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

3.1 Climatologie de l’atmosphère tropicale

3.2 Circulations océaniques

3.3 Structure de la Zone de

Convergence InterTropicale (ZCIT)

3.4 Circulations de mousson et jets associés

sommaire général

Chap 3.

Climats tropicaux d’échelle régionale

• Origine des anticyclones subtropicaux de

l’hémisphère d’hiver:

branche subsidente de la cellule d’hiver de Hadley

• Mais quelle est

l’origine des anticyclones subtropicaux en été

sachant que la cellule d’été de Hadley est très faible ?

Atmosphère tropicale quasi-barotrope = faibles gradients horizontaux de pression

Hypothèse formulée par Rodwell et Hoskins (2001) :

le forçage thermique ( ) au niveau de la mousson indienne génère une onde de Rossby stationnaire d’échelle planétaire. Sa vitesse de groupe horizontale (cg_x) est dirigée vers l’est ce qui expliquerait la formation des anticyclones subtropicaux au milieu des océans (Hawaï et Açores)

2 0

2 2

2 

 

l k

k cg_x u

Pression mer en été boréal : juin-juillet-août;

Source : RéAnalyses du CEP

Cg

>0

sommaire chap.3

3.1 Climatologie de l’atmosphère tropicale :

champ de pression en été boréal

Circulations de

surface de l’atmosphère tropicale en juillet .

Source : Atlas Bordas, 1985, Page 5.

• Anticyclones subtropicaux de l’hémisphère sud : Ile de Pâques, S^t Hélène, Mascareignes

• Anticyclones subtropicaux de l’hémisphère nord : Hawaï, Açores

• Pression mer maximale sur les flancs Est des océans = correspond à la branche subsidente de la cellule de Walker + interaction locale océan-air (upwelling côtier)

• 3 branches ascendantes des cellules de Walker situées au niveau des dépressions thermiques

sommaire chap.3

3.1 Climatologie de l’atmosphère tropicale :

Situation de surface en été boréal

• Haute troposphère :

- Hauts géopotentiels (H) sur le Plateau Tibétain, générés par forçage thermique, donnant naissance à de forts vents d’Est appelés ‘Jet d’Est Tropical’ ou TEJ

- Le Jet d’Ouest SubTropical (JOST) est maximum dans l’hémisphère d’hiver (100 kt at 30°S) puisque la cellule d’hiver de Hadley est 10 fois plus

développée que la cellule d’été.

H JOST TEJ

200 hPa

850 hPa

sommaire chap.3

Source : Atkinson et Sadler, 1970

3.1 Climatologie de l’atmosphère tropicale :

Circulation en haute tropo en été boréal

L’atmosphère tropicale en juillet : vent

(kts) et lignes de flux

(a) 200 hpa (b) 850 hPa

• Basse troposphère :

- Sur l’Océan Indien, le Pacifique Ouest :

flux d’alizés (flèches vertes) uniquement dans l’hémisphère d’hiver

- Sur l’Atlantique (sauf Golfe de Guinée), le Pacifique Est, le Pacifique Central : flux d’alizés (flèches vertes) dans l’ hémisphère d’été et d’hiver;

la zone de confluence des alizés de chaque hémisphère se situe entre 7 et 11°N et s’appelle équateur météo (EM)

> illustration de ce flux d’alizés sur le Pacifique sur la diapositive suivante

200 hPa

850 hPa

7 à

11°N Source : Atkinson

et Sadler, 1970

3.1 Climatologie de l’atmosphère tropicale :

Circulation en basse tropo en été boréal

L’atmosphère tropicale en juillet : vent et lignes de flux

(a) 200 hpa (b) 850 hPa

A

Équateur météorologique

A

Équateur géographique

10°N 20°N 30°N

Carte d’analyse du vent à 1000 hPa le 12/07/2005 CEP1.5 Source : Météo-France

3.1 Climatologie atmosphère tropicale :

Circulation en basse tropo en été boréal : flux d’alizés sur Pacifique

• Définition : vents d’est issus des flancs est des anticyclones subtropicaux de surface

