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2011 Formation en météorologie Références principales Malardel 2009. Fondamentaux cd Météorologie, ch 19 Ahrens 2009, Meteorology Today, pp. 287-313.

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1 2011 Formation en météorologie Références principales Malardel Fondamentaux cd Météorologie, ch 19 Ahrens 2009, Meteorology Today, pp

2 Table de matières Les masses dair et les fronts Les masses dair et les fronts Les masses dair en Amérique du Nord Les masses dair en Amérique du Nord Les systèmes météorologiques Les systèmes météorologiques Les fronts et le temps associé Les fronts et le temps associé Fronts froids Fronts froids Fronts chauds Fronts chauds Fronts stationnaires Fronts stationnaires Fronts occlus Fronts occlus

3 L'observation et l'analyse des conditions atmosphériques mettent en évidence des variations parfois brusques des divers éléments météorologiques : Rotation soudaine des vents; Rotation soudaine des vents; Variation importante et rapide de la température; Variation importante et rapide de la température; Bouleversement rapide du type de temps, par exemple passage d'un temps froid et sec à un temps doux et humide … etc.… Bouleversement rapide du type de temps, par exemple passage d'un temps froid et sec à un temps doux et humide … etc.… Pour interpréter ces phénomènes, on admet que l'atmosphère n'est pas une masse de fluide homogène, mais un ensemble de grandes masses d'air, plus au moins individualisées, plus au moins homogènes en elles- mêmes, séparées les unes des autres par des zones de transition, parfois abruptes, qui peuvent être assimilées à des discontinuités. Variabilité des conditions météorologiques

4 Masses dair et régions sources Une masse d'air est un concept utile dans les latitudes moyennes et correspond à une grande étendue horizontale d'atmosphère où les caractéristiques de température et d'humidité sont similaires. Une masse d'air est un concept utile dans les latitudes moyennes et correspond à une grande étendue horizontale d'atmosphère où les caractéristiques de température et d'humidité sont similaires. Elle couvre plusieurs millions de kilomètres carrés. Elle couvre plusieurs millions de kilomètres carrés. En bonne partie, la prévision du temps à nos latitudes consiste à diagnostiquer et catégoriser les masses dair du jour et à prévoir leur mouvement et leurs interactions le long du front polaire. En bonne partie, la prévision du temps à nos latitudes consiste à diagnostiquer et catégoriser les masses dair du jour et à prévoir leur mouvement et leurs interactions le long du front polaire. SCA Introduction à la météorologie4

5 Masses dair et régions sources Régions source dune masse dair Régions source dune masse dair Surfaces relativement plates et de composition uniforme Surfaces relativement plates et de composition uniforme Vents faibles Vents faibles 5 Des bonnes régions source de masses d'air sont donc les plaines de l'arctique recouvertes de neige et les océans aux latitudes tropicales et équatoriales. Les masses d'air interagissent aux latitudes moyennes le long du front polaire.

6 Une masse d'air cP extrêmement froid (au-delà de 60° de latitude) est parfois identifiée par cA (air continental arctique), en réservant l'appellation cP pour de l'air entre 40° et 60° de latitude. Une masse d'air cP extrêmement froid (au-delà de 60° de latitude) est parfois identifiée par cA (air continental arctique), en réservant l'appellation cP pour de l'air entre 40° et 60° de latitude. Une masse d'air mT extrêmement chaud et humide est parfois indiqué par mE (air maritime équatorial). Une masse d'air mT extrêmement chaud et humide est parfois indiqué par mE (air maritime équatorial). Les masses d'air en mouvement : Les masses d'air en mouvement : Si une masse d'air est plus froide que la surface en dessous, un "k" est ajouté. Si une masse d'air est plus froide que la surface en dessous, un "k" est ajouté. Si une masse d'air est plus chaude que la surface en dessous, un "w" est ajouté. Si une masse d'air est plus chaude que la surface en dessous, un "w" est ajouté. Types de masses d'air Région sourcePolaireTropicale continentalecP (froid, sec et stable)cT (chaud, sec, stable en altitude et instable en surface) maritimemP (frais, humide et instable) mT (tiède, humide et généralement instable)

