NUAGES ET PRECIPITATIONS Nuages généralités définitions, constitution microstructure formation des gouttelettes et de cristaux Formation ascendance autres Classification critères d’identification genres Les nuages supérieurs Les nuages moyens Les nuages inférieurs Description nuageuse Précipitations définitions nature caractères nuages générateurs Formation remarques transfert de vapeur collection résumé Mesure le pluviomètre le radar images Climatologie QUITTER

LES NUAGES

Généralités (1/3) Définition : Constitution physique Microstructure ensemble visible de gouttelettes d’eau liquide et/ou de cristaux de glace en suspension dans l’atmosphère Constitution physique air saturé (air sec + vapeur d’eau saturante) gouttelettes d’eau liquide cristaux de glace particules solides Microstructure les cristaux -3°C  apparition -12°C  1 / 10m3 -30°C  > 1 / cm3 -41°C  accroissement systématique température en °C -10 -20 -30 -40 1 nombre de gouttelettes nombre gouttelettes + cristaux Gouttelettes Cristaux de glace Gouttelettes surfondues

Généralités (2/3) Microstructure (suite) les gouttelettes gouttelettes élémentaires formées par condensation après grossissement diamètre moyen : 10 à 40 m nombre 10 à 1000/cm3 séparation 50 à 100 fois leur diamètre quantité d’eau liquide de 0,1 à 0,5g/m3 (nuages stables) de 0,5 à 5g/m3 (nuages instables) vitesse limite de chute  = 0,2  Vz=0,05 cm/s  = 20  Vz=5 cm/s  = 50  Vz=30 cm/s  = 100  Vz=120 cm/s   de 1 à 4 mm 30 à 80 cm/s courants ascendants de 1 à 1000 cm/s

Généralités (3/3) Formation des gouttelettes élémentaires nucléation homogène très rare dans l’atmosphère requiert 400%<U<480% nucléation hétérogène : les aérosols servent de support à la condensation dès que U=100% Formation des cristaux nucléation homogène possible en-dessous de -36°C (nuages élevés) nucléation hétérogène à partir de noyaux glaçogénes. L’atmosphère est relativement pauvre en noyaux glaçogénes actifs d’ou la présence de sursaturation par rapport à la phase glace et de surfusion assez généralisée entre 0°C et -10°C/-15°C

Formation des nuages (1/2) 90 % Ascendance d’air humide (détente adiabatique) zones dépressionnaires au voisinages des reliefs la convection la turbulence développement ou épaisseur du nuage liés à la structure thermique de l’atmosphère aux mouvements verticaux à l’humidité au vent horizontal aspect lié au degré d’instabilité de l ’air stabilité = aspect stratiforme instabilité = aspect bourgeonnant

Formation des nuages (2/2) 10% restant refroidissement isobare (brouillards en surface) apport supplémentaire de vapeur (brouillards en surface, nuages frontaux, traînées de condensation) apport supplémentaire de noyaux (traînées de condensation) brouillard de rayonnement brouillard d’advection brouillard d’évaporation brouillards/ST «frontaux» Traînées de condensation

Classification internationale (1/2) Critères d’identification étage : hauteur de la base forme étalée, en voile, en couches (strates)  stable  STRATUS bourgeonnante, isolée,arrondie «choux fleurs»  instable  CUMULUS épaisseur, développement >3000 / 4000m  NIMBUS (pluvieux)

Classification internationale (2/2) 0° composition 3 critères : hauteur de la base , forme et épaisseur STRATUS CUMULUS NIMBUS surface 2 km 4 à 8 km 8 à 18 km inférieur moyen supérieur Cirrus CI Cirrostratus CS CIRRO Cirrocumulus CC ALTO Altostratus AS Altocumulus AC Nimbostratus NS Stratocumulus SC Cumulonimbus CB Stratus ST Cumulus CU Hauteurs, et épaisseurs typiques