• Direction : NE dans l’hémisphère nord, SE dans l’hémisphère sud

• Localisation - Le flux d’alizés s’observe en basse troposphère entre la surface et 700 hPa - le flux d’alizés est maximum (15 kts) vers 900 hPa

- les alizés les plus forts s’observent entre 10 et 15° de latitude

- les alizés recouvrent quasiment 50% du globe et représentent l’une des structures les plus permanentes de l’atmosphère = persistant dans

le temps et spatialement

• Origine : Ils sont situés sur la face équatoriale des anticyclones subtropicaux et sont générés par la force de pression entre ces anticyclones et la zone de basse pression équatoriale

• D’un point de vue énergétique, les alizés sont très importants :

comme ils ont un parcours essentiellement maritime, ils se chargent d’humidité et vont alimenter la convection au niveau de la ZCIT.

sommaire chap.3

3.1 Climatologie atmosphère tropicale :

Caractéristiques du flux d’alizés

• Définition : couche d’inversion de température (dT/dz>0) présente au sein de la couche d’alizés.

• Origine : - la subsidence de grande échelle (Walker+Hadley) est à l’origine de cette couche d’air chaude et très stable;

- la base de ‘l’inversion des alizés’ (h) est plus proche du sol et plus intense sur les bords E. des océans (branche subsidente de Walker) que sur les bords O.

z

surface base de

l’inversion : h

Convection sèche : θ est constant ;

Résulte d’une homogénéisation par mélange Turbulent;

T θ

Couche nuageuse stable : θ augmente

Couche d’inversion des alizés très stable :

θ

La turbulence dans la couche limite sous le nuage est le processus majeur qui maintient l’inversion des alizés à une certaine hauteur (h) du sol.

3.1 Climatologie de l’atmosphère tropicale :

L’inversion des alizés

A

A

Équateur géographique

NE

SO

⊕

⊕

⊕

⊕= radiosondage analysé par CEP1.5

Mise en garde pour les prévisionnistes :

l’analyse et la prévision de l’inversion des alizés sont de mauvaise qualité dans l’ensemble des modèles globaux

.

10°N 20°N 30°N

Carte d’analyse du vent à 1000 hPa le 12/07/2005 CEP1.5 Source : Météo-France

3.1 Climatologie de l’atmosphère tropicale :

i nversion des alizés analysée par les modèles

- Inversion des alizés basse (925 hPa)

et intense (+14°c à 925 hPa +18 °C à 850 hPa) - Type de temps associé à ce RS : convection

peu profonde avec Sc ou St

Radiosondage (RS) analysé par le CEP 1.5 Radiosondage (RS) analysé par le CEP 1.5 à 25°N-133°O (Pacifique E.) :

à 25°N-133°O (Pacifique E.) :

Base de l’inversion

Radiosondage Analyse CEP1.5 Source : Météo-France

3.1 Climatologie de l’atmosphère tropicale :

i nversion des alizés sur le Pacifique le long d’une coupe NE-SO

Inversion des alizés + élevée (850 hPa)

et – intense (le modèle ne présente pas d’inversion de température mais c’est un défaut du modèle, car le RS observé présente encore une inversion) Radiosondage analysé par le CEP 1.5 Radiosondage analysé par le CEP 1.5 à 18°N-155°O (Pacifique central) : à 18°N-155°O (Pacifique central) :

Base de l’inversion

Radiosondage Analyse CEP1.5 Source : Météo-France

3.1 Climatologie de l’atmosphère tropicale :

i nversion des alizés sur le Pacifique le long d’une coupe NE-SO

Radiosondage analysé par le CEP 1.5 Radiosondage analysé par le CEP 1.5 à 8°N-175°E (Pacifique O.) :

à 8°N-175°E (Pacifique O.) :

-Absence d’inversion des alizés sur le Pacifique ouest

- Type de temps associé à ce RS : convection profonde avec Cb ou Cu

Radiosondage Analyse CEP1.5 Source : Météo-France

3.1 Climatologie de l’atmosphère tropicale :

i nversion des alizés sur le Pacifique le long d’une coupe NE-SO

• Basse troposphère :

- Flux de mousson d’été (flèche en rouge) sur le Nord de l’Océan Indien, la Chine du Sud, l’Afrique de l’Ouest.

