Cet article couvrira :

À la fin de l'article précédent sur le vent, nous avons présenté la circulation globale du vent autour du globe. Pour chaque hémisphère, la circulation globale du vent définit trois zones :

Les régions équatoriales et polaires sont très spécifiques en termes de météo et ne sont pas abordées ici.

Les latitudes moyennes sont régies par la cellule de Ferrel. Cette région est prise en sandwich entre l'air froid et sec et l'air chaud et humide, ce qui en fait un lieu où se produisent la plupart des transferts de chaleur et des systèmes météorologiques. C'est également là que vit la majeure partie de la population mondiale, et nous nous concentrerons sur le climat de ces latitudes dans cet article.

Dans l'hémisphère Nord, la partie nord de la cellule de Ferrel est très dynamique, et c'est là que se produisent la plupart des phénomènes météorologiques. Autour de 60° Nord se trouve une ligne imaginaire appelée front polaire. De part et d'autre de cette ligne, les conditions météorologiques sont très différentes :

Ces deux masses d'air très différentes doivent se mélanger. Ce mélange se produit, au sens figuré, par de grands ventilateurs poussant l'air chaud vers le nord et l'air froid vers le sud. Le grand ventilateur qui tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre représente les dépressions des latitudes moyennes que rencontrent les navigateurs en navigation (par exemple, lors de la traversée de l'Atlantique Nord des États-Unis vers l'Europe, ou lors du Vendée Globe dans les océans australs lors du contournement de l'Antarctique).

Cet article se concentrera sur l’explication de la mécanique de ces dépressions et sur la façon dont certaines d’entre elles s’intensifient en de puissantes tempêtes.

Mais avant cela, faisons une brève présentation de ce qu'est un front météorologique dans la section suivante.

Le schéma ci-dessus montre deux masses d'air différentes de part et d'autre du front polaire à 60° Nord. Des symboles météorologiques permettent d'identifier facilement les masses d'air chaudes et froides, ainsi que leur mouvement.

L'air froid remplace l'air chaud. Le triangle bleu indique la direction du mouvement du front.

L'air chaud remplace l'air froid. Le demi-cercle rouge indique la direction du mouvement du front.

Un front occlus se forme lorsqu'un front froid plus rapide rattrape un front chaud plus lent, provoquant le soulèvement de l'air chaud entre deux masses d'air plus froides. Ce processus entraîne un mélange des couches d'air et engendre généralement des phénomènes météorologiques complexes tels que la formation de nuages, des pluies continues, voire des orages. Après le passage du front occlus, le temps se stabilise souvent et s'éclaircit.

Un front stationnaire est immobile, comme son nom l'indique. Les symboles utilisés sont une combinaison des fronts froid et chaud. Quel que soit le front, l'air froid se trouve de l'autre côté du triangle, et l'air chaud du côté des demi-cercles.

Comme nous l'avons vu dans la première partie, la dépression que connaissent les marins naviguant aux latitudes moyennes est responsable du mélange d'air froid et d'air chaud au niveau du front polaire. Les marins ressentent une dépression lorsqu'elle est associée à une baisse de la pression atmosphérique, souvent accompagnée de précipitations et de vents violents.

Cette section explique la physique de la formation de ces dépressions. Le lecteur peut approfondir ses connaissances en consultant le site https://pressbooks-dev.oer.hawaii.edu/atmo/chapter/chapter-13-extratropical-cyclones/

Il y a 5 étapes de la cyclogenèse.

Stade 1 : Au front polaire, autour du 60e parallèle nord, l'air froid au nord et l'air chaud au sud sont séparés par un front stationnaire. C'est la phase initiale, ou phase d'équilibre.

source : https://slcc.pressbooks.pub/

Étape 2 : la formation d'une onde frontale

Une perturbation se produit qui va perturber cet équilibre et pousser l’air froid vers le sud et l’air chaud vers le nord.

Étape 3 : un cyclone nouvellement développé

Stade 4 : Cyclone mature, formation d'un front occlus et point triple

Le front froid rattrape le front chaud.

Étape 5 : Phase de dissipation

Le modèle ci-dessus décrit ce qui se passe à la surface. L'air converge au centre de la dépression et s'élève, comme l'air dans une cheminée. Mais l'air ascendant doit trouver des conditions favorables en haute atmosphère pour continuer à s'élever et ensuite s'évacuer. On peut comparer cela à un feu dans une cheminée. La cheminée doit favoriser l'ascension de l'air, sinon le feu s'étouffe.

Nous passerons ensuite au chapitre suivant, au niveau supérieur, pour trouver quelles sont les conditions favorables pour qu'une dépression s'intensifie et devienne une puissante tempête.

