LA METEO
La météorologie est l'étude des phénomènes atmosphériques à l'échelle du globe. Cette science tente de prévoir la prévision du temps pour les jours à venir.
L'aérologie est l'étude des masses d'air au niveau local et ce, dans la couche basse de l'atmosphère. Il s'agit de comprendre et d'exploiter les phénomènes thermiques et dynamiques : observation, analyse, choix, ... afin de voler en toute sécurité.
I- METEO : Les principes de base
1 - Généralités :
Le rayonnement émis par le soleil est en grande partie réfléchi vers le du sol.
Les océans et terres sont de gigantesques accumulateurs de chaleur ou de froid. Il se crée ainsi d'importants déséquilibres qui vont générer des échanges, des transferts, des mouvements.
2 - Les masses d'air
-L'air chaud est moins dense que l'air froid, donc il monte en altitude.
- L'air sec plus dense que l'air humide descend,il est aussi plus stable que l'air humide.
- Plus l'air est chaud et plus il peut contenir d'eau.
- Lorsqu'on comprime l'air, il s'échauffe, lorsqu'on relâche la pression sur un volume d'air, ce dernier se refroidit.
- L'eau peut se présenter sous trois formes : solide, liquide, gazeux.
- L'humidité joue un rôle important dans l'instabilité de l'air. Plus il y a d'humidité dans l'air, plus il y a de l'instabilité dans l'atmosphère. Lorsque l'atmosphère est surchauffée, l'air amorce un mouvement vers le haut en formant des cellules convectives. Les nuages se forment.
- Lorsque la vapeur se condense il y a formation de nuages.
- La quantité d'eau que peut contenir une particule dépend directement de sa températureet de la pression.
- Plus la pression est basse et plus l'air peut se charger d'humidité. Il s'agit d'un mécanisme important dans la formation des ouragans.
- L'air chaud et l'air froid ne se mélangent pas. L'air est un gaz qui obéit au principe suivant : deux portions d'air avec des caractéristiques de température différente ne se mélangent pas bien.
Une masse d'air se caractérise par sa température son humidité sa pression
-Sa température
La température varie avec l'altitude. C'est le gradient de température. Celui-ci peut être irrégulier, il décroît dans une première couche puis stagne ou croît (couche d'inversion) avant de décroître à nouveau. On peut alors avoir une superposition de masses d'air de nature différente.
La température est un des moteurs essentiels des mouvements de l'atmosphère.
Ainsi, la chaleur se transmet selon différents modes :
- le rayonnement solaire qui chauffe surtout l'écorce terrestre.
- la conduction ou l'air en contact avec le sol se réchauffe
- la convection qui intéresse de près le parapentiste : l'air s'échauffe par conduction, se dilate et, plus léger, s'élève.
- Son humidité
La quantité d'eau que peut contenir une particule d'air est liée à sa température : plus l'air est chaud, plus il peut contenir d'humidité jusqu'à un maximum (saturation).
- Sa pression
La pression moyenne à la surface de la terre est de 1013 Hp. A une plus grande échelle, les masses d'air qui nous concernent sont les masses d'air polaire maritime et continentale ainsi que les masses
d'air tropicale maritime et continentale. Les masses d'air chaudes du sud et les masses d'air froides du nord sont séparées par une " frontière " appelée le front polaire qui a une grande importance dans le climat de nos régions.
3 -Développement d'une perturbation
La pression varie à la surface du globe. C'est ainsi qu'apparaissent des zones de haute pression
(les anticyclones) et des zones de basse pression (les dépressions).
Anticyclone: Zone de haute presion autour de laquelle le vent tourne dans le sens horaire. Système d’isobares fermés dont la cote croît vers l’interieur. ( H Nord).
Depression: Zone de basse pression autour de laquelle le vent tourne dans le sens antioraire. Système d’isobares fermés dont la cote croît vers l’exterieur.
L’air s’échappe de l’anticyclone et empeche la formation de nuages. Inversement la dépression par ascendance permet la condensation et la formation de nuages.
Dorsale: Crête barométrique ou axe de haute pression.
Talweg: creux barométrique ou zone de basse pression.
