Reflets de la Physique n°57 avr/mai 2018
Reflets de la Physique n°57 avr/mai 2018
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°57 de avr/mai 2018

  • Périodicité : bimestriel

  • Editeur : Société Française de Physique

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 48

  • Taille du fichier PDF : 5,8 Mo

  • Dans ce numéro : dossier micronageurs naturels et artificiels.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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De nombreuses zones d’ombre demeurent encore sur notre connaissance de la dynamique des tempêtes hivernales, et ce, malgré une demande sociétale toujours accrue pour améliorer leur prévision à courte échéance ou encore pour estimer leur évolution dans le climat futur. L’article commence par une explication du mécanisme principal permettant le développement d’une tempête, et par un rappel des caractéristiques des dernières tempêtes ayant touché la France. Dans une seconde partie, on présente les problèmes de prévisibilité liés aux incertitudes sur les conditions initiales, et les différentes stratégies employées par les centres opérationnels de prévision du temps pour prendre en compte ces incertitudes. Les termes suivis d’un astérisque sont définis dans le glossaire, p.9. 4 Reflets de la Physique n°57 Tempêtes hivernales des latitudes tempérées  : théories et prévisions Gwendal Rivière (1) (griviere@lmd.ens.fr) et Philippe Arbogast (2) (philippe.arbogast@meteo.fr) (1) Laboratoire de Météorologie Dynamique, IPSL, UMR 8539 (CNRS/École polytechnique/ENS Paris/Sorbonne Université/PSL Research University), 24 rue Lhomond, 75231 Paris Cedex 05 (2) Centre National de Recherches Météorologiques, UMR 3589 (Météo France/CNRS), 42 av. G. Coriolis, 31057 Toulouse Cedex 1 Les dépressions et anticyclones qui se succèdent aux latitudes tempérées sont des perturbations atmosphériques dont les périodes sont inférieures à la semaine et les échelles spatiales de l’ordre de quelques milliers de kilomètres. Ces perturbations sont plus intenses en hiver et responsables de la formation de phénomènes météorologiques extrêmes comme les tempêtes. Elles jouent également un rôle déterminant dans la circulation générale de l’atmosphère et le climat. Leur dynamique a été étudiée de manière intensive depuis des décennies mais certains aspects sont encore mal connus, notamment leur évolution dans le cadre du changement climatique. Enfin, la prévision météorologique de ces perturbations et, plus particulièrement, des tempêtes hivernales constitue plus que jamais un défi majeur. Klaus, 22/01/2009 à 18 h Froid Chaud Tourbillon d’altitude anomalie de tropopause o a b o c Cycle d’évolution des tempêtes  : description et théories Le cycle de vie des dépressions des latitudes tempérées est généralement décomposé en plusieurs étapes qui sont illustrées sur la figure 1. Celle-ci présente le cas de la tempête Klaus qui a frappé le sud-ouest de la France et le nord de l’Espagne le 24 janvier 2009, en créant des rafales de vent dépassant les 200 km/h. La phase d’initiation est celle qui aboutit à l’apparition d’un nouveau noyau de vorticité* dans les basses couches de la troposphère (en rouge, en bas à gauche de la figure 1a). Elle s’opère dans une zone de forts contrastes thermiques (zones où les bandes colorées se resserrent), proche de la position du Gulf Stream. Ensuite, vient la phase dite de maturation Klaus, 23/01/2009 à 06 h Klaus, 23/01/2009 à 18 h Tourbillon de basses couches 1. Évolution temporelle de la tempête Klaus (22-24 janvier 2009) dans l’Atlantique Nord (côtes marquées en rouge), caractérisée par l’interaction entre un tourbillon d’altitude (région de basse tropopause indiquée en mauve, qui fluctue autour de 8 km d’altitude en hiver) et un tourbillon de basses couches (indiqué en rouge par une forte vorticité) dans un environnement à forts contrastes thermiques, comme le montre la carte de la température à 1000 hPa (plages colorées, intervalle  : 5°C). Les images (a), (b) et (c) représentent des situations instantanées séparées de 12 heures. Données  : ERA-Interim.
Rudy 40. Un garage sous les peupliers arrachés par la tempête Klaus, à Pomarez dans le département des Landes (40), le 24 janvier 2009. (fig. 1b), durant laquelle la vorticité des basses couches s’intensifie conjointement avec une anomalie tourbillonnaire d’altitude, située plus à l’ouest et marquée par l’abaissement de la tropopause (nappe mauve), surface de séparation entre la stratosphère et la troposphère. Cette phase se termine lorsque l’anomalie de surface atteint son maximum de vorticité, et se caractérise généralement par une position de l’anomalie d’altitude à l’aplombde celle des basses couches, comme le montre la figure 1c. Enfin, la phase de décroissance s’ensuit, essentiellement par effets dissipatifs dus à la friction lorsque le système dépressionnaire atteint les terres. Même si, dès le 19 e siècle, les scientifiques s’intéressent de plus en plus aux systèmes dépressionnaires des latitudes tempérées, il faut attendre le milieu du 20 e siècle pour voir émerger une vision unifiée et physiquement cohérente de la cyclogenèse*. La description qui suit permet de comprendre qualitativement l’interaction entre perturbations infinitésimales, telle que l’ont pensé les théoriciens comme Eady ou Charney à travers l’instabilité dite barocline*. Mais elle permet également de comprendre l’interaction entre anomalies d’amplitude finie en présence d’un cisaillement vertical de vent, telle que l’ont conceptualisé les scientifiques plus proches des observations comme Bjerknes, Sutcliffe, Petterssen et Kleinschmidt. Elle est donc en quelque sorte le résultat de l’influence de ces deux écoles de pensée, mais digérée par toute une génération de scientifiques depuis. Une variable clé en météorologie est la vorticité potentielle* (PV pour Potential Vorticity), initialement introduite par Ertel Altitude z U (z) Images de la physique Ouest Est Equateur Basse troposphère Pôle Haute troposphère Courant-jet Tourbillon d’altitude anomalie de tropopause Tourbillon de basses couches/2. Schéma classique de l’interaction barocline entre une anomalie positive de vorticité située en haut de la troposphère (anomalie froide en bleu) et une anomalie positive de vorticité en surface (anomalie chaude en rouge) dans un environnement caractérisé par un cisaillement vertical de vent U(z) (flèches noires). Ox, Oy, Oz représentent respectivement les orientations ouest-est, équateur-pôle, basses-hautes altitudes. La distance entre les deux plans horizontaux est d’environ 8 km, tandis que l’extension de chaque coupe horizontale est de l’ordre de quelques milliers de kilomètres. Les deux tourbillons étant cycloniques (tournant en sens inverse des aiguilles d’une montre), cela crée une dépression en leurs centres. en 1942. L’interprétation de l’interaction barocline en termes de PV, qui a été initiée en grande partie par l’école anglaise (Hoskins et coauteurs) dans les années 1970-1980, est illustrée sur la figure 2. Elle est particulièrement adéquate et synthétique. Le moteur de l’instabilité ou interaction barocline provient principalement du gradient de température entre les pôles et l’équateur (−∂T/∂y) ou encore du cisaillement vertical de vent zonal* (∂u/∂z), ce qui est la même chose puisque ces deux quantités sont directement reliées via la relation du vent thermique*. Cette relation permet de comprendre que les contrastes thermiques entre l’équateur et les pôles sont à l’origine des vents d’ouest, qui augmentent avec l’altitude et forment ainsi les courants-jets* de la haute troposphère. Ainsi, la figure 2 montre-t-elle la coexistence entre une variation de température dans » > a Reflets de la Physique n°57 5



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