Météorologie tropicale : bases et caractéristiques

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Explication des caractéristiques, de la circulation, des perturbations et des interactions de l'atmosphère tropicale

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Question

La zone météorologique tropicale est-elle précisément identique à la zone intertropicale géographiquement définie, et si non, pourquoi s'étend-elle jusqu'aux latitudes de 30°?

Réponse

Non, la zone météorologique tropicale ne coïncide pas exactement avec la zone intertropicale.

Elle s'étend aux latitudes de 30° Nord et 30° Sud pour inclure les ceintures de hautes pressions subtropicales.

Les hautes pressions subtropicales influencent la circulation atmosphérique tropicale, justifiant l'extension de la zone météorologique tropicale.

Question

Distinguer les caractéristiques des courants océaniques chauds et froids dans les hémisphères Nord et Sud, et expliquer comment la présence de courants froids peut expliquer l'absence de cyclones dans certains bassins océaniques.

Réponse

Les courants chauds sont principalement observés sur les côtes Ouest et sont plus actifs dans l'hémisphère Nord (ex: Gulf-Stream). Les courants froids sont plus importants dans l'hémisphère Sud (ex: courant de Humboldt) et leur présence, en refroidissant la surface de l'océan, empêche la formation des cyclones.

Dans l'hémisphère Nord, les courants chauds comme le Gulf-Stream longent la côte Est de l'Amérique du Nord. Dans l'hémisphère Sud, les courants froids comme celui du Benguela longent la côte Ouest de l'Afrique. Ces courants froids réduisent l'évaporation nécessaire à la formation des cyclones.

Question

Expliquer comment les variations saisonnières des températures moyennes sont observées dans l'hémisphère d'été et d'hiver aux tropiques, en citant des exemples de régions où les températures sont les plus élevées ou subissent un fort refroidissement radiatif.

Réponse

Dans l'hémisphère d'été, les températures les plus chaudes se trouvent au Sahara, sur la péninsule arabique et le plateau tibétain. En hiver, les continents comme l'Afrique australe et le sud de l'Australie connaissent un fort refroidissement radiatif.

Question

Expliquer comment les années El Niño facilitent les échanges entre les tropiques et les moyennes latitudes, et comment cela affecte la circulation de Walker et la cellule de Hadley à l'échelle globale.

Réponse

Pendant les années El Niño, les échanges entre les tropiques et les moyennes latitudes sont facilités, ce qui rend la circulation dans la zone de Walker moins zonale et renforce la cellule de Hadley à l'échelle globale.

Question

Analyser les bilans radiatifs en moyenne annuelle et zonale de la surface, de l'atmosphère et du système Terre-Atmosphère, et expliquer pourquoi la surface est considérée comme la "source chaude" et l'atmosphère comme la "source froide" du système.

Réponse

La surface reçoit plus d'énergie qu'elle n'en émet, tandis que l'atmosphère en perd plus qu'elle n'en reçoit.

La surface est une source chaude car son bilan radiatif est positif, l'atmosphère est une source froide car son bilan radiatif est négatif.

Question

Expliquer comment les propriétés thermodynamiques différentes des continents et des océans influencent les migrations diurnes et annuelles de l'Équateur Météorologique, en particulier en Afrique de l'Ouest.

Réponse

Les continents se réchauffent et se refroidissent plus rapidement que les océans, créant des contrastes de température qui déplacent l'Équateur Météorologique. En Afrique de l'Ouest, le contraste entre l'harmattan sec et la mousson humide provoque des migrations diurnes et annuelles de l'Équateur Météorologique.

Question

Compte tenu du fait que les surfaces terrestres représentent seulement 20 % des régions tropicales, comment cette prédominance océanique influence-t-elle la météorologie tropicale, en particulier en ce qui concerne la tension de vapeur d'eau et les phénomènes extrêmes comme les cyclones?

Réponse

La prédominance océanique dans les régions tropicales maintient une tension de vapeur d'eau élevée, favorisant la formation de systèmes convectifs importants et de phénomènes météorologiques extrêmes tels que les cyclones, en raison des intenses échanges thermiques et hydriques entre l'océan et l'atmosphère.

Question

Expliquer les conditions qui mènent à l'affaiblissement ou à la dissipation d'un cyclone tropical, y compris les facteurs océaniques et atmosphériques.

Réponse

Un cyclone tropical s'affaiblit ou se dissipe lorsqu'il se déplace sur des eaux trop froides, lorsqu'il stationne sur des eaux chaudes et provoque leur refroidissement, lorsqu'il rencontre un fort cisaillement du vent ou une dorsale d'altitude, ou lorsqu'il touche terre, coupant son approvisionnement en énergie.