Pour les lecteurs de l'hémisphère sud, les images ci-dessus peuvent prêter à confusion, car les systèmes dépressionnaires tournent dans le sens des aiguilles d'une montre dans cette région. Pour vous éviter des torticolis, nous avons inversé et combiné les images ci-dessous.

Au niveau supérieur, nous utilisons la hauteur géopotentielle plutôt que l'isobare. Ces cartes sont légèrement différentes ; les creux et les crêtes représentent les valeurs basses et hautes.

Un creux est lié à une basse pression. Les lecteurs de cartes météorologiques connaissent le système dépressionnaire général, qui représente un cercle fermé d'isobares. Le creux est une zone allongée de basse pression atmosphérique, sans contour isobarique fermé. On peut l'imaginer comme une vallée.

L'image ci-dessus représente 2 choses :

Image : les lignes de pression peuvent être représentées par des altitudes sur une carte de sentiers. Si vous suivez la ligne de creux vers le nord, vous descendez une vallée, entourée de terrain de chaque côté.

Une crête est liée à une haute pression. Il s'agit d'une zone allongée de pression atmosphérique plus élevée, sans contour isobare fermé. On peut l'imaginer comme une colline.

L'image ci-dessus représente 2 choses :

Image : Si vous faites une randonnée sur la ligne de crête vers le sud, vous gravirez une montagne avec des falaises des deux côtés.

Les creux et les crêtes ne se produisent pas seuls. Ils se produisent côte à côte et se combinent pour former une onde.

Le motif des vagues montre clairement le mélange de l’air, comme les grands ventilateurs que nous avons mentionnés dans la partie 1.

Les crêtes sont associées à de l'air chaud, à une haute pression en altitude et à une atmosphère plus stable. Cela se traduit généralement par des conditions climatiques sèches et clémentes sous la crête.

Le creux est associé à un temps frais et dégradé, et la crête à un temps chaud et doux, comme illustré ci-dessous.

Les creux et les dorsales se produisent à la fois en surface et en altitude. Ceux de la haute atmosphère sont à l'origine des régimes météorologiques mondiaux, qui influencent à leur tour les phénomènes au niveau du sol.

Les prévisionnistes sont comme des détectives (voir la série télévisée « The Rookie » 😀) et utilisent le milieu de l'atmosphère (500 mbar, soit environ 5 kilomètres d'altitude) comme point de repère pour trouver des indices sur l'endroit où une tempête se formera à la surface. Les tempêtes se forment lorsque l'air s'élève ; voir le cours 3 sur les nuages. Le prévisionniste consulte donc la carte géopotentielle à 500 mb pour identifier les zones où l'air s'élève. On peut se demander comment une carte météorologique peut indiquer où l'air s'élève ?

L'air s'élève là où il converge, ce qui se produit lorsque l'air tourne ou tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère nord. Cette rotation est appelée tourbillon positif. Il suffit donc aux prévisionnistes de rechercher les zones de tourbillon positif pour savoir où les tempêtes se développeront.

Plus d'informations sur Weather.gov - Principes de base du tourbillon

La vorticité se produit en raison de 3 choses énumérées :

La théorie ci-dessus est complexe, mais peut être décomposée en une image simple. La zone de vorticité positive globale maximale se situe devant le creux (zone bleue ci-dessous). C'est la zone dangereuse et il faut y prêter une attention particulière. L'arrière du creux présente une vorticité, mais moins importante (zone orange ci-dessous).

Ci-dessous, un exemple d'un véritable géopotentiel de 500 mbar.

Nous avons ajouté ci-dessous sur la même carte, les zones devant le creux où des orages/dépressions vont se générer.

Les tempêtes se forment là où l'air s'élève, comme illustré dans la section précédente. L'air s'élève jusqu'à un certain point (le sommet de la troposphère, à 10 kilomètres d'altitude, qui forme un mur infranchissable). L'air doit être évacué pour que l'ascension verticale se poursuive et que la dépression se renforce. Ainsi, en observant la haute atmosphère (300 mbar / 9 kilomètres d'altitude), le prévisionniste/détective recherchera des indices de divergence d'air, conditions idéales pour le renforcement des tempêtes.

Les courants-jets sont les endroits où le vent est vraiment fort au-dessus de 200 nœuds. Les zones d'entrée droite et de sortie gauche des courants-jets sont des zones où les vents en altitude divergent, permettant à l'air en dessous de s'élever. Ces deux zones sont indiquées en rouge ci-dessous.

Plus d'informations peuvent être trouvées sur : https://skepticalscience.com/print.php?n=1967

Si nous combinons tout ce que nous avons vu précédemment, voici où une dépression s'intensifiera en une puissante tempête :