Plan 1. Les différentes échelles de l’atmosphère

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1 Plan 1. Les différentes échelles de l’atmosphère
2. Sources d’énergies nécessaires à la formation des ondes équatoriales et des perturbations tropicales 3. Climats tropicaux d’échelle régionale 4. Ondes équatoriales piégées et oscillations d’échelle planétaire (MJO,QBO) 5. Modèles conceptuels de perturbations tropicales d’échelle synoptique de l’hémisphère d’été 6. Interactions entre tropiques et moyennes latitudes 7. El Niño

2 Chap.1 Les différentes échelles de l’atmosphère
(km) 1 100 10 10 000 1000 L (km) = Échelle horizontale Source : Ooyama, 1982 R ~ NH/(f+ζr) Rayon de déformation de l’atmosphère (dépend de f, de la stabilité de l’atmosphère et du tourbillon relatif) Petite échelle convective 3D L = H H épaisseur de l’atmoshère  10 km Échelle convective Ou méso-échelle = ‘petite échelle’ Échelle synoptique ou planétaire = ‘grande échelle’ L = R Méso-échelle MCS Dans l'atmosphère, il existe 3 types d'écoulement : Définition ‘physique’ du rayon de déformation de l’atmosphère : il est un indicateur du domaine sur lequel doivent se propager les ondes de gravité avant que les effets de la rotation ne deviennent importants; En d’autres mots, le rayon de déformation de l’atmosphère est la taille du système météorologique pour laquelle la force de Coriolis devient aussi importante que la force de pression. 1er type d’écoulement : - Pour les systèmes météorologiques de taille supérieure ou égale au rayon de déformation de l'atmosphère R , c'est-à-dire à droite de la bissectrice L= R, l'équilibre géostrophique est atteint; on dit alors que le flux est 'balancé' dans un plan horizontal (Par définition, le géostrophisme est atteint lorsque la force de Coriolis s'équilibre avec la force de pression et donc l'accélération de la vitesse peut être condidérée comme nulle = dv/dt=0) - R vaut quelques milliers de km aux tropiques et l'atmosphère tropicale est dite "équilibrée à grande échelle", et quand on se rapproche encore de l'équateur $\lambda_R$ atteint alors quelques dizaines de milliers de km, et l'atmosphère équatoriale est dite "équilibrée à échelle planétaire".\\ - Cette zone d'atmosphère est située au-delà du rayon d'action des ondes d'Inertie-Gravité qui perturbent le signal atmosphérique et correspond donc à la zone d'atmosphère la plus prédictible. Les systèmes météorologiques plus grands que le rayon de déformation de l'atmosphère sont prévus correctement par les modèles de grande échelle comme ARPEGE et CEP. Les phénomènes météorologiques d'échelle inférieure à la maille des modèles de grande échelle, comme la convection locale ou de méso-échelle, vont cependant être assez bien prévus gràce à l'introduction de paramétrisations physiques. 2ème type d’écoulement : - Pour les systèmes météorolgiques de taille inférieure à R mais supérieure à 10 km, c'est le domaine de la Méso-échelle. L'équilibre géostrophique n'est plus vérifié et la force de pression est d'un ordre de grandeur supérieur à la force de Coriolis, on parle alors de 'circulation divergente' dans un plan horizontal.\\ - Par contre, comme les systèmes météorologiques de Méso-échelle sont d'une taille supérieure à 10 km, l'hydrostatisme est toujours vérifié {(ar définition, l'hydrostatisme est atteint lorsque le terme de flottabilité s'équilibre avec la fluctuation verticale de pression et donc que l'accélération de la vitesse verticale peut être considérée comme nulle =dw/dt=0. -Il est intéressant de noter que la borne supérieure de la méso échelle est de l'ordre de 1000 km aux tropiques et seulement de 100 km aux moyennes latitudes. Les phénomènes de méso-échelle comme les lignes de grain peuvent alors atteindre des dimensions bien supérieures aux tropiques qu'aux moyennes latitudes. 3ème type d’écoulement : - Pour les systèmes météorolgiques de taille inférieure à 10 km, c'est le domaine de l'échelle aérologique. Ni l'équilibre hydrostatique et à fortiori ni l'équilibre géostrophique ne sont vérifiés : les accélérations verticales ne sont plus nulles et seuls les modèles non hydrostatiques comme MESO-NH développé en collaboration avec Météo-France et le Laboratoire d'Aérologie sont capables de prévoir les mouvements à l'intérieur d'un cumulus. Aux hautes résolutions de Méso-NH (maille inférieure à 3 km), la dynamique du modèle peut traiter celle des cumulonimbus et le traitement de la convection devient explicite (toutes les variables sont alors pronostiques), le schéma sous-maille (c'est à dire la paramétrisation) devenant inutile. Remarque : la méso échelle et l'échelle aérologique sont des "zones" de faible prédictabilité de l'atmosphère puisqu'elles sont situées dans le rayon d'action des ondes d'Inertie-Gravité qui bruitent le signal météorologique dans les modèles. Tropiques Moyennes latitudes Flux de grande échelle quasi-horizontal en équilibre géostophique et hydrostatique Cyclone tropical Chap2. Sources d’énergie sommaire général