Les principales causes de dissipation d'un cyclone sont le passage sur des eaux plus froides, l'arrivée sur terre, et l'interaction avec un fort cisaillement du vent en altitude.

Question

Expliquer la formation et l'évolution d'un cyclone tropical depuis une perturbation tropicale jusqu'au stade de cyclone, en précisant les vitesses de vent associées à chaque étape (Dépression Tropicale, Tempête Tropicale, Cyclone Tropical).

Réponse

Un cyclone tropical se forme à partir d'une perturbation tropicale qui évolue en dépression tropicale (vents < 63 km/h), puis en tempête tropicale (vents entre 63 et 117 km/h), et enfin en cyclone tropical lorsque les vents dépassent 118 km/h).

Question

Expliquer la notion d'albédo et de coefficient d'absorption, en donnant des ordres de grandeur pour différents corps ou systèmes (déserts, forêts équatoriales, surfaces enneigées) et pour le système Terre-Atmosphère.

Réponse

L'albédo est le rapport entre le rayonnement solaire réfléchi et le rayonnement incident, tandis que le coefficient d'absorption est le rapport entre le rayonnement absorbé et le rayonnement incident. L'albédo d'une surface enneigée est d'environ 0.60, d'une forêt équatoriale d'environ 0.12, et d'un désert d'environ 0.35. L'albédo du système Terre-Atmosphère est d'environ 0.30. Lig=1-α, où α est le coefficient d'absorption.

Question

Quels sont les principaux types de végétation dans la zone tropicale et comment influencent-ils le climat local en fonction de leur extension et de leur densité?

Réponse

Les principales végétations tropicales incluent les forêts équatoriales (Amazonie, bassin du Congo), la forêt de la Haute Guinée et les grandes savanes africaines. Ces forêts denses et étendues influencent le climat local par l'évapotranspiration et la régulation des températures, tandis que les savanes peuvent affecter le cycle de l'eau et les régimes de précipitations en fonction de leur densité et de leur saisonnalité.

Question

Analyser l'importance des océans dans la météorologie tropicale, en soulignant le pourcentage qu'ils représentent, la tension de vapeur d'eau généralement élevée, et le rôle des courants chauds et froids dans les phénomènes extrêmes comme les cyclones.

Réponse

Les océans, couvrant 80% des tropiques, influencent fortement la météorologie tropicale via une tension de vapeur d'eau élevée, et les courants océaniques (chauds et froids) jouent un rôle clé dans des phénomènes extrêmes comme les cyclones.

Question

Décrire les trois parties principales d'un cyclone tropical et leurs caractéristiques spécifiques : l'œil, le mur de l'œil et les bandes spirales.

Réponse

L'œil : Centre calme avec peu de vent et pas de précipitations, correspondant au minimum de pression. Le diamètre varie de 8 à 200 km. Le mur de l'œil : Ceinture de cumulonimbus de 10 à 50 km de large, entourant l'œil, avec de forts vents et de fortes pluies. Les bandes spirales : Bandes de pluie enroulées convergeant vers le mur de l'œil.

Question

Expliquer ce qu'est une perturbation en météorologie tropicale, en se concentrant sur les phénomènes convectifs tels que les cellules convectives ordinaires, multicellulaires et supercellulaires, et leur rôle dans la formation des systèmes convectifs de méso-échelle (MCS).

Réponse

Une perturbation en météorologie tropicale est une modification locale des conditions atmosphériques stables, souvent liée à la convection. Les cellules convectives (ordinaires, multicellulaires, supercellulaires) en sont les éléments de base, capables de s'organiser en systèmes convectifs de méso-échelle (MCS) pouvant couvrir de vastes zones.

Question

En quoi les mouvements turbulents près de la surface (0-10m) sont-ils générés par cisaillement vertical du vent, et comment facilitent-ils les échanges entre la surface et l'atmosphère en relation avec la chaleur sensible et latente?

Réponse

Les mouvements turbulents près de la surface sont générés par le cisaillement du vent, créant des tourbillons qui mélangent l'air. Ce mélange facilite les échanges de chaleur sensible (liée à la température) et latente (liée à l'évaporation) entre la surface et l'atmosphère.

Question

Décrire le concept de "duct déporté" dans le régime océanique de l'EM, en expliquant comment la position des anticyclones subtropicaux affecte la déviation des alizés et le décalage de l'EM.

Réponse

Le "duct déporté" décrit une configuration où les anticyclones subtropicaux sont positionnés de manière inégale par rapport à l'équateur géographique, décalant l'équateur météorologique vers l'hémisphère d'été et influençant la trajectoire des alizés via la force de Coriolis.

