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Météorologie

METEOROLOGIE

 

Définitions

Plafond

Hauteur, au dessus du sol, de la couche nuageuse la plus basse, au dessous de 6000 mètres (environ 20 000 ft) et qui couvre plus de la moitié du ciel.

Visibilité

Distance maximale jusqu'a laquelle il est possible d'identifier visuellement un objet.

Isobares

Courbes joignant tous les points où s'exerce la même pression.

Champ de pression

Est obtenu en traçant les différentes lignes isobares.

Dépression

Une dépression est tout le contraire de l'anticyclone : c'est une zone de basses pressions (inférieures à 1013,25 hPa) favorables au développement de nuages stables (dont le développement vertical n'est pas très important) ou cumuliformes (aux développements verticaux considérables). (lettre D ou L).

Thalweg

Axe des basses pressions.

Anticyclone

Comme son nom l'indique, c'est tout le contraire d'un cyclone ; c'est une zone de hautes pressions ( supérieures à 1013,25 hPa ) qui gène voire empêche le développement de précipitations ou encore des nuages ; l'anticyclone est donc une zone calme, sans vent du fait que la pression ne varie presque pas (lettre A ou H).

Dorsale

Axe des hautes pressions.

Marais barométrique

Vaste étendue où la Patm varie très peu.

anticyclones, dépression et marais barométriques

Isothermies

Tranches où la température reste constante.

Inversions

Tranches où la température augmente avec l'altitude.

Caractéristiques de l'atmosphère

L'atmosphère terrestre (du grec atmos, vapeur) est la couche de gaz qui entoure notre planète. C'est un mélange de gaz et de vapeur d'eau, répartie en couches concentriques autour de la Terre (troposphère, stratosphère...). Elle est composée, par ordre d'importance, d'azote (78 %), d'oxygène (21 %), de dioxyde de carbone et d'argon (1 %), de gaz rares et de vapeur d'eau.

La structure verticale de l'atmosphère

  • Troposphère : 0 - 11 000 mètres, la majorité des avions civils évoluent dans cette couche, la température diminue jusqu'à -56 °C

  • Tropopause : limite entre la troposphère et la stratosphère, la température est stabilisée à -56 °C

  • Stratosphère : la température augmente jusqu'à 0 °C environ, le concorde évoluait dans cette couche en croisière

Les paramètres de l'atmosphère

Les paramètres de l'atmosphère sont :

  • La température : en °C, K (Kelvin, unité internationale °K = 273 + °C) ou F° (aux USA)

  • La Pression : poids exercé par la masse de l'air situé au-dessus de la surface de mesure, exprimée en hPa

  • La Densité : rapport entre la masse d'1 m3 (pression, température donnée) et la masse d'1 m3 d'air au niveau de la mer (1,225 kg à 15 °C), nombre sans dimension

  • Degré hygrométrique : humidité relative de l'air

Ces paramètres varient rapidement avec l'altitude.

A 0°C (niveau géographique de la mer), on trouve une atmosphère sèche, sans vent ni mouvements verticaux.

La pression atmosphérique

La pression exprime le poids de la colonne d'air située au-dessus de lieu de mesure. En météorologie aéronautique, les pression sont données en hectopascals (hPa). La valeur moyenne de la Patm au niveau de la mer est de 1013 hPa. Au fur et à mesure que l'on s'élève le long de la verticale, l'épaisseur de la colonne d'air diminue et son poids aussi.

Variation avec l'altitude

Altitude (ft)

Pression (hPa)

0

1013

5000

850

10000

700

18300

500

33300

250

Variation de la pression avec l'altitude

Variation au niveau de la mer

Au niveau de la mer, la Patm est variable. Dans nos régions elle oscille entre 950 hPa et 1050 hPa.

Vent et champs de pression

Ce sont les différences de pression qui créent les forces mettant l'air en mouvement. Plus les lignes isobares sont proches, plus les variations de pression sont grandes.

Surface isobare : points de l'atmosphère à la même pression

Surface isotherme : points à la même température

Lignes isobares serrées : vents forts.

Lignes isobares espacées : vents faibles.

En théorie : le vent se dirige des hautes pressions vers les basses pressions. Mais du fait de la rotation de la terre, les mouvements de l'air sont déviées vers la droite dans l'hémisphère nord. La direction du vent devient alors sensiblement parallèle aux isobares.

Dans l'hémisphère nord, le vent tourne dans le sens des aiguilles d'une montre autour des anticyclones et en sens inverse autour des dépressions. Ce phénomène est inversé dans l'hémisphère sud.