200 hPa

850 hPa

7 à 11°N

sommaire chap.3

Source : Atkinson et Sadler, 1970,

3.1 Climatologie de l’atmosphère tropicale

Circulation en basse tropo en été boréal

L’atmosphère tropicale en juillet : vent et lignes de flux (a) 200 hpa (b) 850 hPa

-

- Sur océans, les maxi. sont situés plus près de l’équateur, notamment sur leurs flancs Est : -vers 10°N sur l’Atlantique Est et le Pacifique Est

-vers 15-20°N sur l’Océan Indien, Atlantique Ouest et Pacifique Ouest

sommaire chap.3

3.1 Climatologie de l’atmosphère tropicale

T

en été boréal

Température de surface en juillet.

. Sur continent, les maximums de précipitations se situent au niveau des trois branches ascendantes de Walker :

- les pôles de convection profonde situés sur l’Afrique de l’Ouest (7°N-15°N) et l’Inde-Asie du SE (10°N-30°N) correspondent à des zones de mousson

- le 3^ème pôle se situe en Amérique centrale (5°N-15°N)

.

sommaire chap.3

Pôle convectif Amérique Centrale

Précipitations (mm/mois) en juillet: moyenne 68-96

Précipitations (mm/mois) en juillet: moyenne 68-96. . Source : RéAnalyses NCEPSource : RéAnalyses NCEP

. .

zones en vert > 200 mm/mois, en jaune > 250 mm/mois.

Mousson indienne et Asie SE Mousson d’Afrique

de l’Ouest ZCIT

3.1 Climato tropicale : Précipitations en été boréal

• Pression mer maximale sur les flancs Est des océans =correspond à la branche subsidente de la cellule de Walker + interaction locale océan-air (upwelling côtier)

• 3 branches ascendantes des cellules de Walker situées au niveau des ‘dépressions thermiques’

sommaire chap.3

Source : Atlas Bordas, 1985, page 5

3.1 Climatologie de l’atmosphère tropicale :

Situation de surface en hiver boréal

Circulations de surface de l’atmosphère tropicale en janvier

200 hPa

850 hPa

H

TEJ

• Haute troposphère :

-Hauts géopotentiels (H) sur le Pacifique Ouest, générés par forçage thermique, donnant naissance à de forts vents d’Est (Jet d’Est Tropical : TEJ ) entre 0-10°S s’étendant du Pacifique Central (vers la ligne de changement de date) à l’Afrique de l’Est en passant par l’Océan Indien (le vent géostrophique est fort au regard du gradient de pression car f est presque nul)

retour : mousson indienne sommaire chap.3

Source : Atkinson et Sadler, 1970

3.1 Climatologie de l’atmosphère tropicale

Circulation en haute tropo en hiver boréal

L’atmosphère tropicale en janvier : vent et lignes de flux (a) 200 hpa (b) 850 hPa

200 hPa

850 hPa

H

TEJ

JOST

• Haute troposphère :

-Jet d’Ouest SubTropical (JOST) maximum dans l’hémisphère d’hiver (140 kt à 30°N/150°E)

retour mousson indienne

sommaire chap.3

3.1 Climatologie de l’atmosphère tropicale

Circulation en haute tropo en hiver boréal

L’atmosphère tropicale en janvier : vent et lignes de flux (a) 200 hpa (b) 850 hPa

