1. Les différentes échelles de l’atmosphère

Plan

1. Les différentes échelles de l’atmosphère

2. Sources d’énergies nécessaires à la formation des ondes équatoriales et des perturbations

tropicales

3. Climats tropicaux d’échelle régionale

4. Ondes équatoriales piégées et oscillations d’échelle planétaire (MJO,QBO)

5. Modèles conceptuels de perturbations tropicales d’échelle synoptique de l’hémisphère d’été

6. Interactions entre tropiques et moyennes latitudes

7. El Niño

Petite échelle

• La libération de chaleur latente (Lf ) à l’échelle du cumulus constitue la principale source d’énergie entraînant l’apparition et le développement de perturbations tropicales d’échelle synoptique

• Derrière ce processus, en apparence facile à comprendre, se cache toute la complexité des interactions entre la petite échelle et la grande échelle.

• D’ailleurs, les interactions d’échelles sont au cœur de la recherche en météorologie tropicale (ex : programme de recherche AMMA)

sommaire général

Chap 2. Sources d’énergies nécessaires à la formation des ondes équatoriales et des perturbations tropicales : « l’effet miroir »

Source : Météo-France

1. Au sein d’un cumulus, la condensation et la production de chaleur sont maximales en milieu de troposphère;

2. L’énergie potentielle (Ep) produite (cf équation de Laplace) perturbe l’équilibre géostrophique pré-existant et génère des Ondes d’Inertie-Gravité (IG);

3. Les OG dissipent une partie de l’Ep en la transportant à l’infini : phénomène d’ajustement au géostrophisme;

4. Au bout d’un temps 1/f (~ 1 j. à 10°), l’équilibre géostrophique se rétablit sur une échelle horizontale λ_R (~ 1000 km à 10°) avec l’Ep non dispersée (p’>0 ) par les IG;

5. L’addition d’énergie génère, par ‘effet miroir’, une dépression en basse tropo et un anticyclone en haute tropo.

Détail des processus d’interactions entre la petite et grande échelle :

Chap 2. Sources d’énergies nécessaires à la formation des ondes équatoriales et des perturbations tropicales : « l’effet miroir »

Source : Météo-France

Détail du processus d’interactions entre la petite et grande échelle :

• L’interaction de la petite échelle sur la grande échelle est un processus d’autant plus efficace lorsque :

- la population de Cu-Cb est importante

- la durée de vie des systèmes convectifs est longue

- la rotation de l’environnement augmente (car la proportion de chaleur dispersée et dissipée par les IG diminue)

retour : onde équatoriale sommaire général

Chap 2. Sources d’énergies nécessaires à la formation des ondes équatoriales et des perturbations tropicales : « l’effet miroir »

Petite échelle

Source : Météo-France

Figure du bas : Géopotentiel à 200 hPa;

29/07/08; Analyse CEP 1.5

sommaire général

Chap 2. une tempête tropicale sur le Pacifique

NO: illustration de

« l’effet miroir »

H _H

dt Dt

Figure du haut : Pmer

1) Au niveau du typhoon, c’est la libération de

chaleur qui provoque la baisse de pression au sol et génère des hauts

géopotentiels

2) Au niveau de l’Inde, c’est le forçage radiatif qui génère une dépression

thermique et des hauts géopotentiels (équation de Laplace)

Z 200 hPa Pmer

tempête tropicale

tempête tropicale

• Comme nous venons de le voir, le chauffage par condensation est un processus diabatique de première importance sous les tropiques.

• Comme l’hypothèse d’adiabatisme n’est plus valable sous les tropiques, l’équation de la

thermodynamique s’écrit : dQ : taux de chauffage; dQ

>0 par Condensation;

dQ <0 par pertes radiatives

dt dQ w z

v y u x

t dt

d 



 



 



 



 

   



1^er cas : hors régions convectives

Sur le Sahara, le refroidissement de l’atmosphère de -1K/jour (dQ/dt<0) par pertes radiatives est compensé par de la subsidence adiabatique d’environ –0.3 cm/s (W<0).

2^nd cas : régions convectives

Dans la ZCIT, le chauffage de l’atmosphère de +5K/jour (dQ/dt>0) est compensé par des ascendances de l’ordre de + 3cm/s (W>0).

(1)

• L’Analyse en Ordre de Grandeur (AOG) de l’équation de la thermo s’écrit : t

Q W z

y U x



























(2)



retour : TUTT sommaire général

Chap 2.