Si l'on se place face au vent, nous avons les basses pressions à notre droite et les hautes pressions à notre gauche.

La température

La température représente le résultat d'un bilan énergétique (rayonnement, conduction, convection, changements d'état de l'eau...).

Les variations journalières de température sont fonction de la quantité d'énergie reçue du soleil, et de la quantité d'énergie émise par la terre. Les nuages jouent un rôle d'écran et limitent grandement ces échanges.

De nuit, en l'absence de nuages :

Abaissement important de la température

De jour, en l'absence de nuages :

Elévation importante de la température

La température minimale est souvent obtenue juste après le lever du soleil.

Variations diurnes

L'axe des pôles n'est pas perpendiculaire au plan de l'elliptique (trajectoire décrite par la terre autour du soleil), il est incliné de 23°27'. De ce fait, au cours d'une même journée, un point de la surface terrestre n'est jamais "éclairé" de la même manière.

Variations saisonnières

La quantité d'énergie reçue dépend de la période de l'année.

Variations horizontales

Altitude

Température

Nom de la couche d'atmosphère

0-35000

diminue en moyenne de 2°C par 1000 ft

TROPOSPHERE

> 35000

- 56 °C

STRATOSPHERE

Limite entre troposphère en stratosphère

variable

TROPOPAUSE

Les échanges thermiques

La convection

Mouvement créé par l'air en contact avec le sol qui s'échauffe (d'autant plus que la température est élevée), sa densité diminue et il s'élève. Il est alors remplacé par de l'air plus froid qui s'échauffe à son tour. Le processus va s'organiser avec un mouvement ascendant en son centre et des courants descendants sur les bords. Les particules entrainées vers le haut se refroidissent et, si ce refroidissement est suffisant, il peut entrainer la condensation d'où l'apparation de nuages à compter de cette altitude. Le mouvement ascendant sera limité en altitude par une couche stable. C'est le sommet du nuage.

L'humidité

L'eau se retrouve dans l'atmosphère sous 3 états :

- liquide : pluie et gouttelettes composant les nuages, brouillard, brume, etc.

- solide : grêle et cristaux composant les nuages et la neige

- vapeur : gaz invisible

C'est la quantité de vapeur d'eau contenue dans l'air qui représente l'humidité. Une masse d'air ne peut contenir qu'une quantité limite de vapeur d'eau en fonction de la température de l'air. Lorsque cette quantité maximale est atteinte, on dit que l'air est saturé.

La saturation peut s'obtenir de 2 façons :

- par augmentation de la quantité de vapeur d'eau : forte pluie ou passage d'une masse d'air sur une mer

- par abaissement de la température à pression constante (température à laquelle apparaît la saturation, Td : température du point de rosée) ou par soulèvement d'une particule entraînant une diminution de la pression à laquelle elle est soumise, donc de la température (la température correspondante est appelée température du point de condensation).

La température du point de condensation est différente de celle du point de rosée.

Stabilité, instabilité

L'air est très mauvais conducteur de la chaleur, les variations de température d'une particule d'air non nuageux qui se déplace ne sont dues qu'aux détentes ou compressions qu'elles subit dans son déplacement. Ces transformations sans échanges de chaleur avec l'extérieur sont appelées transformations adiabatiques.

Une particule d'air nuageux subissant un soulèvement se refroidira moins qu'une particule d'air non nuageux subissant la même transformation.

Transformation adiabatique saturée : une particule d'air nuageux, au cours d'un soulèvement, subit une détente, d'où un refroidissement (de 3°C par exemple), et la condensation d'une partie de la vapeur qu'elle contient, d'où un réchauffement (de 1.3°C par exemple). A l'état final, la particule sera refroidie de 1.7°C.

L'atmosphère est une successsion de couches stables et instables.

La stabilité

Une particule qui est soulevée subit un refroidissement adiabatique. On dit qu'il y a stabilité ou que la tranche d'air est stable si sa nouvelle température est inférieure à celle de l'air ambiant. La particule sera alors plus lourde et redescendra à sa position initiale. Une couche stable empêche le déplacement vertical des particules.

L'instabilité

Une particule soulevée qui se retrouve dans un air ambiant plus froid qu'elle va continuer son ascension jusqu'a ce qu'elle rencontre un air ambiant à la même température ou plus chaud.

La masse volumique de l'air

C'est la masse d'air contenue dans un volume d'un mètre cube. Conditionne les performances de l'avion, notamment les performances au décollage et à atterrissage (voir manuel de vol).

