Convection

On appelle convection « tout processus de transport vertical de l'air entretenu par une ascendance due à la présence d'une instabilité ». Cette convection peut être libre, i.e. associée à un différentiel thermique entre l'air de surface et l'air d'altitude, ou forcée par une convergence d'air due au vent de surface qui impose alors localement des mouvements verticaux par compensation. La convection est à l'origine des effets de brise, des orages (nuages convectifs), des lignes de grains... induisant de fortes précipitations. La convection est le processus météorologique et climatique dominant dans les tropiques.

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Anti cyclone

Un anticyclone est une zone de circulation atmosphérique autour d'un centre de haute pression. Leur sens de rotation est lié à la force de Coriolis: ils tournent dans le sens horaire dans l'hémisphère nord et dans le sens anti-horaire dans l'hémisphère sud. C'est ce qui définit également la circulation anticyclonique.

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Advection

Déplacement d'une masse d'air dans un sens horizontal.


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Adiabatique

Se dit d'un corps qui ne subit aucun échange de chaleur avec son environnement. Dans le domaine de la météo on a l'adiabatique sèche et la pseudo-adiabatique.

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Cumulonimbus

Structure et propriétés d'un cumulonimbus

Origine

Les cumulonimbus sont des nuages d'origine convective, membres de la classe des cumulus. Il s'agit en fait de cumulus de très forte extension verticale dont la partie supérieure est constituée de cristaux de glace. Leur formation est favorisée par des conditions chaudes et humides près de la surface, mais plus froides et sèches en altitude.

Les cumulonimbus dits de masse d'air, typiquement les orages en été de fin d'après-midi et qui sont relativement bénins, se forment suite à la convection causée par le réchauffement solaire de l'air près du sol, en l'absence de forçages dynamiques. La présence de forçages dus à la dynamique atmosphérique peut déstabiliser davantage l'atmosphère, ce qui augmente la probabilité de formation de cumulonimbus et la sévérité des orages qui en résultent. Ces derniers se développent en général à l'approche d'un front froid ou par soulèvement orographique. La plupart des orages violents sont de ce type.

L'enclume

L'apparition de l'enclume est la conséquence de l'étalement du cumulonimbus au niveau de la tropopause (nom donné à la limite entre la troposphère et la stratosphère). Les courants ascendants à l'intérieur du nuage sont stoppés ou ralentis en arrivant dans cette zone de l'atmosphère particulièrement stable, et ils se transforment alors en courants horizontaux.

En cas d'orage sévère, la différence entre la température de la masse d'air ascendante et celle de l'air extérieur peut entraîner une propagation du courant ascendant dans la stratosphère, il se forme alors un sommet protubérant appelé en anglais "overshooting dome".

Courants ascendants

Les courants ascendants sous un cumulonimbus peuvent être extrêmement laminaires, étendus et réguliers. En effet, l'ascendance sous le nuage peut ne pas être due à la poussée d'Archimède mais être due à un fort différentiel de pression à l'intérieur du cumulonimbus. L'air est alors aspiré à l'intérieur du nuage à l'instar d'un aspirateur. La masse d'air en ascension est alors plus froide que l'air environnant et a une flottabilité négative. Dans ces conditions, les turbulences sont annihilées. En général, les courants ascendants atteignent leur vitesse maximale à environ 6 km du sol.


Supercellule

Les orages super cellulaires peuvent avoir des courants ascendants gigantesques à cette altitude dont la vitesse dépasse les 40 m/s (140 km/h). Une telle vitesse pour un courant ascendant correspond à la vitesse du vent d'un petit ouragan. De plus, le diamètre des colonnes ascendantes est compris en général entre 2 km (orage de masse d'air) et 10 km (orage super cellulaire . L'altitude de la base d'un cumulonimbus est extrêmement variable. Elle peut varier de quelques dizaines de mètres au-dessus du sol à 4000 m ou plus au-dessus du sol. Dans ce cas, soit les ascendances partent à partir du sol si l'air est très sec (cas typique des déserts); ou les ascendances ne proviennent pas du sol dans le cas où des altocumulus castellanus ont dégénéré en cumulonimbus. Dans ce cas, on parle de convection élevée ("elevated convection" en anglais). Le sommet des cumulonimbus se trouve à des hauteurs très variables. Par temps froid, le sommet des cumulonimbus peut se limiter à 6 km de hauteur. Dans les régions tropicales, la hauteur caractéristique des cumulonimbus est de 15 km. Dans les cas extrêmes, les cumulonimbus peuvent monter à 18 km ou plus.