L’équation de la thermodynamique sous les tropiques

B

D ^x

z U

B= bas géopotentiel D= dépression

Sv

Exemple de situation atmosphérique favorable à la croissance d’une onde barocline :

La conversion d’énergie barocline correspond à un transport méridien de chaleur

1. L’instabilité barocline

La baroclinie est liée au cisaillement vertical de vent (Sv) de l’état de base.

Une onde barocline se développe (conversion d’

Ep

Ep

sommaire général

Chap 2. Les autres sources d’énergies présentes sous les tropiques

: l’instabilité barocline et l’instabilité barotrope

1. L’instabilité barocline

D’une manière générale, l’atmosphère tropicale est faiblement barocline (faible

stockage d’

Ep

↳

↳

- chap 6.1

- chap 6.2 - chap 6.4 - chap 6.5

Front froid

Dépression subtropicale d’hiver

Cold surge

Ligne de cisaillement

sommaire général

Chap 2. Les autres sources d’énergies présentes sous les tropiques

: l’instabilité barocline et l’instabilité barotrope

Ouest équateur Est

y

> Une zone d’instabilité barotrope correspond à un changement de signe du gradient méridien du tourbillon absolu.

2. L’instabilité barotrope

La condition nécessaire

d’instabilité barotrope s’écrit : ( )  0



 







y y

f

 

illustration avec un jet d’Est

Ce schéma nous montre que la condition nécessaire d’instabilité barotrope est vérifiée sur les flancs sud et nord d’un jet, i.e dans les régions de forts

cisaillements horizontaux de vent (Sh).

x sommaire général

Source : d’après Charney dans Morel (1973)

Chap 2. Les autres sources d’énergies présentes sous les tropiques

: l’instabilité barocline et l’instabilité barotrope

sommaire général

2. L’instabilité barotrope

Le critère d’instabilité barotrope n’est pas suffisant pour qu’une onde se

développe, il faut également que l’inclinaison horizontale des axes de thalwegs soit de sens opposé au cisaillement horizontal de vent Sh (voir figure ci-dessous). Le cas

échéant, l’atmosphère est capable d’initier une onde en convertissant une partie de l’énergie cinétique du jet.

x

Ouest Est

Sh Sh

Énergétique de l’instabilité barotrope dans un jet d’Est : situation favorable à la croissance de l’onde

La conversion d’énergie barotrope correspond à un transport méridien de

quantité de mouvement zonal u’ ou v’ sommaire général

Source : De Moor, 91

Chap 2. Les autres sources d’énergies présentes sous les tropiques

: l’instabilité barocline et l’instabilité barotrope

L’instabilité barotrope

Dans les régions tropicales, certains phénomènes d’échelle synoptique peuvent être expliqués par l’instabilité barotrope.

- au sud du JEA, vers 12°N, le cisaillement horizontal de vent est de sens opposé (dirigé vers l’ouest) à l’inclinaison horizontale de l’axe des thalwegs-dorsales des ondes d’est africaine (dirigé vers l’est) ce qui favorise leur développement.

sommaire général

Chap 2. Les autres sources d’énergies présentes sous les tropiques : l’instabilité barocline et l’instabilité barotrope

JEA

600-700 hPa

orientation SO/NE de l’axe des

thalwegs

12°N

14°N

Est

Nord

S

S

: onde d’est

z

en juillet-août

Le relief

Le relief n’est pas un mécanisme intrisèque à l’atmosphère mais joue comme un élément extérieur favorable à la formation de perturbations tropicales

exemple 1 : naissance de lignes de grain de façon préférentielle sur le massif de l’Aïr sur l’Afrique

exemple 2 : le relief sur la Corne de l’Afrique génère des ondes gravité en aval et donne de l’énergie aux ondes d’Est africaines

Chap 3 Climats régionaux sommaire général

Chap 2. Autre source d’énergie sous les tropiques : le relief

Bibliographie chap.2

- De Moor G. et P. Veyre, 1991 : ‘Les bases de la météorologie dynamique’ Cours et Manuel n°6 -

p.193

- Lafore : Support de cours ‘Convection’, Partie 2 écrite par J. P. Lafore CNRM/GMME.

- Morel P. éditeur (1973) : ‘Dynamic Meteorology’ –D. Reidel Publishing Company – 622 p.