L'inégalité des pressions commande le régime des vents qui tend à rétablir l'équilibre de la pression en transportant de l'air des anticyclones vers les dépressions. L'écoulement de l'air n'est pas direct, comme on pourrait le croire, du centre anticyclonique vers le centre dépressionnaire. En fait, comme la Terre tourne, une force d'inertie (la force de Coriolis) agit de telle sorte que le vent tourne autour des dépressions dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une montre ; autour des anticyclones, dans le sens des aiguilles (ceci, dans l'hémisphère nord).
Les différences de caractéristiques de ces masses d'air engendrent une ondulation du front polaire (perturbation) qui va se manifester par une formation nuageuse.
II- DE L'OBSERVATION DES NUAGES
La météorologie est une science complexe dont les différentes notions s’imbriquent les unes aux autres, et ce, pour essayer de donner une explication ... au temps qu’il fait.
1 - Observation des nuages
Un nuage est formé d'un ensemble de gouttelettes d'eau ou de cristaux de glace en suspension dans l'air. Il se forme par condensation de la vapeur d'eau lorsque l'air humide se refroidit.
2 - Description sommaire des nuages
- Les nuages de l’étage supérieur (sup. à 7000m, nuages de glace).
Cirrus (Ci) : forme de plumes, de filaments très blancs. Ils sont souvent le signe avant coureur de l’évolution du temps Cirro-cumulus (Cc) : petits nuages blancs pommelés et groupés
Cirro-stratus (Cs) : voile nuageux élevé et peu épais, à structure souvent filamenteuse.
-Les nuages de l’étage moyen (de 2 à 7000m, nuages mixtes).
Alto-cumulus (Ac) : souvent appelés moutons de couleur plus ou moins grise, aux contours nets. Ne donne pas de pluie. Alto-stratus (As) : couche grise homogène assez épaisse.
Nimbo-stratus (Ns) : couche grise foncée et épaisse, nuage de pluie interminable.
- Les nuages de l’étage inférieur (de 0 à 2000m, nuages d’eau).
Cumulus (Cu) : nuage dit de beau temps, bourgeonnant, isolé, d’un blanc éblouissant dans sa partie ensoleillée. Peut se développer vers la couche moyenne (congestus) et donner un grain
Stratus (St) : couche grise très uniforme, appelé brouillard lorsqu’il touche le sol
Strato-cumulus (Sc) : contour typique du cumulus mais aplati comme un stratus
- Un nuage particulier
Le cumulo-nimbus (Cb) : très développé verticalement sur les 3 étages, nuage d’orage violent redouté des parapentistes
3 - La formation des nuages
Un nuage est formé d'un ensemble de gouttelettes d'eau ou de cristaux de glace en suspension dans l'air. Il se forme par condensation de la vapeur d'eau lorsque l'air humide se refroidit. Le refroidissement est provoqué:
• soit par contact avec une surface plus froide
• soit - le plus souvent - selon le processus :
Soulèvement =Détente =Refroidissement
Les mécanismes du refroidissement:
La convection
Le réchauffement du sol se communique à l'air qui, dilaté donc plus léger, se met à monter et se refroidit par détente. Les nuages de convection apparaissent d'autant plus facilement qu'il y a de l'air froid en altitude (masse d'air instable).
Le soulèvement orographique
Le relief oblige la masse d'air à s'élever sur sa face au vent. La masse d'air s'élevant, sa température s'abaisse et peut atteindre le seuil de saturation. Un nuage se forme alors sur le versant au vent et
se dissipe sur le versant sous le vent.
L'effet de Foehn
C'est un phénomène météorologique qui a lieu principalement dans les hautes montagnes mais ce phénomène peut intervenir à partir des altitudes comprises entre 500 et 600 mètres. Il se caractérise par de fortes précipitations sur le versant de la montagne situé au vent et d'un vent chaud et sec sur le versant sous le vent.Il faut un vent perpendiculaire à la montagne pour que se produise le phénomène.