Cumulonimbus et orage

C'est ce même type de nuage qui donne les orages. En fonction de son développement, il peut être le siège de manifestations électriques comme la foudre, de chutes de grêle, de pluie, de fortes précipitations et dans les cas les plus extrêmes, de tornades. A cela s'ajoute le risque de givrage (présent lorsque la température de l'air extérieur est comprise entre -40 et 0 degrés Celsius) et de forts cisaillements des vents dans le nuage. En général, les courants ascendants et descendants sous un cumulonimbus correspondant à un orage de fin d'après-midi d'été sont modestes (de l'ordre de 5 m/s). Par contre, les orages supercellulaires ou de derechos peuvent avoir des courants ascendants dépassant 40 m/s à l'intérieur du nuage.

Vent géostrophique

Le vent géostrophique se manifeste quand les isobares sont des lignes droites. Le vent au dessus de 500metres appeler vent géostrophique est alors parallèle aux isobares. Avec le vent venant dans le dos, dans l'hémisphère nord, on trouvera une zone de haute pression a droite un peu en retrait et une basse pression à gauche en avant. L'inverse est vrai pour l'hémisphère sud.

Vent de gradient

Le vent de gradient, plus communément appelé vent météorologique est un vent qui est généré par les variations de pression atmosphériques entre une zone de haute pression (anticyclone) et une zone de basse pression (dépression). Quand les isobares sonts courbé au dessus de 500metres d'altitude se vent tourne dans l'hémisphère nord dans le sens anti horlogique autour d'une basse pression et dans le sens horlogique autour d'une haute pression. Dans l'hémisphère sud c'est l'inverse. En dessous de 500metres on parle de vent de surface.

Front Occlus

Un front occlus apparait lorsque qu'un front froid rattrape un front chaud. Il y a alors 3 masses d'air en présence : l'air frais précédant le front chaud, l'air encore plus froid suivant le front froid et enfin l'air chaud rejeté en altitude par la rencontre des deux fronts.

Ce type de front est souvent accompagné de pluie, ces pluies devenant de moins en moins soutenues à mesure que l'occlusion finit de rejeter l'air chaud en altitude. 

Front Froid

Un front froid est une limite de masse d'air, l'air froid étant situé à l'arrière de la limite dans le sens du déplacement.

La limite entre les deux masses d'air (air chaud et air froid), appelée surface frontale, est une zone souvent météorologiquement active à laquelle sont associés nuages et précipitations. Le soulèvement de l'air chaud au-dessus de l'air froid postérieur est dû à des forçages issus des basses couches (convergence ou cisaillement du vent par exemple), et/ou des interactions avec des éléments de haute altitude, voisins de la tropopause.

PiRKAjoutée par PiRK

Le front froid se manifeste de manière plus brutale que le front chaud. Il s'écoule peu de temps entre l'apparition des premiers indices de son arrivée et son passage effectif, surtout dans les zones montagneuses où l'horizon n'est pas assez dégagé pour que l'on puisse observer les premiers surdéveloppements nuageux au loin.

L'expulsion de l'air chaud en altitude au passage du front provoque la condensation de nuages qui évoluent fréquemment en cumulonimbus. La pratique du vol libre à l'arrivée d'un front froid est donc très risquée.

Cependant, après le passage du front et de ses manifestations orageuses ou pluvieuses, on retrouve généralement un ciel de traîne qui peut être favorable au vol libre (si cette traîne n'est pas active) en raison des nombreuses ascendances matérialisées par des cumulus de beau temps et de l'amélioration rapide de la visibilité

Front chaud

Un front chaud est une limite entre deux masses d'air de températures différentes, l'air chaud se situant à l'arrière et l'air froid à l'avant du front dans le sens de son déplacement. Dans un système de fronts lié à une perturbation, le front chaud précède le front froid.

L'air chaud passe par-dessus l'air froid (plus lourd) en montant le long du front. Au cours de l'ascension, l'humidité contenue dans l'air chaud se condense sous forme de nuages. A l'avant du front un observateur constate d'abord l'apparition de cirrus (nuages de de l'étage supérieur) environ 48 à 72 heures avant le passage du front au niveau du sol. La visibilité diminue progressivement et atteint sa valeur la plus basse immédiatement à l'avant du front. La vitesse du vent augmente et la pression diminue rapidement. Au fil des heures, à mesure que le front s'approche du point d'observation, les nuages se condensent à des altitudes de plus en plus faibles et la couverture nuageuse s'épaissit. Après les cirrus apparaissent les cirrostratus, les altostratus, les nimbostratus (nuages accompagnés en général d'une pluie régulière et parfois soutenue) et les stratus.