Les nuages de l’étage supérieur

CIRRUS fibratus

CIRRUS uncinus

CIRRUS vertebratus et spissatus

CIRRUS uncinus

CIRRUS spissatus

CIRRUS uncinus et CIRROSTRATUS

CIRROSTRATUS et HALO

CIRROCUMULUS stratiformis

Les nuages de l’étage moyen

ALTOCUMULUS stratiformis translucidus perlucidus

ALTOCUMULUS undulatus perlucidus

ALTOCUMULUS stratiformis opacus

ALTOCUMULUS lenticularis

ALTOCUMULUS translucidus

ALTOCUMULUS lenticularis

ALTOSTRATUS translucidus

ALTOSTRATUS opacus - ALTOCUMULUS - CUMULUS

ALTOSTRATUS et ALTOCUMULUS

ALTOCUMULUS

ALTOCUMULUS castellanus

NIMBOSTRATUS

NIMBOSTRATUS

NIMBOSTRATUS

Les nuages de l’étage inférieur

STRATUS fractus

STRATUS nebulosus

STRATUS fractus

STRATUS et BROUILLARD

STRATUS ET BROUILLARD

STRATUS orographique

STRATOCUMULUS stratiformis translucidus

STRATOCUMULUS et STRATUS

STRATOCUMULUS stratiformis opacus

CUMULUS

CUMULUS humilis

CUMULUS mediocris

CUMULUS mediocris et congestus

CUMULUS congestus TCU

CUMULUS congestus TCU

CUMULONIMBUS calvus

CUMULONIMBUS calvus

CUMULONIMBUS capillatus

CUMULONIMBUS capillatus

CUMULONIMBUS capillatus

CUMULONIMBUS capillatus

CUMULONIMBUS capillatus - EMBD

CUMULONIMBUS arcus

CUMULONIMBUS arcus

CUMULONIMBUS mamma

CUMULONIMBUS praecipitatio

CUMULONIMBUS praecipitatio

CUMULONIMBUS monocellulaire

CUMULONIMBUS super-cellule

CUMULONIMBUS multicellulaire

CUMULONIMBUS arcus

CUMULONIMBUS et TORNADE

CUMULONIMBUS et TROMBE

ARC EN CIEL

ECLAIR

GLOIRE

Description nuageuse (1/2) Nébulosité : estimée par l’observation humaine ciel clair : aucun nuage SKC pour sky clear rares nuages : couche de 1 à 2/8 FEW pour few nuages épars : couche de 3 à 4/8 SCT pour scattered nuages fragmentés : couche de 5 à 7/8 BKN pour broken ciel couvert : couverture totale du ciel OVC pour overcast règle 1-3-5 ou FEW-SCT-BKN : description des couches successives de nuages à partir de la surface la première de nébulosité au moins FEW la deuxième de nébulosité au moins SCT la troisième de nébulosité au moins BKN les CB et TCU quelque soit leur nébulosité

Description nuageuse (2/2) Hauteur de la base : estimation au-dessus de 5000 ft jusqu'à 5000 ft de hauteur peut être mesurée par un télémètre (ou ceilomètre) En réglementation , le plafond est la 1er couche la plus basse en dessous de 6000 m recouvrant plus de la moitié du ciel (nébulosité au moins BKN) Genre : observation humaine Cirrus : CI Cirrostratus : CS Cirrocumulus : CC Altostratus : AS Altocumulus : AC Nimbostratus : NS Stratus : ST Stratocumulus : SC Cumulus : CU Cumulus Congestus : TCU Cumulonimbus : CB

Noyaux de condensations Trois types de noyaux de condensation : noyaux d’Aïtken :  < 0,2µ concentration de 103. cm-3 (océans) à 105.cm-3 (villes) combustions fossiles gros noyaux : 0,2µ <  < 2µ noyaux géants :  > 2µ Concentration de 102 à 103.cm-3 principalement dans les basses couches. sable, pollen, spores, cristaux de sel marin Retour

Les transformations adiabatiques Processus de condensation par ascendance (détente) Ascendance orographique Ascendance convective + + + + + + Ascendance dépressionnaire vent D Retour

Hauteurs de la base et épaisseurs typiques GENRE hauteur (épaisseur) en mètres CI 8000 (300) CS 6000 (500) CC 6000 (500) AS 3500 (2000) AC 3000 (800/2500) NS 800 (3000) ST 500 (300) CB 1000 (7000) SC 1500 (600) CU 1200 (150/5000) Retour

LES PRECIPITATIONS

Définitions chute de d’eau liquide ou solide en provenance d’un nuage les cristaux et gouttelettes composant un nuage sont de dimensions suffisamment faibles pour rester en suspension dans l’atmosphère. Ils ne peuvent chuter que par l’accroissement de leur poids et donc de leur taille on parle de gouttelettes lorsque elles sont suffisamment petites pour rester en suspension, elles deviennent des gouttes lorsque leur taille leur permet d’avoir une vitesse de chute significative la frontière, en dimension, se situe aux alentours de 200 de 2 à 200  : suspension effective de 200 à 500  : bruine, virga en altitude >500  ; domaine des précipitations

Nature des précipitations (1/2) la pluie (///, , RA) : précipitation de gouttes dispersées de >0,5mm la bruine (, ,DZ) : précipitation assez uniforme de fines gouttes très rapprochées les unes des autres de <0,5mm la neige (, SN) : précipitation de cristaux de glace généralement agglomérés en flocons de dimension de2 à 20mm la grêle (, GR) : précipitation de globules ou morceau de glace de dimension de 5 à (>)50 mm le grésil (, GS) : précipitation de particules de glace de dimension < 5 mm

