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Définitions Observation et mesures en surface en altitude Description aéronautique décollage et atterrissage aérodrome Le mouvement horizontal Les forces.

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1 Définitions Observation et mesures en surface en altitude Description aéronautique décollage et atterrissage aérodrome Le mouvement horizontal Les forces pression et Coriolis le frottement Le vent géostrophique équation avec une carte d ’isobares application avec une carte d ’isohypses application mise en mouvement règles de Buys-Ballot LE VENT Influence du frottement évolution du vent dans la couche limite au voisinage de la dépression au voisinage de l’anticyclone Evolution verticale du vent à partir d'une situation moyenne dans la troposphère dans la stratosphère Le vent thermique définition relation vectorielle résumé Influence de la courbure : la force centrifuge trajectoire cyclonique trajectoire anticyclonique exemple Le vent cyclostrophiqueQUITTER

2 Première diapositive 2 Définitions (1/2) Mouvement de l’air par rapport à la surface terrestre –u composante zonale suivant un parallèle, >0 vers l’est –v composante méridienne, >0 vers le nord géographique –w composante verticale, >0 vers le haut w << (u,v) à partir de l’échelle synoptique, le mouvement de l’air est résumé, très souvent par la seule composante horizontale qu’on appelle le vent Vent : mouvement horizontal de l'air par rapport à la surface terrestre

3 Première diapositive 3 Définitions (2/2) direction –d’où vient le vent par rapport au nord géographique –exprimée en secteurs ou degrés sur des roses des vents de 4, 8, 16, 18 ou 36 directions vitesse (force ou intensité) –exprimée en m/s, kt ou km/h –1 kt = 1 NM/heure = 1852 m/3600s  0,5 m/s –1 m/s = 3,6 km/h # 2 kt rose de 8 directions N 360° NE 045° NO 315° O 270° E 090° SO 225° SE 135° S 180° NgNg 50 kt 10 kt 5 kt 300°/65 kt 300° SO 225°

4 Première diapositive 4 V instantané(0,5s) Observations et mesures (1/2) –l’enregistrement continu : de la vitesse et de la direction instantanées (calculées sur 0,5s toutes les 0,5s) h = 6 à 10 m En surface –pylône instrumenté capteur de direction : la girouette (18 ou 36 directions) capteur de vitesse : l’anémomètre (1 tour/seconde = 1m/s) HH-10’H-2’ V ma x V mi n V 10' V 2' de la vitesse et de la direction moyennées (calculées sur 2 et 10 mn toutes les mn) extrema de vent (direction et vitesse) sur une période de 10 mn réactualisés toutes les minutes

5 Première diapositive 5 En altitude : mesure de l’entraînement d’un objet par le mouvement atmosphérique –un ballon suivi par radar, par satellite (GPS), par système de navigation (Loran, Oméga…) –un nuage suivi par satellite –un aérosol qui réfléchit le rayonnement électromagnétique (le Lidar) –une signature «turbulente» caractéristique entraînée par le vent (profileurs) –un aéronef Observations et mesures (2/2) V S = V P + V W

6 Première diapositive 6 (*) ou à partir d’une discontinuité marquéediscontinuité marquée Description aéronautique du vent de surface (1/2) Pour le décollage et l’atterrissage : conditions de vent relatives à une hauteur de 6 à 10 m le long de la piste (capteurs additionnels) –direction et vitesse moyennes sur 2 minutes –extrema de vitesse au cours des 10 dernières minutes (*) lorsque la variation par rapport à la vitesse moyenne est d’au moins 10 kt –extrema de direction au cours des 10 dernières minutes (*) lorsque la variation totale est supérieure ou égale à 60°

7 Première diapositive 7 (*) ou à partir d’une discontinuité marquéediscontinuité marquée Résumé de la description du ventdescription du vent Description aéronautique du vent de surface (2/2) Pour l’ensemble de l’aérodrome : conditions de vent relatives à une hauteur de 6 à 10 m au-dessus de l’ensemble du réseau de pistes –direction et vitesse moyennes sur 10 minutes (*) –maximum de vitesse au cours des 10 dernières minutes (*) lorsque la variation par rapport à la vitesse moyenne est d’au moins 10 kt –extrema de direction au cours des 10 dernières minutes (*) lorsque la variation totale est supérieure ou égale à 60°

8 Première diapositive 8 Equation du mouvement horizontal Le mouvement horizontal -2  Z  V H +F H dV H dt = grad H P  - dV H dt grad H P  - F PH = -2  Z  V H F CH = FHFH La force de pression La force de frottement L'accélération horizontale La force de Coriolis

9 Première diapositive 9 Les forces (1/2) La force de pression La force de Coriolis –  vitesse de rotation de la terre = 7, s -1 –  latitude –on appelle f = 2. .sin  le paramètre de Coriolis F PH =   L 1  P DA grad H P F PH grad H P  - F PH = -2 .sin .(k  V H ) F CH = 2 .sin .V H F CH = H VHVH k F CH (HN) –perpendiculaire aux isobares –dirigée vers les basses pressions –perpendiculaire au vecteur vitesse –dirigée à droite du vecteur vitesse dans l’hémisphère nord