Les fronts chauds ne présentent généralement pas de dangers immédiats pour la pratique du vol libre (à condition de se poser avant que le vent ne forcisse trop et qu'il ne se mette à pleuvoir), d'autant plus qu'ils arrivent progressivement et peuvent être prévu moyennant un peu d'observation du ciel. Cependant l'installation d'un voile nuageux qui s'épaissit avec le temps en diminuant progressivement l'ensoleillement étouffe peu à peu les ascendances.

Point de condensation

Le point de condensation désigne la température en-dessous de laquelle l'humidité d'une masse d'air donnée va commencer à se condenser. Cette température dépend de la température initiale et du taux d'humidité initial de la masse d'air.

Les termes "point de rosée et point de condensation" sont parfois confondus ou connus pour être synonymes en réalité le point de rosée correspond à un point de condensation théorique, c'est-à-dire sans prendre en compte la diminution de pression et de température avec la prise d'altitude.

Stabilité

Une masse d'air est dite stable si les mouvements verticaux d'origine thermique (dûs à la convection) ou d'origine dynamique (liés au vent météo) y sont rapidement amortis. Pour cela, le gradient de température de l'atmosphère doit être faible ou tel que la température augmente avec l'altitude (couche d'inversion). Une particule d'air ascendante qui se refroidit par décompression adiabatique finit alors par atteindre la température de l'air ambiant ou même devenir plus froide et donc plus dense et lourde.

Une couche d'atmosphère stable à pour effet d'atténuer la convection thermique en bloquant tous les thermiques qui ne sont pas assez chaud pour la traverser. Elle a donc pour effet de former un plafond difficilement franchissable par un PUL.

On rencontre fréquemment des couches stables (parfois d'inversion) tôt le matin et surtout en hiver au niveau du sol (plaine ou fond de vallée). Ce phénomène s'explique par le refroidissement par le bas de cette couche d'air au contact du sol froid.

Gradient de température

Le gradient de température désigne généralement la quantité de variation de température de l'atmosphère avec l'altitude. Il s'exprime généralement en °C/100m (variation de température en degrés Celsius par 100 mètres de gain d'altitude). On le détermine à l'aide de sondages de températures effectué par un ballon-sonde que l'on représente sur un émagramme. Entre 0 et 10000 m (troposphère) le gradient moyen est d'environ 0.6°C / 100 m (la température baisse de 60°C entre 0 et 10000 m). Cependant la variation de température est irrégulière et localement on observe rarement ce gradient. La troposphère se divise plutot en couches horizontales ayant chacune son propre gradient de température. Dans la plupart de ces couches le gradient de températures est négatif, c'est à dire que la température diminue avec l'altitude, mais dans certaines couches il peut aussi être nul ou positif (température constante ou augmentant avec l'altitude). On parle alors de couches d'inversions (de température).

On utilise aussi le terme gradient de température lorsqu'on parle de la baisse de température d'une particule d'air ascendante en raison de la diminution de pression avec l'altitude. Il s'agit dans ce cas d'un phénomène thermodynamique reproductible en laboratoire. On distingue en particulier le gradient adiabatique sec (1°C/100m) et le gradient adiabatique humide (ou saturé) (0.5 à 0.8°C/100m) qui permettent d'expliquer l'effet de foehn.

La comparaison des valeurs respectives de ces deux gradients de température (celui de l'atmosphère et celui d'une particule d'air ascendante) permettent de déterminer si la masse d'air est stable ou instable.

Gradient adiabatique humide

Le gradient adiabatique humide désigne la variation de température par unité d'altitude d'une particule d'air saturée (dont le taux d'humidité atteint 100%) n'échangeant pas de chaleur (énergie thermique) avec la masse d'air ambiante. Ce gradient de température vaut généralement entre près 0.5 et 0.8°C/100 m (le plus souvent environ 0.6°C/100m), ce qui implique que la température d'un air saturé en eau diminue moins avec l'altitude qu'un air sec. Contrairement au gradient adiabatique sec, le gradient saturé dépend de la température.

La valeur du gradient humide est inférieure à celle du gradient sec car dans ce cas la baisse de température avec l'altitude s'accompagne d'une condensation de l'humidité (apparition d'un nuage et éventuellement de précipitations) contenue dans l'air. En effet, le phénomène de condensation dégage de la chaleur latente de condensation qui a pour effet de minimiser la diminution de température de l'air avec l'altitude.