Source : Atkinson et Sadler, 1970

Exemple de JOST en hiver boréal

Vent >50kt à 200 hPa – 09/03/2005

Carte d’analyse du vent à 200 hPa le 09/03/2005 ARP1.5 Source : Météo-France

3.1 Climatologie de l’atmosphère tropicale

Circulation en haute tropo en hiver boréal

200 hPa

850 hPa

H

TEJ

JOST

• Haute troposphère :

-Forts vents d’Ouest (40kt) traversant le Pacifique Central Equatorial

chap 3.4.1 sommaire chap.3

Source : Atkinson et Sadler, 1970

L’atmosphère tropicale en janvier : vent et lignes de flux (a) 200 hpa (b) 850 hPa

3.1 Climatologie de l’atmosphère tropicale

Circulation en haute tropo en hiver boréal

Canal de vent d’ouest sur le Pacifique

Central

Equatorial en hiver boréal.

Vent >30kt à 200 hPa –

Ce canal de vent d’O-NO favorise la propagation

vers l’équateur des thalwegs voyageant dans le JOST de l’hémisphère Nord.

Ces trains d’ondes successifs (thalweg-dorsale) vont alors périodiquement moduler l’activité de la ZCIT sur le Pacifique Central.

équateur

Carte d’analyse du vent à 200 hPa le 09/03/2005 ARP1.5 Source : Météo-France

3.1 Climatologie de l’atmosphère tropicale

Circulation en haute tropo en hiver boréal

200 hPa

850 hPa

• Basse troposphère :

-Alizés sur Atlantique et Pacifique Est; zone de confluence située entre l’équateur et 5°N

-Flux de mousson d’hiver sur le N. de l’Océan Indien, la Chine du S., l’Afrique du Nord (Harmattan)

-Flux de mousson d’été sur l’Afrique de l’Est et Madagascar, le Nord de l’Australie et L’Indonésie 5°N

sommaire chap.3

Source : Atkinson et Sadler, 1970

L’atmosphère tropicale en janvier : vent et lignes de flux (a) 200 hpa (b) 850 hPa

3.1 Climatologie de l’atmosphère tropicale

Circulation en basse tropo en hiver boréal

-Sur continents, les maximums sont situés près des tropiques : vers 25°S sur l’Afrique Australe, l’Amérique du Sud, l’Australie

-Sur océans, les maxi. sont situés plus près de l’équateur, notamment sur leurs flancs Est : – vers 2/3°N sur le Pacifique Est et l’Atlantique

– mais vers 10°S sur l’Océan Indien et entre 5°N/15°S sur le Pacifique Ouest

sommaire chap.3

3.1 Climatologie de l’atmosphère tropicale

T

en hiver boréal

Température de surface et en janvier.

Température de surface et en janvier.

Précipitations (mm/mois) en janvier: moyenne 68-96

Précipitations (mm/mois) en janvier: moyenne 68-96 . .

ZCIT ZCPS

Mousson indonésienne

-

indonésienne (5°N/15°S), la Zone de Convergence du Pacifique Sud (ZCPS : 5°S/18°S), l’Amazonie (5°N/15°S), l’Afrique Australe et la mousson d’Afrique de l’Est (équateur/20°S)

-

Pôle convectif amazonien

Chap 3.2: Océans Mousson d’Afrique de l’Est et mousson

malgache

3.1 Climato tropicale : précipitations en hiver boréal

Bibliographie chap 3.1

- Atlas Bordas historique et géographique, 1985. Editeur Hözel à Vienne

- Atkinson , G.D., Sadler, J.C., 1970 : Mean Cloudiness and gradient level wind charts over the tropic. USAF Air Weather Service, Technical Report N°215, vol.1 text, vol.2 charts.

- Atkinson , G.D., 1971 :’Forecaster’s guide to tropical meteorology. USAF, Air Weather Service, Technical Report N°240, 341pp.

- Rodwell M.J. et Hoskins B., 2001 : Subtropical anticylones and summer monsoons. Journal of Climate, vol.14, p.3192-3211