Question

Décrire la distribution des différentes ceintures de hautes pressions et dépressions à l'échelle du globe selon les moyennes annuelles de pression au niveau de la mer, et leur rôle dans la circulation atmosphérique tropicale.

Réponse

Les hautes pressions subtropicales sont situées autour de 30°N et 30°S, tandis que les basses pressions se trouvent près de l'équateur et aux latitudes plus élevées. Ces hautes pressions pilotent les alizés, essentiels à la circulation tropicale.

Les ceintures de hautes pressions annuelles moyennes se trouvent près des 30° de latitude Nord et Sud (anticyclones subtropicaux), et les basses pressions sont près de l'équateur et aux pôles. Ces anticyclones sont les centres d'action qui dirigent les vents alizés tropicaux.

Question

Expliquer le phénomène El Niño, sa fréquence, sa durée typique, et comment il se différencie de La Niña en termes de températures de surface de la mer et d'impacts climatiques.

Réponse

El Niño est un phénomène climatique cyclique apparaissant tous les 2 à 7 ans, d'une durée de 6 à 18 mois, caractérisé par un réchauffement anormal des eaux de surface du Pacifique équatorial. Il se distingue de La Niña, qui est une phase de refroidissement des mêmes eaux. Ces événements modifient la circulation atmosphérique globale, entraînant des impacts climatiques variés (pluies, sécheresses) à l'échelle mondiale.

Question

Expliquer les différences entre un système orageux multicellulaire et une supercellule en termes de cisaillement de vent, de taille, de durée de vie et d'intensité des phénomènes météorologiques associés.

Réponse

Les orages multicellulaires résultent d'un cisaillement de vent fort et unidirectionnel, tandis que les supercellules proviennent d'un cisaillement fort et rotationnel. Les supercellules sont plus grandes (jusqu'à 50 km), durent plus longtemps (1-2 heures) et sont plus intenses, produisant des phénomènes violents comme des tornades et de grosses grêles. Les orages multicellulaires sont composés de plusieurs cellules à différents stades de développement.

Question

Décrire comment les variations diurnes de température dans les régions tropicales diffèrent des régions tempérées, et expliquer l'importance de ces variations pour la prévision des phénomènes convectifs.

Réponse

Dans les régions tropicales, les variations diurnes de température sont beaucoup plus importantes que les variations annuelles, dix fois supérieures, tandis que dans les régions tempérées, les variations annuelles prédominent. Ces fortes variations diurnes tropicales sont cruciales pour prévoir les phénomènes convectifs.

Les variations diurnes de température sont plus marquées dans les tropiques que dans les zones tempérées où les variations annuelles sont plus significatives. Cette amplitude thermique journalière dans les tropiques influence directement la prévision des orages et autres phénomènes convectifs.

Question

Expliquer les spécificités de la zone tropicale en matière de gradients verticaux de température, en les comparant aux régions tempérées, et comment ils peuvent influencer la formation de nuages de grande extension verticale.

Réponse

Dans la zone tropicale, les gradients verticaux de température sont plus marqués, surtout en basse altitude (jusqu'à 1500 m) avec des valeurs de -1.2°C à -1.6°C/100m, comparés aux régions tempérées (-0.65°C/100m). Ces forts gradients favorisent les mouvements verticaux ascendants, entraînant la formation de nuages de grande extension verticale comme les cumulonimbus. Dans les couches supérieures de la troposphère tropicale (9-12 km), les gradients peuvent être similaires ou supérieurs à ceux des zones tempérées.

Question

Comment le bilan radiatif en surface est-il calculé, et pourquoi ce bilan est-il globalement excédentaire, en mettant en évidence l'importance des gaz à effet de serre dans le maintien de la température moyenne sur le globe?

Réponse

Le bilan radiatif en surface est calculé en faisant la différence entre le rayonnement solaire absorbé et le rayonnement infrarouge émis par la Terre. Il est globalement excédentaire à cause de l'effet de serre, qui emprisonne une partie de la chaleur terrestre, maintenant ainsi une température moyenne de +15°C au lieu de -18°C.

Question

Expliquer les caractéristiques des lignes de grains comme types de MCS ou MCC, leur taille, durée de vie, vitesse de déplacement et les impacts importants qu'elles ont sur les précipitations dans des régions comme le Sahel.

Réponse

Les lignes de grains sont de grands systèmes convectifs (MCS/MCC) alignés Nord-Sud, s'étendant sur 500-1000 km, avec une durée de vie de 12-36 heures et des vitesses variables. Elles sont responsables d'environ 80% des précipitations annuelles au Sahel.