Gradient adiabatique sec

Le gradient adiabatique sec désigne la variation de température par unité d'altitude d'une masse d'air sèche (ne contenant pas d'eau sous forme liquide) n'échangeant pas de chaleur (énergie thermique) avec la masse d'air ambiante. Ce gradient de température vaut à peu près 1°C/100 m et ne varie quasiment pas avec la température ou le taux d'humidité de l'air (sauf lorsque ce taux atteint 100%, auquel cas on a un gradient adiabatique humide avec condensation de l'eau et apparition d'un nuage).

Instabilité

Une masse d'air est dite instable si les mouvements verticaux dû à la convection ou l'advection y sont amplifiés. Pour cela, le gradient de température de l'atmosphère doit être fort (tel que la température diminue rapidement avec l'altitude). Une particule d'air ascendante qui se refroidit par décompression adiabatique reste alors toujours plus chaude que l'air ambiant, et voit même cette différence de température (et donc la différence de densité par rapport à l'air ambiant) augmenter.

Une atmosphère instable est très propice à la convection thermique et donc au vol thermique. Lorsque qu'aucune couche stable ne vient s'y opposer, le développement d'orages au cours de l'après-midi ou en début de soirée est alors très probable surtout en montagne.

05.06.2011

Petit relevé météo du matin... Assez interessant dans l'absolu.

Ce matin le ciel a d'abord été bien dégagé avec quelques formations de cumulus vers 2'500 metres mais une couvert pas supérieure à 2 octas.

Ensuite est venu un front orageux du sud est. En fait le système provenait de la direction pointe du Perclet.

Plusieurs choses notables par rapport à ce système :

- La base est formé de cumulus / cumulocongestus à environ 2'500m.

- La partie supérieur du cumulus commence dèjà à se transformer en cumulo nimbus. (Signe caracterisque, le nuage n'a plus de contour précis mais devient comme difus.)

- Autre point important, on trouver des cirro stratus à haute altitude.

- Le systeme est porté sur une direction allant vers le nord est.

Les observations ont été faites aux alentours de 9:15.

Le systéme s'est ensuite étalé pour couvrir coplétement le ciel aux alentours de 10h15.

On voit des premières précipitations sur les sommets (Perclet, Sasseneire) à cette même heure.

On commence à sentir les premières gouttes sur Ayer vers 10:30.

Coté humidité, on note un taux de 71% soit un point de rosé à environ 10C°. La température à Ayer est de 15.3C°. Le gradient adiabatique de l'air est de 0,6 C° / 100m environ. Donc le plafond nuageux se situe à : 1343 + ((15.3-10)/0.6)*100 = 2'126 metres. Par observation, on constate que la couche nuageuse est vraiment marquée à 2'600 m environ (il touche juste le haut de la tête de la Maya.). On en déduit une correction du gradient adiabatique : K adiabatique réel = (15.2-10)/783 = 0.66 C°/100m

Suite aux quelques précipitations on remarque une brume marquée dans l'atmosphère.

Autre point important, le systéme orageux, bien que touchant Ayer, s'est plus déplacé le long de la crête Mont Noble/Maya/Sasseneire, provoquant d'ailleurs plusieurs ondées sur cette zone. Quand le systéme vient d'une vallé, alors il reste dans cette vallée et redescend vers la vallé du Rhone? En tous les cas, Aujourd'hui, pas de grosse incidence sur le Val des Dix.

Interprétation macro :

L'occasion d'abord de jetter un coup d'oeil à la carte des isobares. Toujours  cette zone d'air froid  et humide au sud (Perpignan) et deux zones de basses pressions à l'est (Albanie) et l'ouest (Paris). Cette zone est difficile à interpréter car on est dans un marais barométrique.Le système de masses d'air froides au nord fait bouchon sur le marais, On note une goutte froide sur le nord est de l'Angleterre.

Coté humidité, voila comment les choses se présentent.

On est dans une zone moyennement marqué entre 60% et 75% d'humidité.

Cette humidité va monter au dessus de 75% vers midi (a vérifier).

On correle ensuite avec la carte de stabilité de l'air. Et la, on voit bien que la zone du valais est marquée instable (indice de convection : 30~35%). Donc risque d'orage... L'air est en effet humide.

