LE VENT Définitions Observation et mesures en surface en altitude

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1 LE VENT 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 mise en mouvement règles de Buys-Ballot 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 cyclostrophique QUITTER

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 Définitions (2/2) direction vitesse (force ou intensité)
rose de 8 directions N 360° NE 045° NO 315° O 270° E 090° SO 225° SE 135° S 180° 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 SO 225° 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 50 kt Ng 10 kt 5 kt 300° 300°/65 kt

4 Observations et mesures (1/2)
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) l’enregistrement continu : de la vitesse et de la direction instantanées (calculées sur 0,5s toutes les 0,5s) de la vitesse et de la direction moyennées (calculées sur 2 et 10 mn toutes les mn) Vinstantané(0,5s) H H-10’ H-2’ Vmax extrema de vent (direction et vitesse) sur une période de 10 mn réactualisés toutes les minutes V10' V2' Vmin

5 Observations et mesures (2/2)
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 VS = VP + VW

6 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° (*) ou à partir d’une discontinuité marquée

7 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° (*) ou à partir d’une discontinuité marquée Résumé de la description du vent

8 Le mouvement horizontal
Equation du mouvement horizontal -2 Z  VH+FH dVH dt = gradHP  - gradHP  - FPH = La force de pression La force de Coriolis -2 Z  VH FCH = La force de frottement FH dVH dt L'accélération horizontale

9 Les forces (1/2) La force de pression La force de Coriolis gradHP  -
FPH = La force de pression D A gradHP FPH perpendiculaire aux isobares dirigée vers les basses pressions FPH =  L 1 P La force de Coriolis perpendiculaire au vecteur vitesse dirigée à droite du vecteur vitesse dans l’hémisphère nord -2 .sin.(k  VH) FCH = H VH k FCH(HN) 2 .sin .VH FCH =  vitesse de rotation de la terre = 7, s-1  latitude on appelle f = 2. .sin  le paramètre de Coriolis

10 Les forces (2/2) La force de frottement L’accélération horizontale
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 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 FPH + FCH = 0 gradHP  - - f(k  Vg) = 0  Vg = 1 f (k  gradHP)

12 Le vent géostrophique : carte d’isobares
FPH H P l Vg (HN) P+P FCH Unités P : Pa l : m  : kg.m-3 f : rd.s-1 Vg : ms-1 parallèle ou tangent aux isobares laisse les hautes pressions sur sa droite (HN) Vg Vg = f L 1 P

13 Le vent géostrophique : application
Ng 45°N 500 km 1010 1015 Direction : 270° Intensité : 500 1,2x2x7, xsin(45°) 1 Vg= Vg = 8 m/s Latitude telle que f=10-4 (latitude tempérée) :  # 1kg/m3  P = 1 à 5 hPa  l = 100 km  Vg= 10 à 50 m/s

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

15 Le vent géostrophique : application
Ng 45°N 200 km 9160 9100 300 hPa Direction : 090° 60 2x7, xsin(45°) 9,8 Vg= Intensité : Vg = 30 m/s  Z (mgp)  l (100 km) Vg = Latitude telle que f=9, (tempérée) Vg ( m.s-1) est égal à la pente de la surface isobare (mgp/100km) Changement d’unités et facteur D

16 Mise en place de l’équilibre géostrophique
1- 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 D A P1 P2 P3 D A P1 P2 P3 FPH VH D A P1 P2 P3 FPH FCH H.N. FPH Vg VH FCH FCH

17 Règles de Buys Ballot B H H.N. Z1 Z2 Z3 en atmosphère libre
- le vent est  aux isohypses (ou isobares) - laisse les hautes valeurs sur sa droite dans l’hémisphère Nord (gauche pour l’H.S.) - est d’intensité inversement proportionnelle à l’écartement des isohypses (ou isobares) 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