7 Distribution globale de masses d'air

8 Masse d'air stable, froid et sec qui se forme sur le nord du Canada et l'Alaska. Éventuellement elle descend vers le sud des E.U. pour atteindre le golfe du Mexique et la Floride où elle cause le gel des cultures. Masse d'air stable, froid et sec qui se forme sur le nord du Canada et l'Alaska. Éventuellement elle descend vers le sud des E.U. pour atteindre le golfe du Mexique et la Floride où elle cause le gel des cultures. Elle produit de la neige par effet de lac lorsqu'elle passe dans la région des Grands Lacs. Elle produit de la neige par effet de lac lorsqu'elle passe dans la région des Grands Lacs. Elle ne traverse généralement pas les Rocheuses. De la précipitation par soulèvement orographique est typique à l'est des Rocheuses lors de son passage vers le sud. Elle ne traverse généralement pas les Rocheuses. De la précipitation par soulèvement orographique est typique à l'est des Rocheuses lors de son passage vers le sud. En été elle porte du soulagement dans les régions où l'air est chaud et humide. En été elle porte du soulagement dans les régions où l'air est chaud et humide. Masse d'air continental polaire/arctique

9 Image satellitaire visible montrant la modification de la masse dair continentale polaire pendant son déplacement au-dessus du golf du Mexique et de locéan Atlantique.

10 Elle se forme en Asie comme masse d'air cP. Elle se forme en Asie comme masse d'air cP. Elle tend à être instable. Elle tend à être instable. Elle produit de fortes pluies lors de son passage sur les montagnes de la côte ouest. Elle produit de fortes pluies lors de son passage sur les montagnes de la côte ouest. Elle est modifiée avant d'arriver à l'intérieur du continent où elle est plus douce qu'une masse d'air cP. Elle est modifiée avant d'arriver à l'intérieur du continent où elle est plus douce qu'une masse d'air cP. Masse d'air maritime polaire - Côte ouest

11 Masse d'air maritime polaire - Côte est Elle n'est pas aussi courante que les masses d'air mP de la côte ouest. Elle n'est pas aussi courante que les masses d'air mP de la côte ouest. Elle est plus froide que les masses d'air mP de la côte ouest. Elle est plus froide que les masses d'air mP de la côte ouest. Elle est associée à une circulation attribuable à un anticyclone au nord de nos latitudes ou à une dépression au sud qui longe la côte. Elle est associée à une circulation attribuable à un anticyclone au nord de nos latitudes ou à une dépression au sud qui longe la côte.

12 Elle se forme principalement dans le golfe du Mexique et dans l'Atlantique Ouest, et affecte les deux tiers de l'est du continent. Elle se forme principalement dans le golfe du Mexique et dans l'Atlantique Ouest, et affecte les deux tiers de l'est du continent. Elle se forme aussi dans le Pacifique Est lors de la mousson d'été. Elle se forme aussi dans le Pacifique Est lors de la mousson d'été. Air tiède, humide et instable. Air tiède, humide et instable. Elle est confinée dans le sud des E.U. en hiver. Elle est confinée dans le sud des E.U. en hiver. Source importante d'humidité, elle alimente toute l'année les orages. Source importante d'humidité, elle alimente toute l'année les orages. Masse d'air maritime tropical

13 An infrared satellite image that shows maritime tropical air (heavy yellow arrow) moving into northern California on January 1, The warm, humid airflow (sometimes called The pineapple express) produced heavy rain and extensive flooding in northern and central California. Masse dair maritime tropical

14 Masse d'air continental tropical Elle se forme dans le nord du Mexique et dans les régions désertiques du SO des E.U. Elle se forme dans le nord du Mexique et dans les régions désertiques du SO des E.U. Air chaud, sec, instable dans les bas niveaux, stable en altitude. Air chaud, sec, instable dans les bas niveaux, stable en altitude. La démarcation entre les masses d'air cT et mT atlantique est appelée la ligne sèche. La démarcation entre les masses d'air cT et mT atlantique est appelée la ligne sèche. La ligne sèche est fréquemment observée dans les données de surface et satellite et correspond à un endroit idéal pour la formation d'orages. La ligne sèche est fréquemment observée dans les données de surface et satellite et correspond à un endroit idéal pour la formation d'orages.