Nature des précipitations (2/2) la neige en grains (, SG) : très petits grains de glace plats ou allongés de dimension < 1mm la neige roulée (, GS) : grains de glace sphériques parfois coniques de dimension entre 2 et 5mm granule de glace (PL) : particules de glace de 1 à 5mm, provenant de la congélation de gouttes poudrin de glace (IC) : très petits cristaux de glace (aiguilles, plaques…) si ténus qu’ils semblent rester en suspension Remarques une précipitation solide qui traverse une couche d’air à température positive se transforme en précipitation de pluie ou de bruine une précipitation liquide qui traverse une couche d’air à température négative reste liquide mais surfondue (FZRA ou FZDZ)

Caractère des précipitations une précipitation de courte durée (<10mn), qui démarre et s’arrête brusquement, d’intensité modérée à forte variable dans le temps, est une averse (, SH).C’est le caractère typique de précipitations provenant d’un nuage instable un nuage stable donne des précipitations de plus longue durée, assez uniformes sur des étendues plus grandes et d’intensité faible à modérée le terme de giboulées s’applique en général à un mélange de précipitations solides et liquides : pluie et neige, pluie et grêle…

Nuages générateurs Tableau résumé

Formation des précipitations (1/4) 1 mm  20µ Remarques la répartition et la taille des gouttelettes et cristaux au sein d’un nuage sont telles que le grossissement direct par agglutination pour former une goutte est difficilement réalisable il faut au moins quelques gouttelettes initiatrices de diamètre supérieur à 80 pour que la collection fonctionne efficacement or le grossissement, uniquement par effet pur de condensation est difficilement réalisable et durerait plusieurs heures, dépassant largement la durée de vie de certains nuages précipitants

Formation des précipitations (2/4) Grossissement par transfert de vapeur dans un milieu nuageux à t<0°C : transfert de vapeur des nombreuses gouttelettes surfondues vers les quelques cristaux existants C’est l’effet BERGERON Il faut compter 4 heures de transfert pour qu’un cristal devienne l’équivalent d’une goutte de  = 2mm et 16 heures pour une goutte de  = 4mm variation de la tension saturante

Formation des précipitations (3/4) Grossissement par collection sous l’effet de leur mouvement les différents éléments du nuage vont collecter et fusionner d’autres éléments sur leur trajet et accélérer ainsi leur propre grossissement Collection de cristaux de glace Collection de cristaux et de gouttelettes surfondues Collection de gouttelettes agrégation accrétion coalescence

Formation des précipitations (4/4) Schéma résumé ascendance noyaux de condensation noyaux glaçogénes condensation transfert de vapeur collection fonte recongélation nature PL RA DZ SG GS,GR SN

Mesure des précipitations (1/3) Le pluviomètre classique 1 mm = 1 litre / m² 1m 1mm Précipitations solides planche à neige de 0,5 m2 automatique à augets basculeurs Approximation :10 cm d’épaisseur de neige = 8mm d ’eau de fusion

Mesure des précipitations (2/3) Le radar météorologique

Mesure des précipitations (3/3) Images radar Mosaïque radars Radar de bord 0,7 à 4mm/h >12mm/h 4 à 12mm/h Magenta >50 mm/h

Climatologie des précipitations (1/2) moyenne 800 mm relief >2 m Perpignan 570 mm Toulouse 655 mm

Climatologie des précipitations (2/2) Toulouse Dans le monde Atacama (Chili) : 0 Cherrapunji : 26m Moyenne 1000mm

L’effet BERGERON SOLIDE LIQUIDE VAPEUR instant t : e=ei(t) P vapeur température Liquide surfondu LIQUIDE VAPEUR SOLIDE 0°C ei t<0 ew instant t : e=ei(t) e=ei(t) cristal saturé en vapeur ew(t) > e  gouttelettes non saturées s’évaporent la vapeur se transforme en glace autour du cristal initial Retour

Variation de la tension saturante (courbure et salinité des gouttelettes ) P vapeur température LIQUIDE VAPEUR t ew(1) ew(2) 1< 2 2 instant t : e=ew(2) 1 2 e= ew(2)  «grosse» gouttelette saturée en vapeur ew(1) > e  «petites» gouttelettes non saturées s’évaporent la vapeur se condense autour de la «grosse» gouttelette Idem en fonction de la salinité des gouttelettes (sel(+)= 2, sel(-)= 1) Retour

NUAGES ET PRECIPITATIONS FIN Première diapositive