10 Première diapositive 10 Les forces (2/2) La force de frottement –intervient dans la couche limite de surface (500/1500m) –négligeable au-dessus de 500/1500m (atmosphère libre) L’accélération horizontale –en première approximation peut être considérée comme négligeable

11 Première diapositive 11 Le vent géostrophique : équation Hypothèses –mouvement horizontal –pas de frottement (h > 500/1500m) –pas d’accélération (mouvement rectiligne uniforme)  Equilibre entre la force de pression et la force de Coriolis F PH + F CH = 0 grad H P  - - f(k  V g ) = 0  V g = 1 ff (k  grad H P)

12 Première diapositive 12 P P+  P H ll Unités –  P : Pa –  l : m –  : kg.m -3 – f : rd.s -1 – V g : ms -1 Le vent géostrophique : carte d’isobares –parallèle ou tangent aux isobares –laisse les hautes pressions sur sa droite (HN) F PH V g (HN) F CH VgVg V g =  f  L 1  P

13 Première diapositive 13 Le vent géostrophique : application Latitude telle que f=10 -4 (latitude tempérée) :  # 1kg/m 3  P = 1 à 5 hPa  l = 100 km Ng 45°N 500 km Direction :270° Intensité :  V g = 10 à 50 m/s 500 1,2x2x7, xsin(45°) Vg=Vg= V g = 8 m/s

14 Première diapositive 14 Le vent géostrophique : carte d’isohypses Z Z+  Z P ll Unités –  Z : mgp –  l : m – f : rd.s -1 – V g : ms -1 –parallèle ou tangent aux isohypses –laisse les hautes valeurs sur sa droite (HN) grad H P = .9,8.grad P Z (k  grad P Z) 9,8 f  V g = V g (HN) grad P Z kVgVg 9,8 f ZZ ll V g =  à  donnée V g est proportionnel à la pente de la surface isobare ZZ ll = pente (P)

15 Première diapositive 15 Le vent géostrophique : application Latitude telle que f=9, (tempérée) NgNg 45°N 200 km hPa V g ( m.s -1 ) est égal à la pente de la surface isobare (mgp/100km) Changement d’unités et facteur D Direction :090 ° Intensité : 60 2x7, xsin(45°) ,8 Vg=Vg= V g = 30 m/s  Z (mgp)  l (100 km) V g =

16 Première diapositive la force horizontale de pression anime la particule 2- la force de Coriolis dévie la trajectoire de la particule 3- l’équilibre est atteint lorsque les deux forces sont égales et opposées H.N. D A P1 P2 P3 Mise en place de l’équilibre géostrophique F PH F CH D A P1 P2 P3 F PH VHVH VHVH D A P1 P2 P3 F PH F CH VgVg

17 Première diapositive 17 Règles de Buys Ballot le vent géostrophique est une bonne approximation du vent réel –hors de la couche de frottement –pour des latitudes supérieures à 20° –pour des trajectoires rectilignes H.N. H B Z1 Z2 Z3 Z1

18 Première diapositive 18 Influence du frottement D A P F PH + F CH + F fH = 0  V' H F PH - F PH F CH F fH VgVg V' H  HN

19 Première diapositive 19 Evolution du vent dans la couche limite atmosphérique Atmosphère libre CLACLA surface 500/1500 m isobare H.N. entre 50 et 500 m le vent se renforce avec la hauteur et tourne dans le sens des aiguilles d'une montre (HN) V 500 V 400 V 300 V 200 V 50 V 100 V 50 V 25 V 10 entre 0 et 50 m le vent se renforce avec la hauteur sans trop de rotation

20 Première diapositive 20 D z ASCENDANCE CIRCULATION CYCLONIQUE en surface  CONVERGENCE FABRICATION NUAGEUSE Influence du frottement Conséquence sur le mouvement vertical (1/2)

21 Première diapositive 21 A z CIRCULATION ANTICYCLONIQUE en surface  DIVERGENCE SUBSIDENCE DILUTION NUAGEUSE Influence du frottement Conséquence sur le mouvement vertical (2/2)

22 Première diapositive 22 Le vent géostrophique est lié à la pente des surfaces isobares (application à partir d’une répartition moyenne) Z P Pôle Nord Equateur P* (pente maxi) P1P1 P2P2 P3P3 P4P4 Equateur tropo Pôle tropo Z t Deux sondages effectués vers le pôle et vers l’équateur Vent max Evolution du vent le long de la verticale (1/3)

23 Première diapositive 23 Dans la troposphère les vents d’Ouest augmentent avec l’altitude les vents d'Est diminue avec l'altitude Evolution du vent le long de la verticale (2/3) Application à partir d’une répartition moyenne

