L’air a une densité supérieure à celle de la vapeur d’eau qui s’élève dans l’atmosphère. Pendant cette ascension, l’air humide se condense dû à une dépressurisation, ayant comme conséquence l’agglutination de ces gouttelettes en forme de nuages. Le relief terrestre, les vents génèrent l’élévation des masses d’air, provoquant la précipitation des gouttelettes sous différentes formes : (i) eau; (ii) neige ou (iii) glace [28]. Un changement de température peut également créer une précipitation. Plus spécifiquement, ces masses d’air sont transportées par le vent, où à la variation du relief et la présence obstacles pour les nuages, par exemple des chaînes des montagnes, peuvent provoquer des précipitations plus intenses dans des régions localisées. À l’amont du relief, l’ascension des masses d’air refroidit le nuage, ce qui produit une condensation et de la précipitation. La variation de la pression génère des turbulences qui peuvent aussi provoquer des précipitations. À l’aval par contre, l’air très humide se réchauffe plus lentement et affecte cet endroit par des températures plus froides et une
humidité relative plus importante. Alors qu’en présence d’air plus sec, le réchauffement est plus rapide, provoquant dans la région avale des températures plus chaudes [28], [29].
1.1.1.3.1.Précipitation liquide
La plupart des gens considèrent la pluie comme une précipitation de gouttes d'eau liquide. Pour le météorologue, les gouttelettes doivent avoir un diamètre égal ou supérieur à 0,5 mm pour être considérées comme de la pluie. De fines gouttes d'eau uniformes, dont le diamètre est inférieur à 0,5 mm, sont appelées bruines [26]. De petites gouttes de pluie peuvent tomber dans l'air non saturé, s'évaporer partiellement et atteindre le sol sous forme de bruine. Parfois, la pluie qui tombe d’un nuage n’atteint jamais la surface, car la faible humidité de l’air provoque une évaporation rapide.
Les gouttes de pluie qui atteignent la surface de la Terre mesurent rarement plus de 6mm. Les collisions entre elles tendent à les diviser en plusieurs gouttes plus petites lorsqu’elles dépassent cette dimension. Après une pluie torrentielle, la visibilité s’améliore généralement principalement parce que les précipitations enlèvent (nettoient) les particules en suspension [26]. Lorsque la pluie se combine à des polluants gazeux, tels que des oxydes de soufre et d'azote, elle devient acide. Les pluies acides, ayant des effets néfastes sur les plantes et les ressources en eau, deviennent un problème majeur dans de nombreuses régions industrialisées du monde.
1.1.1.3.2.Précipitation de neige
La condensation d’un nuage commence sous forme de neige et la chaleur de l’atmosphère transforme la neige en gouttelettes de pluie. En été, le point de congélation est généralement supérieur à 3600 m d’altitude (isotherme du 0°C) et les chutes de neige fondent avant d'atteindre le sol. Cependant, en hiver, cette isotherme est beaucoup plus bas, voire en dessous du niveau du sol, et les flocons de neige peuvent atteindre le sol. Les flocons de neige restent sous forme solide généralement jusqu’à environ 300 m sous l’isotherme avant de fondre complètement [26]. Les flocons de neige, en mouvement dans l'air humide légèrement au-dessus de 0°C, fondent lentement en descendant. Une fine pellicule d'eau se forme sur les extrémités des
flocons, agissant comme de la colle lorsque les autres flocons de neige entrent en contact avec lui. De cette façon, plusieurs flocons se joignent pour produire des flocons de neige géants mesurant souvent plusieurs centimètres ou plus de diamètres. Ces grands flocons de neige détrempés sont associés à un air humide et à des températures proches du point de congélation.
Cependant, lorsque les flocons de neige tombent dans un air extrêmement froid et faiblement humide, de petits flocons poudreux de neige « sèche » s’accumulent sur le sol, appelé poudrerie. Quand un vent fort souffle à la surface, la neige peut être ainsi ramassée et accumulée dans des zones de turbulence et/ou protégée des vents. La neige est généralement accompagnée de poudrerie; c'est-à-dire que la neige soulevée de la surface par le vent et soufflée en quantité telle que la visibilité horizontale est fortement réduite. La combinaison de la neige et la poudrerie, une fois la chute de neige se termine, sont appelées une tempête de neige. Une véritable tempête de neige est une condition météorologique caractérisée par des températures basses et des vents violents (supérieurs à 30 nœuds, ou 15.43m/s) contenant de grandes quantités de fines particules de neige sèche et poudreuse qui peuvent réduire la visibilité à quelques mètres seulement.
1.1.1.3.3.Précipitation de pluie verglaçante
Un flocon de neige qui tombe quand il tombe dans un air plus chaud commence à fondre. Quand il tombe à travers la couche d'air superficielle sous-gelée, la neige partiellement fondue ou la goutte de pluie froide se transforme en glace, non pas comme une neige, mais comme une minuscule pastille de glace appelée grésil. En règle générale, ces granulés de glace sont transparents (ou translucides), d’un diamètre de 5 mm ou moins. La couche de surface froide sous un nuage peut être trop peu profonde pour geler les gouttes de pluie lorsqu'elles tombent. Dans ce cas, ils atteignent la surface sous forme de gouttes de liquide en surfusion. En frappant un objet froid, les gouttes s’étalent et gèlent presque immédiatement, formant une mince couche de glace. Cette forme de précipitation est appelée pluie verglaçante [26]. La différence pour la génération du grésil, ou même de la grêle, c’est que le flocon de neige tombant s’échauffe et change de phase en eau puis regèle lorsqu’il s’approche du sol (Figure 9).
La transformation rapide de l’eau en glace proche du sol empêche une cristallisation géométrique telle qu’observée pour la neige.
Figure 9 - Profil vertical de température associé au différent type de précipitation hivernale