La stabilité verticale

Effet de ls subsidence sur la stabilité w’ w

Critère de stabilité Soit Le gradient thermique de la particule en ascension Le gradient thermique de l ’air qui descend

Exemples A ’ > A, w’ < w ?

Exemples A > A ’, w ’> w ?

Exemples Absolument instable

Exemples Absolument stable

Entraînement Jusqu ’à maintenant nous avons supposé qu ’il n ’y a pas de mélange entre une particule d ’air et l ’environnement. Au niveau de convection libre, la particule serait instable et il aurait de formation de cumulus. Le sommet de nuage se situerait au tour du niveau d ’équilibre ...

Formation de nuages de type cumulus T(p) T’(p) pNE Niveau d ’équilibre A+ pNCL Niveau de convection libre pNCA Niveau de condensation par ascension A- p0 TD TD Niveau de référence

Entraînement On sait cependant que le mélange entre les particules d ’air nuageux et l ’air environnant n ’est pas négligeable, surtout au sommet de la masse en ascension (turbulence dynamique et thermique…) On appelle entraînement l ’incorporation dans le nuage d ’une certaine masse de l ’air environnant pendant le déplacement vertical des masses nuageuses. On parlera de détraînement quand des parties du nuage se détachent du nuage et s ’évaporent à cause du mélange avec l ’air environnant qui est,en générale, plus sec et plus froid.

Entraînement Le processus thermodynamique qui correspond a ce phénomène est un processus qui peut être divisé en deux sous processus: 1) mélange avec condensation / évaporation 2) ascension pseudo adiabatique

Entraînement 1) mélange isobarique avec condensation / évaporation masse d ’air environnant: dm = dmd + dmv, T ’, p, r ’ Masse d ’air nuageux m = md + mv + mw

Changement de température du à l ’entraînement: Puisque le processus est pseudo adiabatique tout la chaleur mise en jeu est puisée dans l ’énergie interne du système De la première loi de la thermodynamique

Changement de température du à l ’entraînement: DEMO

Gradient thermique d ’une particule avec entraînement Coefficient d ’entraînement

Taux de refroidissement adiabatique

Taux de refroidissement adiabatique pour l ’air humide saturé

Gradient thermique d ’une particule avec entraînement T ’ = température de l ’air environnant

Entraînement

Représentation dans le téphigramme Transparents pp 53 et 54 ET

Taux de précipitation maximum Taux de précipitation R : La quantité de masse d ’eau qui traverse la surface unitaire, par unité de temps. R [kg m-2 s-1] R [mm h-1] 1 m2

Taux de précipitation maximum Considérons une masse d ’air saturée: La masse d ’air est en convection et monte à une vitesse w Quelle est le taux maximum de précipitation que nous pouvons avoir provenant de ce nuage ?

Taux de précipitation maximum 1) Toute l ’eau que se condense précipite + 2) Il n ’y a pas d ’entraînement ni des échanges de chaleur avec l ’environnement Processus pseudo adiabatique

Taux de précipitation maximum Processus pseudo adiabatique Équation hydrostatique

Taux de précipitation maximum

Taux de précipitation maximum Si la particule d ’air se déplace une vitesse w dz = wdt

Taux de précipitation maximum Taux de précipitation : quantité d ’eau précipitant par unité de surface et par unité de temps

Taux de précipitation maximum est numériquement égale à [1 mm] Pourquoi ?