L'air remonte la pente et finit par se refroidir, se décharge de son humidité avec de fortes pluies alors que l'autre versant est sous le Soleil avec de l'air sec .Du coup, il existe une différence de pression entre les deux versants.L'air descend de la montagne tout en ayant perdu une grande partie de son humidité, il se comprime alors et devient de plus en plus chaud. Il est alors très dangereux de voler sur le le versant sous le vent a cause des lenticulaires, des vents violents et des rotors.
Le Soulèvement frontal
Dans une perturbation en mouvement, l'air chaud est soulevé à l'avant par la masse d'air froid antérieur (front chaud).
L'air froid postérieur rejette l'air chaud en altitude (front froid). Le long des fronts se forment les nuages.
Le refroidissement par la base
Ce mécanisme conduit à la formation de nuages bas ou brouillard. Il est fréquent l'hiver à l'approche d'un masse d'air doux et humide venant de l'Atlantique. On l'observe l'été en mer lorsque de l'air relativement doux arrive sur des eaux froides.
Refroidissement par convergence
L'air qui converge dans une dépression ne peut s'accumuler constamment en son centre : il s'échappe vers le haut. La dépression génère donc un mouvement vertical ascendant.
III – Les effets thermiques
- Air stable et instable
Certains atmosphères amplifient les phénomènes d’ascendance : ils sont de type instable. Les autres sont de type stable. La masse d’air a un certain gradient de température : plus on s’élève, plus la
température diminue.
Une poche d’air surchauffé quitte le sol et se refroidit de 1°C par 100m pour de l’air sec (gradient dynamique dit adiabatique) et de 0,5 à 0,8°C par 100m pour de l’air saturé (gradient pseudoadiabatique).
Le mouvement ascendant d’une particule d’air s’étouffe lorsque l’air ambiant devient plus chaud que l’air de l’ascendance. Ainsi, une masse d'air est dite stable si son gradient statique de température est inférieur au gradient adiabatique dynamique.
En air stable, l'ascendance de la bulle d'air sera bloquée vers 1000m tandis qu'en air instable, elle montera au-delà de 1000m car sa température est supérieure à l'air ambiant.
- Le déclenchement des thermiques
- L’humidité doit être résorbée avant que le sol ne puisse s’échauffer, ces surfaces sont plutôt des zones d’air frais.
- Le rayonnement solaire et l’angle d’attaque des rayons,plus ils sont perpendiculaires au sol, plus la température sera élevée.
- Le vent favorise le décollement des ascendances mais trop de vent empêche la stagnation de l’air au sol et donc son réchauffement.
- Le contraste et la nature des sols : expositions différentes (un contraste de 3° suffit), couleurs des sols, ...
- Les brises de vallée et brises de pente
Brise montante
Les pentes qui dominent les vallées, sous l'action du soleil montant, chauffent et transmettent une partie de cette chaleur par conduction aux basses couches d'air qui les surmontent, comme une plaque chauffante. Cet air se trouve alors plus chaud, donc plus 'léger' que l'air situé au dessus ou dans les vallées moins ensoleillée. Il a donc tendance à remonter la pente formant la brise de pente.
L'air de la vallée, bien que plus froid, est alors obligé de monter lui aussi afin de combler le vide laissé par l'air chaud des pentes qui s'est échappé par le haut. C'est la brise de vallée.
Brise descendante
Lorsque le soleil cesse de chauffer les pentes en fin d'après-midi, le sol se refroidit rapidement. L'air de la vallée, refroidi, tend à s'écrouler vers le fond de la vallée. L'air des pentes n'a pas d'autre choix que de suivre le mouvement descendant puisque le soleil ne chauffe plus assez pour le faire monter. Par conséquent la brise s'inverse et devient descendante.
Confluence
C’est l’ascendance née de la rencontre de 2 vents. Il y a mouvement de convergence des brises allant des plaines vers les montagnes. Attention ainsi aux passages de cols.
Les brises de mer
On observe le même phénomène avec les brises de mer.Le jour par beau temps le sol chauffe plus rapidement que la mer, il se développe un courant d'air ascendant qui est remplacé par l'air de la mer créant ainsi une brise. La nuit on observe le phénomène inverse.
