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Plan 1. Les différentes échelles de latmosphère 2. Sources dénergies nécessaires à la formation des ondes équatoriales et des perturbations tropicales.

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1 Plan 1. Les différentes échelles de latmosphère 2. Sources dénergies nécessaires à la formation des ondes équatoriales et des perturbations tropicales 3. Climats tropicaux déchelle régionale 4. Ondes équatoriales piégées et oscillations déchelle planétaire (MJO,QBO) 5. Modèles conceptuels de perturbations tropicales déchelle synoptique de lhémisphère dété 6. Interactions entre tropiques et moyennes latitudes 7. El Niño

2 Petite échelle Grande échelle La libération de chaleur latente (Lf ) à léchelle du cumulus constitue la principale source dénergie entraînant lapparition et le développement de perturbations tropicales déchelle synoptique Derrière ce processus, en apparence facile à comprendre, se cache toute la complexité des interactions entre la petite échelle et la grande échelle. Dailleurs, les interactions déchelles sont au cœur de la recherche en météorologie tropicale (ex : programme de recherche AMMA) sommaire général Chap 2. Sources dénergies nécessaires à la formation des ondes équatoriales et des perturbations tropicales : « leffet miroir » Source : Météo-France

3 1.Au sein dun cumulus, la condensation et la production de chaleur sont maximales en milieu de troposphère; 2.Lénergie potentielle (Ep) produite (cf équation de Laplace) perturbe léquilibre géostrophique pré-existant et génère des Ondes dInertie-Gravité (IG); 3.Les OG dissipent une partie de lEp en la transportant à linfini : phénomène dajustement au géostrophisme; 4.Au bout dun temps 1/f (~ 1 j. à 10°), léquilibre géostrophique se rétablit sur une échelle horizontale λ R (~ 1000 km à 10°) avec lEp non dispersée (p>0 ) par les IG; 5.Laddition dénergie génère, par effet miroir, une dépression en basse tropo et un anticyclone en haute tropo. Détail des processus dinteractions entre la petite et grande échelle : Chap 2. Sources dénergies nécessaires à la formation des ondes équatoriales et des perturbations tropicales : « leffet miroir » Source : Météo-France

4 Détail du processus dinteractions entre la petite et grande échelle : Linteraction de la petite échelle sur la grande échelle est un processus dautant plus efficace lorsque : - la population de Cu-Cb est importante - la durée de vie des systèmes convectifs est longue - la rotation de lenvironnement augmente (car la proportion de chaleur dispersée et dissipée par les IG diminue) retour : onde équatoriale sommaire général Chap 2. Sources dénergies nécessaires à la formation des ondes équatoriales et des perturbations tropicales : « leffet miroir » Petite échelle Grande échelle Source : Météo-France

5 Figure du bas : Géopotentiel à 200 hPa; 29/07/08; Analyse CEP 1.5 sommaire général Chap 2. une tempête tropicale sur le Pacifique NO: illustration de « leffet miroir » H H Dt dt Figure du haut : Pmer 1) Au niveau du typhoon, cest la libération de chaleur qui provoque la baisse de pression au sol et génère des hauts géopotentiels 2) Au niveau de lInde, cest le forçage radiatif qui génère une dépression thermique et des hauts géopotentiels (équation de Laplace) Z 200 hPa Pmer tempête tropicale tempête tropicale

6 Comme nous venons de le voir, le chauffage par condensation est un processus diabatique de première importance sous les tropiques. Comme lhypothèse dadiabatisme nest plus valable sous les tropiques, léquation de la thermodynamique sécrit : dQ : taux de chauffage; dQ >0 par Condensation; dQ <0 par pertes radiatives 1 er cas : hors régions convectives Sur le Sahara, le refroidissement de latmosphère de -1K/jour (dQ/dt<0) par pertes radiatives est compensé par de la subsidence adiabatique denviron –0.3 cm/s (W<0). 2 nd cas : régions convectives Dans la ZCIT, le chauffage de latmosphère de +5K/jour (dQ/dt>0) est compensé par des ascendances de lordre de + 3cm/s (W>0). (1) LAnalyse en Ordre de Grandeur (AOG) de léquation de la thermo sécrit : (2) retour : TUTT sommaire général Chap 2. Léquation de la thermodynamique sous les tropiques

