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									                          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
   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
     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

1.   Au sein d’un cumulus, la condensation et la production de chaleur sont maximales en
     milieu de troposphère;
2.   L’énergie potentielle (Ep) produite (cf équation de Laplace) perturbe l’équilibre
     géostrophique pré-existant et génère des Ondes d’Inertie-Gravité (IG);
3.   Les OG dissipent une partie de l’Ep en la transportant à l’infini : phénomène
     d’ajustement au géostrophisme;
4.   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;
5.   L’addition d’énergie génère, par ‘effet miroir’, une dépression en basse tropo et un
          anticyclone en haute tropo.
  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
          Pmer                           Chap 2. une tempête
                        tempête
                                      tropicale sur le Pacifique
                        tropicale        NO: illustration de
         Dt                                « l’effet miroir »
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
     H    H
                          tempête
                          tropicale     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)
               sommaire général
                                 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;
     d                  dQ
 (1)        u    v    w                                   dQ >0 par Condensation;
     dt   t    x    y    z   dt                            dQ <0 par pertes radiatives


• L’Analyse en Ordre de Grandeur (AOG) de l’équation de la thermo s’écrit :
                                             Q
 (2)                  U          V          W      ~
                         x         y         z   t

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).
                                          sommaire général                       retour : TUTT
     Chap 2. Les autres sources d’énergies présentes sous les tropiques
              : l’instabilité barocline et l’instabilité barotrope

1.   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 :
 z       U               B
                                               B= bas géopotentiel
                                  Sv           D= dépression



                                                x
                               D
La conversion d’énergie barocline correspond à un transport méridien de chaleur
                                         sommaire général
     Chap 2. Les autres sources d’énergies présentes sous les tropiques
              : l’instabilité barocline et l’instabilité barotrope

1.   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 Front froid
                   - chap 6.2    Dépression subtropicale d’hiver

                   - chap 6.4    Ligne de cisaillement

                   - chap 6.5    Cold surge


                                                                                   sommaire général
   Chap 2. Les autres sources d’énergies présentes sous les tropiques
            : l’instabilité barocline et l’instabilité barotrope
  2.    L’instabilité barotrope
                                        ( f   )  a
   La condition nécessaire                             0
   d’instabilité barotrope s’écrit :        y      y
 > Une zone d’instabilité barotrope correspond à un changement
   de signe du gradient méridien du tourbillon absolu.

illustration avec                                             Source : d’après Charney dans
                                                              Morel (1973)
un jet d’Est              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).

Ouest               équateur                              x                   sommaire général
                                                    Est
     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



            Sh


          Ouest                                                                    Est
                                                                                     x
                                                                                          Source :
            Sh                                                                            De Moor, 91




          La conversion d’énergie barotrope correspond à un transport méridien de
                                            v’
          quantité de mouvement zonal u’ ou sommaire général                             sommaire général
 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:
       z                                  Sh                            en juillet-août


              14°N                                JEA
                                                                           orientation SO/NE
       12°N                                                                de l’axe des
                                     Sh                                    thalwegs

        600-700 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
  Chap 2. Autre source d’énergie sous les tropiques : le relief


                                  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




                                      sommaire général             Chap 3 Climats régionaux
                           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.

								
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