15 Les systèmes météorologiques aux latitudes moyennes redistribuent l'énergie dans l'atmosphère. Les systèmes météorologiques aux latitudes moyennes redistribuent l'énergie dans l'atmosphère. Ils sont les principaux artisans de la météo. Ils sont les principaux artisans de la météo. L'étude de ces systèmes météorologiques a vu le jour suite à un désastre maritime survenu lors de la guerre de Crimée (1854). Napoléon III demanda à l'astronome français Le Verrier si on aurait pu prévoir cette tempête. L'étude de ces systèmes météorologiques a vu le jour suite à un désastre maritime survenu lors de la guerre de Crimée (1854). Napoléon III demanda à l'astronome français Le Verrier si on aurait pu prévoir cette tempête. Les systèmes météorologiques aux latitudes moyennes

16 Ils ont été l'objet d'études extensives du groupe de scientifiques à Bergen, Norvège (Vilhelm et Jakob Bjerknes, Halvor Solberg, et Tor Bergeron). Ils ont été l'objet d'études extensives du groupe de scientifiques à Bergen, Norvège (Vilhelm et Jakob Bjerknes, Halvor Solberg, et Tor Bergeron). C'est dans les années 1920 que ce groupe de scientifiques développa la théorie du front polaire pour décrire la formation et l'évolution des systèmes aux latitudes moyenne. C'est dans les années 1920 que ce groupe de scientifiques développa la théorie du front polaire pour décrire la formation et l'évolution des systèmes aux latitudes moyenne. Les systèmes météorologiques aux latitudes moyennes

17 Les fronts correspondent à la zone de transition entre deux masses d'air. Les fronts correspondent à la zone de transition entre deux masses d'air. Les deux masses d'air sont de densité différente car elles sont caractérisées par des températures et humidités différentes. Les deux masses d'air sont de densité différente car elles sont caractérisées par des températures et humidités différentes. Les fronts ont une extension horizontale et verticale. La zone de transition peut être de 1 à 100 km de largeur. Les fronts ont une extension horizontale et verticale. La zone de transition peut être de 1 à 100 km de largeur. Définition de front Types de fronts à la grande échelle : Types de fronts à la grande échelle : Fronts froids Fronts chauds Fronts occlus Fronts stationnaires

18 2009, Meteorology Today Modèle de circulation atmosphérique à trois cellules : Hadley, Ferrel et polaire

19 a)La moindre perturbation (ondulation) qui se forme dans le front polaire peut représenter un cyclone en devenir. Onde cyclonique en développement Cyclogenèse : la théorie du front polaire

20 b)Il faut entre 12 et 24 heures pour qu'une onde cyclonique se développe complètement. Elle consiste de : un front chaud se déplaçant vers le N-E, un front chaud se déplaçant vers le N-E, un front froid se déplaçant vers le S-E, un front froid se déplaçant vers le S-E, une région appelée le "secteur chaud" entre le front chaud et froid, une région appelée le "secteur chaud" entre le front chaud et froid, un centre dépressionnaire dont la pression diminue d'avantage avec le temps, un centre dépressionnaire dont la pression diminue d'avantage avec le temps, un chevauchement d'air chaud sur le front chaud, un chevauchement d'air chaud sur le front chaud, l'air froid qui déferle vers le sud derrière le front froid, l'air froid qui déferle vers le sud derrière le front froid, Secteur chaud Onde cyclonique mature Cyclogenèse : la théorie du front polaire

21 précipitation étendue en avant du front chaud, précipitation étendue en avant du front chaud, une bande étroite de précipitation le long du front froid, une bande étroite de précipitation le long du front froid, la vitesse des vents qui augmente à mesure que la pression centrale diminue (l'énergie potentielle disponible se transforme en énergie cinétique) et la vitesse des vents qui augmente à mesure que la pression centrale diminue (l'énergie potentielle disponible se transforme en énergie cinétique) et la formation du nuage et de la précipitation qui génère aussi de l'énergie pour la tempête à mesure que la chaleur latente est dégagée. la formation du nuage et de la précipitation qui génère aussi de l'énergie pour la tempête à mesure que la chaleur latente est dégagée. b)Elle consiste de (suite) : Secteur chaud Onde cyclonique mature Cyclogenèse : la théorie du front polaire

22 Les régions ombragées indiquent la présence d'un couvert nuageux et les raisons du soulèvement de l'air. Les régions ombragées indiquent la présence d'un couvert nuageux et les raisons du soulèvement de l'air. Les chiffres donnent une probabilité approximative de précipitation. Les chiffres donnent une probabilité approximative de précipitation. Onde cyclonique mature Soulèvement par convergence Soulèvement chevauchement (instabilité) Soulèvement par convergence Soulèvement local si lair est instable

23 c)Puisque le front froid se déplace rapidement vers l'est, le système commence à se refermer. C'est à ce moment que la dépression est dans la phase la plus intense. C'est à ce moment que la dépression est dans la phase la plus intense. Un front occlus s'étire en surface à partir du centre de la dépression. Un front occlus s'étire en surface à partir du centre de la dépression. On appelle "point triple d'occlusion" l'endroit où le front occlus rencontre les fronts froid et chaud. On appelle "point triple d'occlusion" l'endroit où le front occlus rencontre les fronts froid et chaud. Occlusion partielle Cyclogenèse : la théorie du front polaire

