncent généralement une perturbation - L instabilité : fortes chaleurs, présence de cumulus en journée - L humidité : l hygromètre associé à la position topographique. Les fonds de vallée sont plus froids et plus humides la nuit par temps clair -Observer d une hauteur, si possible. - Le vent : plus qu au sol, observer surtout en altitude (vitesse des nuages). - Pollution : vérifier la transparence de l air (regarder si l horizon est net ). Etoiles scintillant haut à l horizon : pas bon! Informations à rechercher : Signes sur place, Consultation de modèles

31 Consultation de modèles Intérêt du Web!!! Un modèle météo décrit le comportement de l atmosphère avec les lois de la physique, chaque état calculé servant de base au calcul de l état suivant. Mais la non-linéarité des équations et l impossibilité de connaître l état initial empêche d atteindre des échéances fiables de plus de 8-12 jours. 2 modèles principaux travaillent sur le globe et à «moyen terme» et sont plus ou moins accessibles gratuitement : européen (ECMWF) et américain (GFS). Ils servent de base à d autres modèles travaillant à court terme, sur des espaces plus restreints, par exemple : - Bracknell du Met office, (wetterzentrale), - GFS (meteosudest), - MM5 (meteosudest) jusqu à 4 km, - BOLAM 21 et 6,5 km, MOLOCH (meteoliguria), - NMM 12km (meteoblue), etc. On peut toujours aussi, téléphoner à la météo! Informations à rechercher : Signes sur place, Consultation de modèles

32 * Immédiat : Consultation de modèles Intérêt du Web!!! * Images satellite (IR, VIS et W V si possible) : * Analyses : - Pression et fronts (Bracknell) : - Cartes d analyse pointées (surface-altitude) : - Informations diverses en temps réel : - Image radar-pluie : Continuer à regarder aussi dehors! Et observer les instruments (baro, hygro) Informations à rechercher : Signes sur place, Consultation de modèles

33 Consultation de modèles Intérêt du Web!!! * Très court, et court terme (quelques heures à 2-3 jours) : - Pression et fronts (Bracknell) : - Beaucoup d informations (GFS) : - Beaucoup d informations (Bolam) : - Beaucoup d informations (NMM) : - Beaucoup d informations (GFS, MM5) : - Prévisions de «Seeing» : -> Astronomy Seeing. - Explications (pas tous les jours!) : bulletin de P. Carrega Ou -> Prévisions -> Autres prévisions. Informations à rechercher : Signes sur place, Consultation de modèles

34 Consultation de modèles Intérêt du Web!!! * Moyen terme (au-delà de 3 jours) : Raisonner en terme de probabilité et de tendance, et pas au-delà de 8-12 jours (même moins si le régime prévu est perturbé). * Modèle ECMWF Ou * Modèle GFS Informations à rechercher : Signes sur place, Consultation de modèles

35 3- Savoir interpréter un document (notions!) Le but : être capable de distinguer les principales informations utiles Pour les heures à venir : ANALYSE ACTUELLE OU RECENTE : - Les nuages sur une image satellite, - Image radar - pluie, - La situation récente (il y a 1 ou 2 heures) dans les postes météorologiques voisins : décryptage d une «carte pointée». - Le type de situation générale (anticyclonique, perturbé, venté, etc) en surface comme en altitude,

36 ANALYSE RECENTE (il y a quelques heures) : Chaud Froid 1- La surface apparente est trompeuse (Météosat ào N et 0 E) 2- Chaque densité de gris = une intensité de rayonnement, donc une température de surface, 3- Par convention, le noir est chaud, et le blanc froid 4- On ne «voit» pas des nuages, on consulte la température de surfaces diverses 4- Les nuages. Se demander : et dessous? Image Infra-Rouge brute : 256 densités de gris

37 Carte «pointée» en surface NB : 1noeud = 1852 m/h Ciel couvert 2/8 Code temps T 1012 hpa td +2,1 hpa depuis 3h Vent d Ouest crochet 15 noeuds

38 Carte pointée de la situation en altitude (5500m)

39 - PREVISIONS (heures ou jours à venir) : Recherche d informations implicites ou explicites, en surface et en altitude, sur tout indice concernant ce qui peut contribuer à masquer les objets à observer, ou à rendre turbulente l atmosphère : - Humidité, nébulosité, pluie, pollution de l air et stabilité durable ; - Vent fort, instabilité.

40 Humidité, nébulosité, pluie, stabilité verticale durable

41 Humidité, nébulosité, pluie, stabilité verticale durable

42 Humidité, nébulosité, pluie, stabilité verticale durable

43 Humidité, nébulosité, pluie, stabilité verticale durable

44 Humidité, nébulosité, pluie, stabilité verticale durable

45 Humidité, nébulosité, pluie, stabilité verticale durable

46 Humidité, nébulosité, pluie, stabilité verticale durable

47 Vent fort, instabilité

48 Vent fort, instabilité

49 Vent fort, instabilité

50 Vent fort, instabilité

51 PREVISIONS A MOYEN TERME Échéance : 120 heures Comparer les modèles! ECMWF GFS Source : wetterzentrale

52 PREVISIONS A MOYEN TERME Échéance : 240 heures Comparer les modèles! ECMWF GFS Source : wetterzentrale

53 Vénus, le 8 juin 2004 Voile fin de Cirrus Sans Cirrus Et surtout, dans beaucoup de situations, il est permis d espérer jusqu au bout : les modèles ne sont que des modèles La Fin!