3 chap2. sources d’énergie
Chap.1 Les différentes échelles de l’atmosphère commentaires figure précédente (1) Définition ‘physique’ du rayon de déformation de l’atmosphère R : - il est un indicateur du domaine sur lequel doivent se propager les ondes de gravité avant que les effets de la rotation ne deviennent importants; - En d’autres mots, le rayon de déformation de l’atmosphère est la taille du système météorologique pour laquelle la force de Coriolis devient aussi importante que la force de pression. Dans l'atmosphère, il existe 3 types d'écoulement : 1er type d’écoulement : - Pour les systèmes météorologiques de taille supérieure ou égale au rayon de déformation de l'atmosphère R , c'est-à-dire à droite de la bissectrice L= R, l'équilibre géostrophique est atteint; on dit alors que le flux est équilibré dans un plan horizontal (par définition, le géostrophisme est atteint lorsque la force de Coriolis s'équilibre avec la force de pression et donc l'accélération peut être condidérée comme nulle ⇒ dv/dt=0) - R vaut quelques milliers de km aux tropiques et l'atmosphère tropicale est dite "équilibrée à grande échelle", et quand on se rapproche encore de l'équateur R atteint alors quelques dizaines de milliers de km, et l'atmosphère équatoriale est dite "équilibrée à échelle planétaire". - Cette zone d'atmosphère est située au-delà du rayon d'action des ondes d'Inertie-Gravité qui perturbent le signal atmosphérique et correspond donc à la zone d'atmosphère la plus prédictible. Les systèmes météorologiques plus grands que le rayon de déformation de l'atmosphère sont prévus correctement par les modèles de grande échelle comme ARPEGE et CEP. Les phénomènes météorologiques d'échelle inférieure à la maille des modèles de grande échelle, comme la convection locale ou de méso-échelle, vont cependant être assez bien prévus grâce à l'introduction de paramétrisations physiques. chap2. sources d’énergie

4 chap2. sources d’énergie
Chap.1 Les différentes échelles de l’atmosphère commentaires figure précédente (2) 2ème type d’écoulement : - Pour les systèmes météorolgiques de taille inférieure à R mais supérieure à 10 km, c'est le domaine de la méso-échelle. L'équilibre géostrophique n'est plus vérifié et la force de pression est d'un ordre de grandeur supérieur à la force de Coriolis, on parle alors de 'circulation divergente' dans un plan horizontal. - Par contre, comme les systèmes météorologiques de méso-échelle sont d'une taille supérieure à 10 km, l'hydrostatisme est toujours vérifié (par définition, l'hydrostatisme est atteint lorsque le terme de flottabilité s'équilibre avec le frein de pression et donc que l'accélération verticale peut être considérée comme nulle >⇒ dw/dt=0). - Il est intéressant de noter que la borne supérieure de la méso échelle est de l'ordre de 1000 km aux tropiques et seulement de 100 km aux moyennes latitudes. Les phénomènes de méso-échelle comme les lignes de grain peuvent alors atteindre des dimensions bien supérieures aux tropiques qu'aux moyennes latitudes. 3ème type d’écoulement : Pour les systèmes météorolgiques de taille inférieure à 10 km, c'est le domaine de l'échelle aérologique. Ni l'équilibre hydrostatique et à fortiori ni l'équilibre géostrophique ne sont vérifiés : les accélérations verticales ne sont plus nulles et seuls les modèles non hydrostatiques comme MESO-NH développé en collaboration avec Météo- France et le Laboratoire d'Aérologie sont capables de prévoir les mouvements à l'intérieur d'un cumulus. Aux hautes résolutions de Méso-NH (maille inférieure à 3 km), la dynamique du modèle peut traiter celle des cumulonimbus et le traitement de la convection devient explicite (toutes les variables sont alors pronostiques), le schéma sous-maille (c'est à dire la paramétrisation) devenant inutile. Remarque : la méso-échelle et l'échelle aérologique sont des "zones" de faible prédictabilité de l'atmosphère puisqu'elles sont situées dans le rayon d'action des ondes d'Inertie-Gravité qui bruitent le signal météorologique dans les modèles. chap2. sources d’énergie

5 Bibliographie chap.1 -Ooyama, 1982 : ‘Conceptual evolution of the theory and modeling of the tropical cyclone. J. Meteor. Soc. Japan,, 60, pp