Cinquième Grande Idée pour comprendre la météorologie

Dans les billets précédents, nous avons mis en avant quatre grandes idées :

I – Interroger la météorologie, dans l’intention banale de savoir ‘ le temps qu’il va faire ? ‘, c’est essentiellement scruter l’atmosphère terrestre pour tenter de prévoir l’évolution dans le temps de deux paramètres fondamentaux : la pression atmosphérique et la température de cette atmosphère ( Billet du 6 avril 2020 complété le 18 avril) .

II – Nous avons identifié le moteur unique gouvernant les grandes évolutions dans l’espace et le temps de l’atmosphère terrestre. Il s’agit du rayonnement thermique dispensé par notre étoile, le Soleil, dont nous avons montré que l’énergie est reçue d’une manière inégale en fonction de la latitude et du moment dans le temps ( Billet du 7 avril 2020) .

III – En mettant en œuvre des connaissances physiques en matière de rayonnement ( notion de corps noir, lois de Planck et de Stefan) nous avons mis en évidence le phénomène d’effet de serre qui permet à l’atmosphère terrestre de connaître une température moyenne au sol de l’ordre de 15 °C actuellement. C’est cette moyenne de 15°C qui risque fortement d’augmenter de 2 °C, peut-être même davantage, si la concentration en gaz à effet de serre (principalement le CO2) continue à augmenter du fait des activités humaines ( Billet du 10 avril 2020) .

IV – Pour comprendre la météorologie, la seule connaissance des flux de chaleur et des températures moyennes qui en résultent que l’on a décrites jusqu’ici est totalement impuissante à nous faire comprendre les mouvements au sein de l’atmosphère. Il nous faut pour cela prendre en compte la sphéricité de la Terre et son mouvement de rotation sur elle-même  . C’est alors que les observations en laboratoire ou dans l’atmosphère elle-même mettent en évidence dans l’hémisphère Nord l’existence de deux grandes zones de l’atmosphère séparées par une frontière nommée front polaire, formant un système d’ondes dites ondes de Rossby, qui se propagent d’Ouest en Est aux latitudes de l’Europe septentrionale( Billet du 20 avril 2020).

La grande idée pour comprendre la météorologie de l’hémisphère Nord est de réaliser que l’indispensable transfert d’énergie des tropiques vers les hautes latitudes provoque la constitution de masses d’air antagonistes qui vont s’affronter tout le long d’interfaces que l’on nomme justement des fronts.

L’observation  des conditions atmosphériques met en évidence des variations parfois brutales des divers éléments météorologiques :
–>  Rotations soudaine des vents ;
–>  Variations importantes et rapides de la température ;
–>  Passages rapides d’un temps froid et sec à un temps doux et humide ;
etc.

Comment expliquer ces phénomènes ?

N’oublions pas notre seconde grande idée : C’est l’inégalité importante de distribution du flux radiatif solaire entre les latitudes équatoriales et tropicales qui provoque la mise en route et l’entretien d’une gigantesque machine atmosphérique schématisée sur la figure ci-dessous :

Entre l’équateur et le pôle Nord, on peut ainsi distinguer le long d’une coupe méridienne trois grandes zones bien distinctes :

— D’abord, entre l’équateur et le tropique du Cancer (vers 23° de latitude Nord), se développe un phénomène puissamment convectif d’évaporation d’eau de mer chaude à l’origine de l’accumulation en altitude de masses d’air chaudes  très chargées en vapeur d’eau . Ce sont les cellules de Hadley , responsables de l’existence des vents alizés indispensables à l’alimentation des courants d’air ascensionnels qui pompent l’énergie thermique des eaux équatoriales

— Ensuite, grosso modo entre le 30ème et le 50ème degré de latitude Nord, on trouve une énorme masse d’air chaud et humide qui aura tendance à se débarrasser d’une partie de cette humidité (ce sont les pluies tropicales) mais surtout à gagner en latitude vers les régions de l’atmosphère plus au Nord, et donc plus froides. Ce sont les cellules de Ferrel . L’affrontement avec ces masses d’air plus froides doit donc nécessairement s’opérer, et c’est ainsi qu’apparait le phénomène de front polaire et d’ondes de Rossby décrit comme notre quatrième grande idée.

— Enfin, autour des régions polaires de l’Arctique (entre le pole et le 60ème degré de latitude Nord en moyenne), s’organise une dernière grande masse d’air dit polaire dont la dynamique sera largement prédominante dans notre météorologie des latitudes moyennes tempérées, des rivages Nord de la Méditerranée jusqu’aux latitudes de l’Islande.

Notre zone d’intérêt dorénavant, sera constituée d’une large partie de l’hémisphère Nord, représentée sur la carte suivante :

Cette zone, correspondant à ce que l’on nomme en météorologie l’échelle suprasynoptique, s’étend :

— du 40ème degré de latitude Nord ( à peu près celle de Lisbonne) jusqu’au cercle polaire ( 66° N) ;

— du 30ème degré Ouest de longitude (vers le milieu de l’Atlantique)  jusqu’à la longitude de Moscou (∼ 37° Est).

Cette zone du front polaire est le siège de conflits entre deux grands types de masses d’air :  De l’air froid polaire qui tend à s’écouler vers l’équateur, et de l’air chaud qui, au contraire, tend à monter vers le Pôle Nord

C’est de cette opposition de mouvements en sens contraires que naît l‘ondulation du front polaire, qui va être entraînée dans le flux général d’Ouest en Est .

Quelques heures après l’apparition de l’ondulation, il se forme un noyau de basse pression accompagné d’un mouvement tourbillonnaire cyclonique , terme technique qui signifie simplement : en sens inverse des aiguilles d’une montre :

À l’avant ( sur la droite du schéma ci-dessus) l’air chaud (en rouge) remplace l’air froid :  C’est la surface de front chaud .
À l’arrière ( sur la gauche) , l’air froid (en bleu) remplace l’air chaud :  C’est la surface de front froid .

Il se forme ainsi un tourbillon dépressionnaire,  et la surface frontale se sépare en deux parties, comme montré ci-dessous sur la coupe a-b par un plan vertical  :

La figure qui suit vous aidera à vous représenter une surface de front chaud, caractérisée par une pente pouvant varier de 1/200 à 1/1000 :

Les fronts froids présentent, eux, une pente beaucoup plus accentuée , généralement comprise entre 1/10 et 1/200 :

L’ensemble front chaud-front froid constitue ce qu’on appelle en météorologie une perturbation :

Le centre de la dépression associée (pression la plus basse) s’observe en A au sommet du secteur chaud.

Les isobares ( lignes d’égale pression atmosphérique) , comme en B , sont sensiblement rectilignes dans le secteur chaud .

Elles subissent une sorte de cassure le long de chaque front, comme en C , formant ainsi des thalwegs.

Cette  description est caractéristique d’une perturbation jeune (moins de 24 h après sa formation) .

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