Les vents et la circulation de l’atmosphère à l’échelle planétaire

1. 2011 Formation en météorologie Les vents et la circulation de l’atmosphère à l’échelle planétaire Lecture facultative : Ahrens 2009, Meteorology Today, pp. 205-221; 259-285

2. Quelques remarques à propos du vent sur les cartes météo • L : dépression ou cyclone extra-tropical • Les vents y tournent en sens anti-horaire (hémisphère Nord) … pourquoi ? • H : anticyclone • Les vents y tournent en sens horaire (hémisphère Nord) … pourquoi ? • Les vents croisent les isobares en surface et sont parallèles à celles-ci en altitude … pourquoi ? SCA-2611 Introduction à la météorologie

3. -5 -4 Physique élémentaire : vitesse et forces • Plus les contours sont rapprochés, plus les vents sont forts … pourquoi ? pression température Point de rosé Direction et vitesse du vent Couverture nuageuse SCA-2611 Introduction à la météorologie

4. Physique élémentaire : vitesse et forces • Qu’est-ce que la vitesse d’un objet ? • Distance parcourue dans un temps donné, ET… • La direction dans laquelle l’objet se déplace • En physique, lorsque la vitesse d’un objet change (en grandeur et/ou en direction), on dit qu’il y a accélération. Il y a accélération lorsque : • Seulement la direction change, ou • Seulement la grandeur change • Ou les deux changent SCA-2611 Introduction à la météorologie

5. Physique élémentaire : vitesse et forces • Toute accélération d’un objet est le résultat d’une force agissant sur l’objet (si aucune force n’agit, la vitesse de l’objet restera constante et en grandeur, et en direction) • Donc si un objet va plus vite, ou s’il va moins vite, ou s’il change de direction, il est accéléré, et cela est dû à une force agissant sur lui • La direction et la vitesse du vent dépend donc de la nature des forces agissant sur l’air SCA-2611 Introduction à la météorologie

6. Les forces agissant sur le vent • Force du gradient de pression • Force de Coriolis • Force centripète • Force de friction SCA-2611 Introduction à la météorologie

7. La FGP et la force du vent • Les isobares rapprochées correspondent à de forts vents • Les isobares plus lâches correspondent à des vents plus faibles SCA-2611 Introduction à la météorologie

8. Force de Coriolis • La FGP est la cause d’origine du vent • Dès que l’air se met à bouger à cause de la FGP, il est immédiatement dévié de sa course par la force de Coriolis SCA-2611 Introduction à la météorologie

9. Force de Coriolis SCA-2611 Introduction à la météorologie

10. Force de Coriolis • La force de Coriolis sur un objet se déplaçant au-dessus d’une Terre en rotation dépend de • La vitesse de l’objet • La latitude de l’objet • La force de Coriolis ne change que la direction du vent, jamais la vitesse SCA-2611 Introduction à la météorologie

11. Effet de la vitesse

12. Effet de la latitude

13. Pourquoi le vent en altitude est-il parallèle aux isobares ? SCA-2611 Introduction à la météorologie

14. Vent géostrophique • Lorsque le vent est à l’équilibre entre la FGP et la force de Coriolis, ilsouffle à vitesseconstante et dans la même direction, et se nommevent géostrophique (géo : Terre ; strophos : tournant) • Le vent estpurementgéostrophique le long d’isobaresrectilignes SCA-2611 Introduction à la météorologie

15. Le vent géostrophique en altitude peutêtreestimécomme suit : • Direction : parallèle aux isobares • Vitesse : inversementproportionnelle à l’espacement des isobares (rapprochées = vents forts; éloignées = vents faibles) • Donc : même en l’absence de mesuresdirectes du vent, le vent réelpeutêtreestimé (à 10% près) par les mesures de pressionseulement. SCA-2611 Introduction à la météorologie

16. Force centripète • Les isobares des cartes météo ne sont pas seulement rectilignes, mais présentent très souvent une courbure plus ou moins importante. • La courbure des isobares cause un déséquilibre entre la force du gradient de pression et la force de Coriolis, causant à son tour un changement dans la direction du vent. • La force nette se nomme force centripète, puisqu’elle agit vers le centre du système afin de changer la direction du vent. SCA-2611 Introduction à la météorologie

17. Force de friction • La surface de la Terre, avec toutes ses irrégularités et sa topographie variée, cause une force de friction importante sur le vent, qui se fait sentir typiquement jusqu’à 1000m d’altitude. • Cette couche de l’atmosphère dans laquelle l’effet de la surface terrestre est notable se nomme la couche limite planétaire. • La force de friction cause une diminution de la vitesse du vent, et donc de la force de Coriolis. • Il s’ensuit une domination du gradient de pression sur la force de Coriolis, qui amène le vent à tourner vers les basses pressions de sorte que la direction du vent croise les isobares vers les basses pressions selon un angle d’environ 30° en moyenne. SCA-2611 Introduction à la météorologie

18. Force de friction • Autour d’une dépression en surface, le vent tourne donc dans le sens anti-horaire dans l’hémisphère Nord (horaire dans l’hémisphère Sud) et converge vers son centre. • Autour d’un anticyclone en surface, le vent tourne dans le sens horaire dans l’hémisphère Nord (anti-horaire dans l’hémisphère Sud) et diverge de son centre. SCA-2611 Introduction à la météorologie

19. La convergence des vents de surface autour d’une dépression provoque l’ascension de l’air au centre • Vers 5-6km d’altitude, cet air commence à diverger. • La pression centrale de la dépression changera si la convergence en surface n’est pas égale à la divergence en altitude • Le développement d’unedépressiondépenddonc du déséquilibreentre la convergence de surface et la divergence d’altitude SCA-2611 Introduction à la météorologie

20. Résumé : Les forces • Force du gradient de pression • Produite par la différence de pression due à une différence de température • Force de Coriolis (force apparente) • Dévie la circulation atmosphérique vers la droite dans l’hémisphère nord à cause de la rotation de la terre. • Force centripète • Force nette dirigeant le vent vers l’intérieur des systèmes de basse et de haute pression. • Friction • Frottement dû à la surface de la terre.

21. Nord C 900 mb 904 mb 908 mb A Résumé : Les forces CIRCULATION HORIZONTALE CIRCULATION VERTICALE Gradient de pression C A Force du gradient de pression Force de Coriolis Vent de horizontal • La vitesse du vent est proportionelle au gradient de pression. • La forces centripète dirige le vent vers l’interieur du cyclone et vers l’extérieur de l’anticyclone. • La force de friction va réduire la vitesse du vent.