L'atmosphère standard

L'atmosphère standard est un modèle d'atmosphère théorique dans lequel la température et la pression prennent des valeurs moyennes, en fonction de l'altitude. C'est une référence qui permet au pilote de se faire une idée de l'état de l'atmosphère en la comparant à l'atmosphère théorique.

Altitude (ft)

Pression (hPa)

Température (°C)

0

1013.25 hPa

+15

37000

217

-56.5

Au niveau de la mer, température : 15 °C, pression : 1013,25 hPa

Température

On observe un abaissement continu de 2°/1000 ft ou 6°5/1000 m jusqu'à –56.5°C à 11000 m.

Pression

On observe également un abaissement continu mais non constant.

La courbe de l'atmosphère standard

La courbe de l'atmosphère standard

Une variation de pression de 1 hPa dans les basses couches de l'atmosphère, équivaut à une variation de 28 pieds d'altitude, alors que vers 30 000 pieds, 1 hPa correspond à 92 pieds de variation d'altitude.

Les masses d'air et le vent

Le rayonnement solaire reçu sur la terre varie avec la latitude. De plus, les océans humidifient l'air alors que les continents ont tendance à l'assécher. La rotation de la terre engendre un déplacement des masses d'air vers l'est ou l'ouest selon leur latitude.

Masse d'air

Portion étendue de l’atmosphère dont les propriétés physiques, et notamment la température et l’humidité, sont relativement homogènes et ne présentent donc que des différences faibles et continues dans l’horizontale. Elle peut s’étendre sur de vastes zones et sont généralement classées d’après :

- l’origine (masse d’air pôlaire, arctique, tropicale, ...)

- la nature de la surface sous-jacente (masse d’air maritime ou continentale)

- la stabilité hydrostatique (masse d’air stable ou instable).

Vent

Mouvement de l’air par rapport à la surface terrestre. Sauf indication contraire, seule la composante horizontale est prise en considération. On le caractérise par la direction d’où il souffle (mesurée par une girouette), et par sa force ou sa vitesse (mesurée par un anémomètre en noeuds 1 m/s = 2kt). Chaque bande de tissu de la manche à air représente 5 kt.
En météorologie, la vitesse du vent communiquée est souvent une moyenne sur 1 minute (« sustained wind ») pour les mesures cycloniques notamment, sur 2 minutes pour le vent dit « aéronautique », sur 10 minutes pour le vent dit « synoptique ».

On peut compléter l’information sur la vitesse du vent en fournissant la valeur instantanée maximale durant la période considérée (rafale).

 

représentation de la force et de la vitesse du vent

Représentation de la force et de la direction du vent

Les perturbations et les fronts

Perturbation

De façon générale, on désigne par perturbation tout phénomène météorologique engendrant une dégradation du temps. Sous les latitudes tempérées, est employé pour désigner l'ensemble front chaud, secteur chaud, front froid et éventuellement occlusion. On l'utilise aussi pour désigner la zone nuageuse associée à cet ensemble, voire même la zone nuageuse associée à un front froid isolé.

Les ondulations du front polaire évoluent dans le temps :

  • Stade 1 : l'air chaud (tropical) est généralement soulevé au-dessus de l'air froid (polaire); les masses d'air ont un mouvement de rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre

  • Stade 2 : l'ondulation et la rotation des masses d'air s'amplifient; il y a création d'une dépression; on distingue le front froid (représentée par des triangles ou un trait bleu) de la perturbation dans lequel l'air froid se glisse sous l'air chaud et le soulève du front chaud (représentée par des demi-cercles ou un trait rouge) dans lequel l'air chaud pousse l'air froid situé devant lui, mais est soulevé en même temps (il est plus léger)

  • Stade 3 : l'air froid se déplace plus vite que l'air chaud, il va rattraper l'air chaud et le rejeter en altitude, c'est l'occlusion (représentée par l'alternance des 2 symboles précédents ou un trait violet); l'occlusion s'enroule souvent autour du centre dépressionnaire en formant un vortex (ou spirale)

  • Stade 4 : le secteur chaud (zone où l'air chaud est en contact avec le sol) occupe une surface de plus en plus petite : c'est la fin de la perturbation

Front

Le front est une surface de séparation entre deux masses d'air de caractéristiques thermiques (température, humidité) différentes.Le front est généralement marqué par une zone nuageuse. Il existe deux grands types de fronts : le front chaud et le front froid.

Le front chaud est une limite de masse d’air précédemment froide, remplacée par de l’air chaud et plus humide. Le front froid est une limite de masse d’air précédemment chaude et remplacée par de l’air froid et plus sec.