7 B D x z U B= bas géopotentiel D= dépression Sv Exemple de situation atmosphérique favorable à la croissance dune onde barocline : La conversion dénergie barocline correspond à un transport méridien de chaleur 1.Linstabilité barocline (rappel cours météo dynamique) La baroclinie est liée au cisaillement vertical de vent (Sv) de létat de base. Une onde barocline se développe (conversion d Ep u en Ep u ) lorsque linclinaison verticale du thalweg est de sens opposé au cisaillement vertical de vent Sv. sommaire général Chap 2. Les autres sources dénergies présentes sous les tropiques : linstabilité barocline et linstabilité barotrope

8 1.Linstabilité barocline (suite …) Dune manière générale, latmosphère tropicale est faiblement barocline (faible stockage d Ep u à cause de la faiblesse de la force de Coriolis) et ne peut expliquer à elle seule lapparition de perturbations tropicales. Cependant, dans certaines régions privilégiées comme lAfrique de lOuest en été, linstabilité barocline combinée à linstabilité barotrope peut initier des vortex entre 17°N et 25°N, là où la circulation de latmosphère est caractérisée par du cisaillement vertical et horizontal du vent. Certaines perturbations baroclines des moyennes latitudes qui se déplacent vers les léquateur acquièrent ensuite les caractéristiques tropicales. Dans ce cours sont présentés quelques modèles conceptuels de perturbations baroclines : - chap chap chap chap 6.5 Front froid Dépression subtropicale dhiver Cold surge Ligne de cisaillement sommaire général Chap 2. Les autres sources dénergies présentes sous les tropiques : linstabilité barocline et linstabilité barotrope

9 Ouest Est équateur y > Une zone dinstabilité barotrope correspond à un changement de signe du gradient méridien du tourbillon absolu. 2.Linstabilité barotrope La condition nécessaire dinstabilité barotrope sécrit : illustration avec un jet dEst Ce schéma nous montre que la condition nécessaire dinstabilité barotrope est vérifiée sur les flancs sud et nord dun jet, i.e dans les régions de forts cisaillements horizontaux de vent (Sh). x sommaire général Source : daprès Charney dans Morel (1973) Chap 2. Les autres sources dénergies présentes sous les tropiques : linstabilité barocline et linstabilité barotrope

10 sommaire général 2.Linstabilité barotrope (suite …) Le critère dinstabilité barotrope nest pas suffisant pour quune onde se développe, il faut également que linclinaison horizontale des axes de thalwegs soit de sens opposé au cisaillement horizontal de vent Sh (voir figure ci-dessous). Le cas échéant, latmosphère est capable dinitier une onde en convertissant une partie de lénergie cinétique du jet. x OuestEst Sh Énergétique de linstabilité barotrope dans un jet dEst : situation favorable à la croissance de londe La conversion dénergie barotrope correspond à un transport méridien de quantité de mouvement zonal u ou v sommaire général Source : De Moor, 91 Chap 2. Les autres sources dénergies présentes sous les tropiques : linstabilité barocline et linstabilité barotrope

11 Linstabilité barotrope : illustration Dans les régions tropicales, certains phénomènes déchelle synoptique peuvent être expliqués par linstabilité barotrope. - au sud du JEA, vers 12°N, le cisaillement horizontal de vent est de sens opposé (dirigé vers louest) à linclinaison horizontale de laxe des thalwegs-dorsales des ondes dest africaine (dirigé vers lest) ce qui favorise leur développement. sommaire général Chap 2. Les autres sources dénergies présentes sous les tropiques : linstabilité barocline et linstabilité barotrope JEA hPa orientation SO/NE de laxe des thalwegs 12°N 14°N Est Nord ShSh ShSh : onde dest z Situation sur lAfrique de lOuest: en juillet-août

12 Le relief Le relief nest pas un mécanisme intrisèque à latmosphère mais joue comme un élément extérieur favorable à la formation de perturbations tropicales exemple 1 : naissance de lignes de grain de façon préférentielle sur le massif de lAïr sur lAfrique exemple 2 : le relief sur la Corne de lAfrique génère des ondes gravité en aval et donne de lénergie aux ondes dEst africaines Chap 3 Climats régionaux sommaire général Chap 2. Autre source dénergie sous les tropiques : le relief

13 Bibliographie chap.2 - De Moor G. et P. Veyre, 1991 : Les bases de la météorologie dynamique Cours et Manuel n°6 - p Lafore : Support de cours Convection, Partie 2 écrite par J. P. Lafore CNRM/GMME. - Morel P. éditeur (1973) : Dynamic Meteorology –D. Reidel Publishing Company – 622 p.


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