Les lignes de grains, types de MCS/MCC, sont des systèmes convectifs de 500-1000 km de long, d'une durée de vie de 12-36 heures, se déplaçant d'Est en Ouest. Elles sont cruciales pour les précipitations au Sahel (80% annuelles).

Caractéristiques des lignes de grains : systèmes convectifs (MCS/MCC) de 500-1000 km, 12-36h de vie, vitesse variable, apportant 80% des pluies annuelles au Sahel.

Question

Distinguer et expliquer les concepts d'Équateur Météorologique (EM), de Front Intertropical (FIT) et de Zone de Convergence Intertropicale (ZCIT), en précisant leurs différences et leurs variations géographiques et saisonnières.

Réponse

L'Équateur Météorologique (EM) est la zone de confluence des alizés. Le Front Intertropical (FIT) est la zone de convergence des flux d'Harmattan et de mousson, assimilé à une discontinuité. La Zone de Convergence Intertropicale (ZCIT) correspond aux ascendances profondes et est la limite des cellules de Hadley. La ZCIT est au sud du FIT, et le FIT est l'EM en Afrique de l'Ouest. Les trois varient saisonnièrement.

Question

Comment le moment cinétique absolu est-il conservé lorsqu'une parcelle d'air se déplace de l'équateur vers les tropiques, et comment ce principe explique-t-il la formation du Jet d'Ouest Subtropical (JOST)?

Réponse

Le moment cinétique absolu est conservé par augmentation de la vitesse relative d'ouest des parcelles d'air à mesure qu'elles se rapprochent de l'axe de rotation terrestre, formant le JOST.

Pour conserver son moment cinétique absolu, une parcelle d'air se déplaçant vers les tropiques augmente sa vitesse relative d'ouest, ce qui crée le Jet d'Ouest Subtropical.

L'augmentation de la vitesse relative d'ouest des parcelles d'air, nécessaire à la conservation du moment cinétique absolu, explique la formation du Jet d'Ouest Subtropical.

Question

Décrire les caractéristiques du flux infrarouge sortant du système Terre-Atmosphère, sa variation en fonction de la latitude et de l'humidité de l'air, et où les valeurs les plus fortes sont observées.

Réponse

Le flux infrarouge sortant varie de +100 à +300 W/m², augmente avec la température (loi de Stefan-Boltzmann), et est plus fort sous les tropiques (vers 30° de latitude) où l'air est sec et chaud.

Positive sur tout le globe, le flux infrarouge sortant de 100 à 300 W/m² dépend de la température à la puissance 4. Les valeurs maximales se situent vers 30° de latitude dans les régions subtropicales sèches et chaudes.

Le flux infrarouge sortant, positif globalement, est influencé par la température et l'humidité. Il est plus intense (100-300 W/m²) aux latitudes subtropicales (environ 30°) caractérisées par un air sec et chaud.

Question

Comment le Jet d'Est Tropical (TEJ) est-il alimenté à grande échelle par la mousson indienne à travers la cellule de Walker, et comment l'effet combiné du chauffage thermique de surface et de la libération de chaleur latente contribue-t-il à son renforcement sur l'Afrique de l'Ouest?

Réponse

Le Jet d'Est Tropical (TEJ) est alimenté par la mousson indienne via la cellule de Walker, transportant de l'énergie potentielle. Son renforcement sur l'Afrique de l'Ouest est dû au chauffage thermique de surface et à la libération de chaleur latente par la convection.

Le TEJ reçoit son énergie de la mousson indienne à travers la cellule de Walker. Le chauffage de surface et la chaleur latente dégagée par la convection sur l'Afrique de l'Ouest renforcent le TEJ.

Via la cellule de Walker, la mousson indienne alimente le TEJ. Le chauffage thermique et la chaleur latente en Afrique de l'Ouest contribuent à son intensification.

Question

Expliquer les mécanismes qui peuvent forcer une particule d'air à s'élever jusqu'à son point de convection libre, que ce soient des forçages internes ou externes, et comment cela est lié à la Convective INhibition (CIN).

Réponse

La CIN représente l'énergie nécessaire pour qu'une particule d'air atteigne le niveau de convection libre. Les forçages internes (ondes, relief, discontinuités) et externes (convergence) peuvent provoquer son soulèvement. Une CIN élevée amplifie la convection une fois celle-ci démarrée.

Question

Expliquer pourquoi le bilan énergétique du système Terre-Atmosphère est excédentaire en surface dans la zone tropicale, et déficitaire sur le reste du globe, et comment ce déséquilibre génère des circulations importantes comme la cellule de Hadley.