04.06.2011

Les observations du 03 et 04.06 sont essentiellement les mêmes. Le ciel est chargé la journée de cumulus congestus. Ca grossi du matin jusqu'au soir et cela lâche quelques averses régulières au sol. A noter, qu'aujourd'hui, bien que le matin soit bien couvert, l'évolution l'après midi semble un peu plus favorable. Mais restons prudent sur ce point.

Points importants :

- Formation de cumulus aux environs de 2'400 m.

- Brune diffuse (moins forte l'am que le matin)

- Des températures aux alentours de 17~18 C°

- Quelques précipitations

- Vent de vallée habituel

- Couverture générale en moyene de 6 octas.

J'observe à plus haute altitude, la présence de quelques cirrostratus.

Voila ce que cela donne en photo : En bas les cumulo-congetsus, et haut le cirrostratus.

Vers 17:00 les cumulus semble s'affaissé. Résultat un ciel entièrement voilé par une espèce de stratus (la retombée), lequel devrait se dissipé dans les heures qui viennent.

Coté précipitations, que s'est il passé ces deux derniers jours? Des averses fréquentes certes... Qui représentent un cumul de 2 mm le 03.06 et 3 mm aujourd'hui.

C'est plutot une bonne nouvelle pour le jardin !

Les températures sont moyennes et on tombe au dessous de 10 degré pendant la nuit.

Maximale à 21.6 C° aujourd'hui.

D'un point de vu masse d'air, voila ou nous en sommes :

On a une belle zone d'air froid qui tente de percer au nord. Cela donnera probablement lieu à une goutte froide dans les jours à venir. Pas de quoi s'affoler pour le moment... En fait, le plus intéressant se passe en fait au dessus de nos têtes. A savoir, nous sommes bordé au nord-est de deux petites perturbations et un anticyclone au sud ouest. Bien qu'on ai l'impression d'être dans un marais barométrique (les hypoglyphes sont très espacées), l'air présent est humide sur la France et la Suisse. D'autre part cet air est aussi assez instable. Résultat : en conjonction avec des phénomènes de convection liés à la température du sol, on obtient ce régime cumulus-congestus sur l'ensemble de la journée. A priori, les choses ne vont pas trop bougées pour les 24 h00 à venir.

02.06.2011

Petit relevé météo du 01 et 02 juin...

Hier nous avons eu de la pluie pour bonne partie de la journée. Le cumul des précipitations entre le 31.05 au soir et le 01.06 au soir est de prés de 26 mimi-mètres de précipitations. Cela représente approximativement tout ce qui était tombé au mois de mai.

La journée du 01.06 s'est passée complètement dans les nuages. Les précipitations ont été provoquées par une masse d'air froide et humide en provenance du nord. Cette pluie est tout à fait salutaire vu le cumul de précipitation depuis le début de l'année. Les températures sont bien tombées pour atteindre un minima vers 4C° le 02.06 au matin. La neige s'est bien rapprochée. Elle est descendue pratiquement au niveau de Lovegnoz (2'100m). Les sommets étaient bien blanc ce matin. La neige à fondue pratiquement entièrement dans la journée mais reste encore quelques zones à névés.

A noter d'ailleurs que nous n'avons pas rencontré de printemps aussi chaud depuis 1964. Coté précipitations, le record est encore peut être plus lointain.

Aujourd'hui, le 02.06, le temps était surtout prédominé par la formation de cumulus à environs 3'000 êtres d'altitude, puis la limite est remonté. Chose intéressante, pas de formation particulière entre 5'000 m et 11'000m. Nous sommes apparemment rentré dans une masse d'air plus sec. Les températures ont remontées gentillement d'une moyenne à 9C° à environs 16 C° (avec un maxima vers 19.5C°). 

Ce soir le temps est encore assez dans la grisailles des cumulus congestus. Pour ma part je pense que les choses devrait se tasser dans les heures a venir et laissé un peut plus de place à un ciel clair. Au moment de la rédaction de cette note, j'évalue la couverture à  environs 5/6 octas. On remarque aussi la présence d'une brume persistante assez marquée (voile bleuté).

J’interprète la présence des cumuls congestus comme étant essentiellement le résultat de l'évaporation de la pluie des derniers jours. Plusieurs facteurs me font pencher pour cette thèse :

• Présence de brume diffuse
• Couverture nuageuse presque exclusivement composé de cumulus / cumulus congestus
• Arrivée d'une masse d'air sec

A noter en altitude, 5'500 m, de nuage orographiques. Il y a donc du vent en altitude, temoin du changement de masse d'air.