24 Première diapositive 24 Evolution du vent le long de la verticale (3/3) Application à partir d’une répartition moyenne Dans la stratosphère les vents d’ouest diminuent avec l’altitude les vents d'Est augmentent avec l'altitude

25 Première diapositive 25 Le vent thermique (1/3) Définition : différence entre le vent géostrophique à un niveau supérieur et le vent géostrophique à un niveau inférieur V T = V gsup - V ginf Structure moyenne en température entre P inf et P sup P sup L isohypse H P inf L H.N. isohypse H V gsup V ginf Air froid Air chaud V T = V gsup - V ginf

26 Première diapositive 26 Le vent thermique (2/3) Relation vectorielle Or Z sup -Z inf = E = K.T m avec K=67,445.log(P inf /P sup ) (k  grad Pinf Z) 9,8 f V ginf = (k  grad Psup Z) 9,8 f V gsup = (k  grad(Z sup - Z inf )) 9,8 f V gsup - V ginf = (k  gradE) 9,8 f V t = (k  gradT m ) 9,8.K f = H.N. P inf P sup Tm+TmTm+Tm E+  E TmTm E E kVTVT gradT m

27 Première diapositive 27 Le vent thermique (3/3) Résumé Tm+TmTm+Tm E+  E TmTm E kVTVT gradT m [ gradE ] - parallèle ou tangent aux isothermes moyennes (ou isoépaisseurs) - laisse les hautes valeurs sur sa droite (HN) Unités –  E : mgp –  l : m – f : rd.s -1 – V g : ms -1 VTVT V T =  f  L 1  E

28 Première diapositive 28 Influence de la courbure (le vent du gradient 1/4) Trajectoire courbe  accélération normale à la trajectoire, pas d'accélération tangentielle - perpendiculaire à V - vers l’extérieur de la trajectoire - F cent = V 2 /R traj R traj = rayon de courbure de la trajectoire dt dV H dt dV H = ()N)N # 0 dt dV H = ()N)N  F PH + F CH  F PH + F CH + F cent = 0  Force centrifuge F cent

29 Première diapositive 29 Influence de la courbure (le vent du gradient 2/4) trajectoire cyclonique Le vent ("du gradient") est inférieur au vent géostrophique HN D R traj F PH F CH F cent VgVg V F CH + F cent = F PH f.V + = f.V g V2V2 R traj V - V g = - < 0 V2V2 f.R traj

30 Première diapositive 30 Influence de la courbure (le vent du gradient 3/4) trajectoire anticyclonique Le vent ("du gradient") est supérieur au vent géostrophique HN A R traj F PH + F cent = F CH f.V g + = f.V V2V2 R traj V g - V = - < 0 V2V2 f.R traj F PH F CH F cent VgVg V

31 Première diapositive 31 Influence de la courbure (le vent du gradient 4/4) Exemple1 : connaissance de V g et de R rayon de courbure de l’isohypse –on assimile la correction de courbure : latitude telle que f=10 -4 Vg calculé sur la carte : 20 ms -1 R isohypse mesuré : 1000 km Correction de courbure C trajectoire cyclonique V = = 16 ms -1 trajectoire anticyclonique V = = 24 ms -1 f.R traj V2V2 f.R isohypse V2gV2g à V2gV2g C = = = 4 m/s Exemple2 : connaissance de V et de R rayon de courbure de la trajectoire –calcul direct de la correction pour retrouver le vent géostrophique f.R traj V2V2

32 Première diapositive 32 Autres vents Le vent cyclostrophique : mouvement cyclonique de petite échelle à proximité de l’équateur (latitude faible mais non nulle) –force de Coriolis négligeable –équilibre entre la force de pression et la force centrifuge F PH + F cent = 0  F PH = F cent f.V g = V2V2 R traj  V = (f.R traj.V 2 g ) ½

33 Nouvelle période HH-2H-4H-6H-8H-10 Discontinuité du vent Grain accroissement brutal et momentanée de la vitesse du vent (vitesse initiale  6kt) de 16 kt au moins Discontinuité au cours d’une période de 10 mn  16kt  6kt qq.s 1mn Retour

34 Description aéronautique du vent (résumé) Information aérodrome Retour

35 Changement d’unités et facteur D Changement d’unités : Vg(kt),  Z(ft),  l(NM) Facteur D = Z v - Z p (altitude vraie - altitude pression) –par l’intermédiaire d’une radiosonde haute altitude, au dessus de la mer et à niveau de vol constant la mesure de deux facteurs D consécutifs permet d’avoir accès au  Z de la surface isobare –connaissant la distance air (respectivement distance sol) parcourue entre deux mesures, on obtient avec la formule du vent géostrophique, la composante du vent perpendiculaire au cap (respectivement à la route) Retour

36 LE VENT FIN Première diapositive


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