18 Influence du frottement
FPH + FCH + FfH = 0  V'H D A HN FPH V'H  Vg P FfH - FPH FCH

19 Evolution du vent dans la couche limite atmosphérique
Atmosphère libre C L A surface 500/1500 m isobare H.N. V500 entre 50 et 500 m le vent se renforce avec la hauteur et tourne dans le sens des aiguilles d'une montre (HN) V50 V25 V10 entre 0 et 50 m le vent se renforce avec la hauteur sans trop de rotation

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

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

22 Evolution du vent le long de la verticale (1/3)
Le vent géostrophique est lié à la pente des surfaces isobares (application à partir d’une répartition moyenne) Equateur tropo Pôle Z t Deux sondages effectués vers le pôle et vers l’équateur Z P Pôle Nord Equateur P4 P3 P* (pente maxi) Vent max P2 P1

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

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 Le vent thermique (1/3) Définition : différence entre le vent géostrophique à un niveau supérieur et le vent géostrophique à un niveau inférieur VT = Vgsup - Vginf Psup L isohypse H Structure moyenne en température entre Pinf et Psup Vgsup Vgsup Air chaud Air froid VT = Vgsup - Vginf Vginf Pinf L H.N. isohypse H Vginf

26 Le vent thermique (2/3) Relation vectorielle (k  gradPsupZ) 9,8 f
Vgsup = (k  grad(Zsup - Zinf)) 9,8 f Vgsup - Vginf = (k  gradPinfZ) 9,8 f Vginf = Or Zsup-Zinf = E = K.Tm avec K=67,445.log(Pinf/Psup) (k  gradE) 9,8 f Vt = (k  gradTm) 9,8.K = Psup E E+E k Tm+Tm E+E Tm E VT gradTm H.N. Pinf

27 Le vent thermique (3/3) [gradE] Résumé k VT gradTm
Tm+Tm E+E Tm E VT gradTm [gradE] - parallèle ou tangent aux isothermes moyennes (ou isoépaisseurs) - laisse les hautes valeurs sur sa droite (HN) VT Unités E : mgp l : m f : rd.s-1 Vg : ms-1 VT = f  L 1  E

28 Influence de la courbure (le vent du gradient 1/4)
Trajectoire courbe  accélération normale à la trajectoire, pas d'accélération tangentielle dt dVH = ( )N # 0  FPH + FCH  FPH + FCH + Fcent = 0 - perpendiculaire à V  Force centrifuge Fcent - vers l’extérieur de la trajectoire - Fcent = V2/Rtraj Rtraj = rayon de courbure de la trajectoire

29 Influence de la courbure (le vent du gradient 2/4)
trajectoire cyclonique HN D FCH + Fcent = FPH Rtraj FPH f.V = f.Vg V2 Rtraj V Vg V - Vg = < 0 V2 f.Rtraj Fcent FCH Le vent ("du gradient") est inférieur au vent géostrophique

30 Influence de la courbure (le vent du gradient 3/4)
trajectoire anticyclonique HN A FPH FPH + Fcent = FCH Fcent V Vg f.Vg = f.V V2 Rtraj FCH Rtraj Vg - V = < 0 V2 f.Rtraj Le vent ("du gradient") est supérieur au vent géostrophique

31 Influence de la courbure (le vent du gradient 4/4)
Exemple1 : connaissance de Vg et de R rayon de courbure de l’isohypse on assimile la correction de courbure : f.Rtraj V2 f.Risohypse V2g à latitude telle que f=10-4 Vg calculé sur la carte : 20 ms-1 R isohypse mesuré : 1000 km Correction de courbure C f.Risohypse V2g C = = = 4 m/s 202 trajectoire cyclonique V = = 16 ms-1 trajectoire anticyclonique V = = 24 ms-1 Exemple2 : connaissance de V et de R rayon de courbure de la trajectoire calcul direct de la correction pour retrouver le vent géostrophique f.Rtraj V2

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 FPH + Fcent = 0  FPH = Fcent f.Vg = V2 Rtraj V = (f.Rtraj.V2g)½

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