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 Petite échelle Grande échelle
Chap 2. Sources d’énergies nécessaires à la formation des ondes équatoriales et des perturbations tropicales : « l’effet miroir » Source : Météo-France Petite échelle Grande échelle La libération de chaleur latente (Lf ) à l’échelle du cumulus constitue la principale source d’énergie entraînant l’apparition et le développement de perturbations tropicales d’échelle synoptique Derrière ce processus, en apparence facile à comprendre, se cache toute la complexité des interactions entre la petite échelle et la grande échelle. D’ailleurs, les interactions d’échelles sont au cœur de la recherche en météorologie tropicale (ex : programme de recherche AMMA) sommaire général

3 Chap 2. Sources d’énergies nécessaires à la formation des ondes équatoriales et des perturbations tropicales : « l’effet miroir » Détail des processus d’interactions entre la petite et grande échelle : Source : Météo-France Au sein d’un cumulus, la condensation et la production de chaleur sont maximales en milieu de troposphère; L’énergie potentielle (Ep) produite (cf équation de Laplace) perturbe l’équilibre géostrophique pré-existant et génère des Ondes d’Inertie-Gravité (IG); Les OG dissipent une partie de l’Ep en la transportant à l’infini : phénomène d’ajustement au géostrophisme; Au bout d’un temps 1/f (~ 1 j. à 10°), l’équilibre géostrophique se rétablit sur une échelle horizontale λR (~ 1000 km à 10°) avec l’Ep non dispersée (p’>0 ) par les IG; L’addition d’énergie génère, par ‘effet miroir’, une dépression en basse tropo et un anticyclone en haute tropo.

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

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

6 Chap 2. L’équation de la thermodynamique sous les tropiques
Comme nous venons de le voir, le chauffage par condensation est un processus diabatique de première importance sous les tropiques. Comme l’hypothèse d’adiabatisme n’est plus valable sous les tropiques, l’équation de la thermodynamique s’écrit : dQ : taux de chauffage; dQ >0 par Condensation; dQ <0 par pertes radiatives (1) L’Analyse en Ordre de Grandeur (AOG) de l’équation de la thermo s’écrit : (2) 1er cas : hors régions convectives Sur le Sahara, le refroidissement de l’atmosphère de -1K/jour (dQ/dt<0) par pertes radiatives est compensé par de la subsidence adiabatique d’environ –0.3 cm/s (W<0). 2nd cas : régions convectives Dans la ZCIT, le chauffage de l’atmosphère de +5K/jour (dQ/dt>0) est compensé par des ascendances de l’ordre de + 3cm/s (W>0). retour : TUTT sommaire général

7 Chap 2. Les autres sources d’énergies présentes sous les tropiques : l’instabilité barocline et l’instabilité barotrope L’instabilité barocline (rappel cours météo dynamique) La baroclinie est liée au cisaillement vertical de vent (Sv) de l’état de base. Une onde barocline se développe (conversion d’Epu en Epu’) lorsque l’inclinaison verticale du thalweg est de sens opposé au cisaillement vertical de vent Sv . Exemple de situation atmosphérique favorable à la croissance d’une onde barocline : B D x z U B= bas géopotentiel D= dépression Sv La conversion d’énergie barocline correspond à un transport méridien de chaleur sommaire général

8 Dépression subtropicale d’hiver
Chap 2. Les autres sources d’énergies présentes sous les tropiques : l’instabilité barocline et l’instabilité barotrope L’instabilité barocline (suite …) D’une manière générale, l’atmosphère tropicale est faiblement barocline (faible stockage d’Epu à cause de la faiblesse de la force de Coriolis) et ne peut expliquer à elle seule l’apparition de perturbations tropicales. ↳ Cependant, dans certaines régions privilégiées comme l’Afrique de l’Ouest en été, l’instabilité barocline combinée à l’instabilité barotrope peut initier des vortex entre 17°N et 25°N, là où la circulation de l’atmosphère est caractérisée par du cisaillement vertical et horizontal du vent. ↳ Certaines perturbations baroclines des moyennes latitudes qui se déplacent vers les l’équateur acquièrent ensuite les caractéristiques tropicales. Dans ce cours sont présentés quelques modèles conceptuels de perturbations baroclines : - chap 6.1 - chap 6.2 - chap 6.4 - chap 6.5 Front froid Dépression subtropicale d’hiver Ligne de cisaillement Cold surge sommaire général

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

10 situation favorable à la croissance de l’onde
Chap 2. Les autres sources d’énergies présentes sous les tropiques : l’instabilité barocline et l’instabilité barotrope 2. L’instabilité barotrope (suite …) Le critère d’instabilité barotrope n’est pas suffisant pour qu’une onde se développe, il faut également que l’inclinaison horizontale des axes de thalwegs soit de sens opposé au cisaillement horizontal de vent Sh (voir figure ci-dessous). Le cas échéant, l’atmosphère est capable d’initier une onde en convertissant une partie de l’énergie cinétique du jet. Énergétique de l’instabilité barotrope dans un jet d’Est : situation favorable à la croissance de l’onde Ouest Est Sh x Source : De Moor, 91 La conversion d’énergie barotrope correspond à un transport méridien de quantité de mouvement zonal u’ ou v’ sommaire général sommaire général

11 Situation sur l’Afrique de l’Ouest:
Chap 2. Les autres sources d’énergies présentes sous les tropiques : l’instabilité barocline et l’instabilité barotrope L’instabilité barotrope : illustration Dans les régions tropicales, certains phénomènes d’échelle synoptique peuvent être expliqués par l’instabilité barotrope. Nord Situation sur l’Afrique de l’Ouest: en juillet-août z Sh JEA 14°N orientation SO/NE de l’axe des thalwegs 12°N Sh hPa Est : onde d’est - au sud du JEA, vers 12°N, le cisaillement horizontal de vent est de sens opposé (dirigé vers l’ouest) à l’inclinaison horizontale de l’axe des thalwegs-dorsales des ondes d’est africaine (dirigé vers l’est) ce qui favorise leur développement. sommaire général

12 Chap 2. Autre source d’énergie sous les tropiques : le relief
Le relief n’est pas un mécanisme intrisèque à l’atmosphère 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 l’Aïr sur l’Afrique exemple 2 : le relief sur la Corne de l’Afrique génère des ondes gravité en aval et donne de l’énergie aux ondes d’Est africaines Chap 3 Climats régionaux sommaire général

13 Bibliographie chap.2 De Moor G. et P. Veyre, 1991 : ‘Les bases de la météorologie dynamique’ Cours et Manuel n°6 - p.193 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.