La Restitution
Les forêts, la neige, les lacs, la mer, les terrains humides se réchauffent et se refroidissent plus lentement que la moyenne. Les brises sont par conséquent moins marquées. Le soir, ces terrains se refroidissent plus lentement que l'air qui les recouvre. Ils sont donc un peu plus chauds et produisent des ascendances. On peut profiter de ces ascendances du soir pour voler au dessus des forêts. On
parle de vols de restitution. Ce phénomène est aussi responsable des brises de mer et brises de terre qui s'établissent sur le littoral.
La situation aérologique
L'écoulement de l'air dans les reliefs n'est pas laminaire. Il accélère dans les vallées et au sommet des reliefs, il se crée des turbulences derrière les obstacles.
L’effet venturi
Un resserrement d’écoulement du vent (vallée par exemple) se traduit par une une accélération du débit (loi de la conservation des débits). Cet effet venturi se retrouve également en haut d’un relief et varie en fonction de la vitesse du vent, de la forme de la pente et de l’orientation de la pente par rapport au vent.
De manière générale il y a turbulence lorsqu'il y a : conflit entre deux masses d'air. Ce conflit peut se jouer entre deux masses d'air de très grande taille (turbulences au voisinage des fronts météo) ou bien au contraire de petite taille (aux abords d'un thermique par exemple). Elle produit des cisaillements. Conflit entre une masse d'air et un obstacle : montagne, maison, arbre; sol rugueux,... Phénomène non moins complexe produisant des remous, rotors, rouleaux,...
- Zones au vent et zones sous le vent
- Turbulences de sillage
- Turbulences d'obstacles
- Gradient de vent près du sol
- Le cisaillement (horizontal et vertical)
Attention, pour un même relief, la force du vent et son orientation provoquent des turbulences différentes.
Les dangers aérologiques
- Turbulences : avec les variations d’incidence et de vitesse sur les ailes. Turbulences d’obstacles, de relief, rouleaux sous le vent d’un sommet.
- Effet venturi : col, resserrement de vallée, contournement d’arête, sommet de relief.
- Gradient de vent : Dans une zone proche du sol, la vitesse du vent décroît par frottement. Le gradient est variable selon la nature du sol, la proximité d’obstacles, la force du vent, ... Important à prendre en compte lors de l’atterrissage mais aussi lors de repose au sommet ou en vol de pente !
Effet du gradient à l’atterrissage :
- Effet aérodynamique : la diminution du vent engendre une diminution de la vitesse air donc de la RFA : l'aile s'enfonce.
Si l'aile est stable, elle s'oppose à cette augmentation d'incidence en piquant transitoirement pour se retrouver plus bas à vitesse et incidence initiale.
- Effet cinématique : si le vent de face est de 40 km/h, en cas de fort gradient, la voile pénètre mieux donc la vitesse sol augmente. Donc on a diminution de la finesse air et augmentation de la finesse sol.
– L’aérologie dangereuse
- Des cumulus congestus au cumulonimbus. Les ascendances sont de plus en plus fortes : éviter de voler sous la base du nuage. S’il est temps d’interrompre le vol, attention à l’atterro : les brises au sol peuvent être très fortes.
- Les inversions de température : une couche d’atmosphère instable peut être surmontée d’une inversion qui "écrase" la couche les thermiques en créant ainsi une zone turbulente. Attention, ces conditions idéales pour des pilotes en voie d’autonomie ne s’évaluent qu’une fois en vol.
LES NUAGES
Les nuages sont l'expression la plus visible de ce qu'on appelle les météores. En effet, si dans le langage courant ce terme désigne un objet d'origine interstellaire, pour le météorologue il désigne tout simplement et beaucoup plus généralement un ensemble de particules étrangères à la masse d'air, c'est-à-dire à la composition de l'atmosphère. Parmi ceux-ci, on distingue entre autres les lithométéores, qui vont du grain de poussière d'origine volcanique ou de pollution à la météorite, et les hydrométéores, qui sont constitués en majeure partie d'eau, autant dire les nuages généralement (mais les trombes en font partie également).
Pour les classifier, les météorologues ont pris le parti de tout simplement décrire leur forme d'une part, et les situer en altitude d'autre part. Ce qui permet à toute personne avertie de les reconnaître facilement.