24 d)Le secteur chaud se contracte à mesure que le système se ferme. La dépression a utilisé la majeure partie de l'énergie disponible et se dissipe. La dépression a utilisé la majeure partie de l'énergie disponible et se dissipe. Toute l'énergie potentielle disponible a été utilisée et l'énergie cinétique s'est dissipée en turbulence - la production de nuages et précipitation a diminué. Toute l'énergie potentielle disponible a été utilisée et l'énergie cinétique s'est dissipée en turbulence - la production de nuages et précipitation a diminué. L'air du secteur chaud a été soulevé et l'air froid est en surface : la situation est devenue stable. L'air du secteur chaud a été soulevé et l'air froid est en surface : la situation est devenue stable. Occlusion avancée Cyclogenèse : la théorie du front polaire

25 a) Front stationnaire b) Onde frontale c) Onde ouverte (cyclone) d) Cyclone mature e) Occlusion f) Le cyclone se détache Début et fin dune perturbation frontale

26 Zone de transition entre de l'air plus chaud, plus humide, instable (habituellement de type mT) et de l'air plus froid, plus sec, plus stable (habituellement de type cP) qui avance. Zone de transition entre de l'air plus chaud, plus humide, instable (habituellement de type mT) et de l'air plus froid, plus sec, plus stable (habituellement de type cP) qui avance. Positionnement des fronts froids : Positionnement des fronts froids : Limite avancée des variations brusques de température. Limite avancée des variations brusques de température. Changements drastiques de l'humidité (point de rosée). Changements drastiques de l'humidité (point de rosée). Variation des vents (direction et intensité). Variation des vents (direction et intensité). Creux de pression. Creux de pression. Fronts froids Image from Meteorology Today by C. Donald Ahrens © 1994 Le temps associé : Le temps associé : Du temps fréquemment nuageux, avec averses ou orages parfois violents. Du temps fréquemment nuageux, avec averses ou orages parfois violents.

27 L'air chaud devant le front froid est soulevé au dessus de la zone de transition. L'air chaud devant le front froid est soulevé au dessus de la zone de transition. Des averses/orages violents peuvent se développer dans la zone de transition. Des averses/orages violents peuvent se développer dans la zone de transition. Des cirrus (Ci) et cirrostratus (Cs) transportés par les vents en altitude anticipent l'arrivée de la zone frontale. Des cirrus (Ci) et cirrostratus (Cs) transportés par les vents en altitude anticipent l'arrivée de la zone frontale. La base du nuage est généralement plus basse après la zone de transition. La base du nuage est généralement plus basse après la zone de transition. Derrière la zone de transition, l'air est plutôt sec avec très peu de nuages. Derrière la zone de transition, l'air est plutôt sec avec très peu de nuages. La zone de transition est abrupte et penchée vers l'air froid. La zone de transition est abrupte et penchée vers l'air froid. Vue en coupe verticale d'un front froid *http://apollo.lsc.vsc.edu/classes/met130/notes/chapter11 /graphics/59_Cold_Front/59.html La vitesse moyenne d'avancement du front est de nœuds. La vitesse moyenne d'avancement du front est de nœuds. Les fronts peuvent s'affaiblir - Frontolyse, mais Les fronts peuvent s'affaiblir - Frontolyse, mais Une augmentation du gradient de température peut les intensifier - Frontogenèse. Une augmentation du gradient de température peut les intensifier - Frontogenèse.

28 Avant le passagePendant le passageAprès le passage VentSud - sud ouestTurbulent; direction variableOuest - nord ouest TempératureTièdeDiminution abrupteDiminution uniforme PressionEn diminution uniforme Atteint le plancher pour augmenter brusquement Augmentation uniforme Nuages En augmentation : Ci, Cs et Cb CbCu PrécipitationAverse de courte durée Fortes pluies, parfois avec grêle, tonnerre et foudre Averses et ensuite des éclaircies Visibilité De faible à très faible dans la brume Très faible, suivit d'une amélioration Bonne, à l'exception dans les averses Point de roséeÉlevé; reste stationnaireDiminution abrupteEn diminution Temps associé à un front froid