Aux latitudes moyennes, deux masses d'air coexistent : une masse d'air d'origine polaire, sèche et froide et une masse d'air d'origine tropicale, humide et chaude. La limite entre ces deux masses d'air est appelée front polaire. Elle n'est pas rectiligne et subit des ondulations qui vont générer des perturbations sur l'Europe de l'Ouest.

Au passage d'une perturbation on observe :

  • la tête : voile de cirrus envahissant progressivement le ciel, les nuages deviennent de plus en plus épais, la visibilité est bonne

  • le corps pluvieux : le ciel est gris et bas avec des précipitations (mauvaise visibilité), la température est en hausse et la pression en baisse, il y a une légère rotation du vent au passage du front chaud

  • le secteur chaud : il y a des nuages bas du type stratus ou du brouillard (hiver) avec de la bruine, la visibilité est médiocre

  • un autre corps pluvieux : le ciel est gris et bas avec des précipitations (mauvaise visibilité), la température est en baisse et la pression en hausse, il y a rotation du vent au passage du front froid

  • la traîne : elle est caractérisée par des nuages du type Cu et Cb bien séparés les uns des autres, accompagnés d'averses (pluie ou neige, bonne visibilité)

Les nuages

La morphologie du nuages dépend principalement :

- de son altitude (entre 0 et 36 000 ft sous nos latitudes) : elle détermine sa température donc sa composition (gouttelettes d'eau, cristaux de glace ou les 2)

- de son mode de formation : en atmosphère instable, le nuage présentera des formes très nettes, sa dénomination comportera le mot cumul alors qu'en atmosphère stable, il aura une forme allongée, un aspect flou, des contours diffus, sa base sera souvent mal définie, sa dénomination comportera le mot strat.

Les courants ascendants sous le nuage ainsi que les courants descendants autour de lui peuvent provoquer une gêne.

Préfixe

description

Cirro

nuages constitués de cristaux de glace, leur base est approximativement située au-dessus de 6 km de hauteur

Alto

nuages constitués de cristaux de glace et de gouttelettes d’eau liquide (qui peuvent être à température négative : surfusion), leur base est située entre 2 et 6 km de hauteur

Nimbus

nuages de grande épaisseur caractéristiques des précipitations et du mauvais temps, leur base est comprise entre 0 et 2 km

Pas de préfix

nuages constitués de gouttelettes d’eau, leur base est située entre le sol et 2 km de hauteur

Le prefix des nuages

Terminaison

description

Stratus

forme soudée, étalée en couches superposées

Cumulus

forme isolée, non soudée, aspect choux fleur ou amas nuageux

Nimbus

nuages de grande épaisseur caractéristiques des précipitations et du mauvais temps, leur base est comprise entre 0 et 2 km

La terminaison des nuages

 

Nom du nuage

Altitude (ft)

Aspect

Stabilité

pluie continue

neige continue

bruine continue

averse pluie

averse neige

grêle

grésil

AS

Altostratus

entre 6000 et 20000

nappes, aspect uniforme ne laissant voir que rarement le soleil

stable

 

+

+

       

NS

nimbostratus

grande extension verticale

base très sombre, souvent accompagné de SC St. Nuage typique de longues journées pluvieuses

stables

+

+

         

SC

stratus

< 6000

bancs, nappes ou couches, gris ou blanchâtre, certaines parties plus épaisses ou plus sombres

stable

 

+

+

+

     

St

Stratus

< 6000

souvent très bas, semblables à du brouillard ne reposant pas sur le sol, DANGEREUX

stables

   

+

       

Cu

Cumulus

grande extension verticale

nuages séparés à contours bien délimités se développant verticalement en forme de choux-fleurs. Parties éclairées par le soleil : blanc éclatant, base : sombre et horizontale

instables

     

+

+

 

+

Cb cumulonimbus

grande extension verticale

forme de montagne ou d’énormes tours. Parties sup : forme d’enclume. Base : souvent doublée de nuages bas et déchiquetés

     

+

+

+

+

 

AC

Altocumulus

entre 6000 et 20000

Stables : nappes, bancs ou couches grises ou blanches. Eléments en forme de galets, lamelles ou rouleaux. Instables : bourgeonnements en forme de tours ou de flocons cumuliformes. Ils sont alors pré-orageux

stables

et

instables

+

+

         

Ci

cirrus

> 20000

filaments, épaisseur faible, ne cachent jamais le soleil complètement

stables

             

CC

cirrocumulus