Les formes sont :
Les nuages en couches, ou strates, qui comprennent le terme stratus (strato-),
Les nuages d'accumulation qui comprennent le terme cumulus (cumulo-).
Les altitudes ont été réparties en 3 étages de la troposphère :
L'étage inférieur : de 0 à 2000m d'altitude environ (sous nos latitudes),
L'étage moyen : de 2000m à 7000m environ,
L'étage supérieur : de 7000m aux limites de la troposphère.
Des préfixes sont utilisés pour identifier l'étage d'appartenance du nuage : cirro- pour l'étage supérieur alto- pour l'étage moyen et pas de préfixe pour l'étage inférieur.
Enfin, des suffixes sont employés pour désigner une caractéristique complémentaire éventuelle. Le plus important pour nous est le suffixe nimbus (nimbo-) qui désigne les nuages produisant des précipitations.
Le schéma ci-dessous regroupe les principaux types de nuages :
Les nuages les plus dangereux pour la pratique du parapente sont :
Les nuages à fort développement vertical:
Cumulonimbus en tête, mais aussi Cumulus congestus et dans une certains cas Nimbostratus . Ce sont tous des nuages qui ont une capacité ascendante propre, celle-ci étant dans beaucoup de cas apte à rendre vaines toutes tentatives de fuite verticale ou horizontale. Un parapente "capté" par l'un de ces aimants va littéralement être promené durant des heures et à des altitudes incompatibles avec la respiration et la résistance au froid de l'être humain...
Les nuages symptômes de vent:
Lenticulaires et Cumulus de rotor, qui ne présentent aucun danger par eux-mêmes, mais par ce qu'ils indiquent : vent très fort pour le premier, turbulences pour le second.
La Transformation adiabatique
- Une forte humidité entraîne une instabilité de la masse d’air.
- La baisse de pression entraîne l'instabilité et le renforcement du vent.
- Les contrastes de températures entraînent l'instabilité.
Plus l’air est sec, moins il sera sujet aux phénomènes de condensation (libérant de la chaleur) et donc à l’instabilité.
L’humidité sous ses trois formes
Visible: (pluie, rosée ou brouillard).
Invisible sous forme gazeuse: (la vapeur d’eau).
Solide: (grêle, glace, neige).
Le point de rosée est une température calculée en fonction de la teneur en humidité, la pression et la température ambiante, à partir de laquelle l’humidité contenue dans l’air se dépose, car l’air est saturé.
La température de l’air ambiant diminue avec l’altitude, alors que la température d'une particule d’air saturé, baisse moins !
Quand une bulle d’air s’élève, sa pression diminue et son volume augmente, elle subit une détente qui abaisse sa T°.
Profil vertical des T° en Atmosphère standard
La décroissance de l’air ambiant est de 6,5°/1000m.
Dans un nuage ou dans un air saturé l’air se refroidit de 4°/1000m.
En atmosphère Stable: La baisse de la température de l’air (0,65°/100m) est inférieure à la détente adiabatique).
Ascendance: 1°/100m, c'est le gradient adiabatique sec.
En atmosphère instable: La baisse de la température de l’air est supérieure à la détente adiabatique.
Ascendance: 0,6°/100m, c'est le gradient adiabatique saturé.
Résultat: La particule d’air n’en finit pas de monter.
Les Cause de l’instabilité:
En atmosphère saturée le rejet d’eau entraîne la condensation
La transformation d’un gaz en liquide dégage de des calories donc le taux de refroidissement n’est plus que de 0,6°/100m et la bulle va monter plus haut.
Air stable: Les colonnes d’air réchauffées au contact du sol (ensoleillement, convection) se refroidiront suffisamment en montant en altitude, pour être plus froides que leur environnement, là elles retombent et le cycle se reproduit.
Air instable: En montant, les colonnes se réchauffent un peu à cause de la condensation, et du coup restent plus chaudes que leur environnement, donc continuent de monter.
Ce cas de figure peut s’auto alimenter, ce qui donne des nuages monstres, sujets à des ascendances fortes et turbulentes, dangereuses, voire mortelles.
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