29 Zone de transition entre de l'air plus chaud, plus humide (habituellement du type mT) qui avance et de l'air plus froid et plus sec (habituellement du type mP) Zone de transition entre de l'air plus chaud, plus humide (habituellement du type mT) qui avance et de l'air plus froid et plus sec (habituellement du type mP) Front chaud froid chaud

30 Vue en coupe verticale d'un front chaud La vitesse moyenne d'avancement du front est de 10 nœuds. La vitesse moyenne d'avancement du front est de 10 nœuds. Des nuages sont formés par soulèvement de l'air. Des nuages sont formés par soulèvement de l'air. La pente de la zone de transition est bien plus douce que celle des fronts froids La pente de la zone de transition est bien plus douce que celle des fronts froids Les nimbo-stratus dans la zone de transition produisent de la précipitation étendue. Les nimbo-stratus dans la zone de transition produisent de la précipitation étendue. *

31 Avant le passage Pendant le passage Après le passage VentSud - sud estVariableSud - sud ouest TempératureFroid-frais, léger réchauffement En augmentation uniforme Plus chaud, ensuite stationnaire PressionGénéralement en diminution Atteint le plancher Légère augmentation, suivie d'une diminution Nuages Dans l'ordre suivant : Ci, Cs, As, Ns, St, et brouillard; parfois du Cb en été De type stratiforme Dégagement avec du Sc épars; parfois du Cb en été Précipitation Pluie de faible à modéré, neige, neige fondante ou bruine; parfois des orages en été Bruine ou pas de précipitation En général pas de précipitation, parfois faible pluie ou averses VisibilitéFaible Faible, mais en s'améliorant Acceptable dans la brume Point de roséeEn augmentation uniformeStationnaire En augmentation, ensuite stationnaire Temps associé à un front chaud

32 Ils ne bougent pratiquement pas. Ils ne bougent pratiquement pas. Ils sont indiqués avec une suite alternée de symboles de front froid et chaud. Ils sont indiqués avec une suite alternée de symboles de front froid et chaud. Le temps associé : Le temps associé : Du temps clair ou partiellement nuageux ou nuageux, des précipitations faibles. Du temps clair ou partiellement nuageux ou nuageux, des précipitations faibles. Habituellement il n'y a pas de temps violent associé Habituellement il n'y a pas de temps violent associé Fronts stationnaires Si le front stationnaire illustré à droite commence à se déplacer vers le nord il devient un front chaud, s'il se déplace vers le sud il devient un front froid. Si le front stationnaire illustré à droite commence à se déplacer vers le nord il devient un front chaud, s'il se déplace vers le sud il devient un front froid. Front stationnaire Air froid Air chaud

33 Les fronts froids se déplacent plus rapidement que les fronts chauds. Quand un front froid rattrape un front chaud on forme alors un front occlus ou occlusion. Les fronts froids se déplacent plus rapidement que les fronts chauds. Quand un front froid rattrape un front chaud on forme alors un front occlus ou occlusion. Le temps associé est semblable à celui dun front. Le temps associé est semblable à celui dun front. Cest le début de la fin… Cest le début de la fin… Fronts occlus Front occlus Masse dair froid et sec Masse dair frais Masse dair chaud et humide Front froid Front chaud

34 Occlusion

35 Types de masses d'air 35SCA-2611 Introduction à la météorologie Exemple : Une masse d'air cP qui se déplace sur les Grands Lacs en décembre se modifie et devient cPk.

36 Occlusions froides C'est comme si le front froid soulevait le front chaud par-dessus l'air froid. C'est comme si le front froid soulevait le front chaud par-dessus l'air froid. Lorsqu'une occlusion froide approche, le temps associé est semblable à celui d'un front chaud. Lorsqu'une occlusion froide approche, le temps associé est semblable à celui d'un front chaud. Une fois l'occlusion passée, le temps est semblable à celui associé à un front froid. Une fois l'occlusion passée, le temps est semblable à celui associé à un front froid. Le front occlus froid est le type d'occlusion qui se produit plus fréquemment. Le front occlus froid est le type d'occlusion qui se produit plus fréquemment.

37 Occlusions chaudes C'est comme si l'air du front froid n'était pas assez dense pour soulever l'air du secteur froid du front chaud et monte par-dessus le front chaud. C'est comme si l'air du front froid n'était pas assez dense pour soulever l'air du secteur froid du front chaud et monte par-dessus le front chaud. Le front froid en altitude anticipe l'arrivée de l'occlusion chaude en surface. Le front froid en altitude anticipe l'arrivée de l'occlusion chaude en surface.


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