Réponse

Dans les zones tropicales, la Terre reçoit plus d'énergie solaire qu'elle n'en réémet, créant un excédent énergétique de surface. À l'inverse, les régions polaires et tempérées ont un déficit énergétique. Cet excédent tropical est transporté vers les zones déficitaires par les océans, l'atmosphère et les mouvements verticaux, formant la cellule de Hadley qui transporte l'air chaud et humide de l'équateur vers les latitudes plus élevées où il redescend.

Question

Décrire le cycle de vie d'une cellule orageuse ordinaire en trois phases (développement, maturité, dissipation) et expliquer les phénomènes météorologiques associés à chaque phase.

Réponse

Phase de développement : Formation du nuage par les ascendances, croissance verticale, formation de gouttes de pluie et de cristaux de glace, premiers éclairs. Phase de maturité : Chute des précipitations, courants descendants créés par l'évaporation, formation d'une enclume et d'un courant de densité avec rafales de vent et possiblement un arcus. Phase de dissipation : Les courants subsidents coupent l'alimentation en air chaud et humide, les ascendances disparaissent, le nuage se désagrège en résidus nuageux.

Question

Quels sont les phénomènes météorologiques dangereux associés au passage d'une ligne de grains, et pourquoi sont-ils particulièrement critiques pour l'aéronautique?

Réponse

Les phénomènes dangereux incluent les orages, le givrage, la turbulence, les pluies fortes, les inondations et les vents violents (fronts de rafales, microrafales/macrorafales). Ils sont critiques pour l'aéronautique à cause des changements brusques de vent (cisaillements) qui affectent le décollage et l'atterrissage.

Une ligne de grains peut engendrer orages, givrage, turbulence, pluies intenses, inondations et vents violents (fronts de rafales, rafales descendantes). Ces conditions sont dangereuses pour les aéronefs en raison des variations soudaines de vitesse et de direction du vent, particulièrement lors des phases de décollage et d'atterrissage.

Question

Quels sont les phénomènes dangereux associés à un cyclone tropical (vents violents, fortes précipitations, houle cyclonique, onde de tempête) et quels types de dégâts peuvent-ils occasionner?

Réponse

Les vents violents causent des destructions d'habitations, d'infrastructures, de végétation, la rupture de câbles, et transforment des objets en projectiles. Les fortes précipitations provoquent des inondations côtières. La houle cyclonique cause des dégâts par déferlement sur le littoral. L'onde de tempête, ou surcote, est une hausse du niveau de la mer due à la baisse de pression et aux vents.

Les phénomènes dangereux d'un cyclone sont les vents violents (destruction, projectiles), les fortes pluies (inondations), la houle cyclonique (dégâts côtiers) et l'onde de tempête (hausse du niveau de la mer).

Question

Définir les flux de chaleur sensible et latente à l'interface sol-atmosphère, expliquer comment ils dépendent de la vitesse du vent et des gradients verticaux de température et d'humidité, et leurs implications sur les échanges d'énergie.

Réponse

Le flux de chaleur sensible correspond aux échanges de chaleur par turbulence, dépendant de la vitesse du vent et du gradient de température. Le flux de chaleur latente concerne les échanges de chaleur par évaporation/condensation, dépendant de la vitesse du vent et du gradient d'humidité. Les deux augmentent avec la vitesse du vent et le gradient, influençant les bilans énergétiques de la surface et de l'atmosphère.

Question

Définir la Convective Available Potential Energy (CAPE) et son rôle en tant que mesure de l'instabilité, mais aussi ses limites pour la prévision de la convection, en soulignant l'importance des études régionales et de situation.

Réponse

La CAPE mesure l'instabilité de l'air, représentant l'énergie cinétique potentielle des courants ascendants, mais est limitée car elle ignore les subsidences, le cisaillement du vent et les forçages. Une analyse régionale et situationnelle est cruciale.

La Convective Available Potential Energy (CAPE) quantifie l'instabilité atmosphérique en mesurant l'énergie potentielle pouvant être convertie en mouvement ascendant. Cependant, son efficacité prédictive est limitée par sa négligence de facteurs tels que le cisaillement du vent, les subsidences et les forçages externes, nécessitant des études contextuelles régionales.

La CAPE est une mesure fondamentale de l'instabilité atmosphérique, reflétant le potentiel de développement de courants ascendants. Ses limites résident dans l'absence de prise en compte de certains paramètres dynamiques et forçages, rendant indispensable une évaluation contextuelle et régionale pour la prévision de la convection.

Question

Définir les ondes d'Est, leurs caractéristiques d'échelle synoptique, de longueur d'onde et de période, et comment elles sont mises en évidence dans les régions tropicales. Expliquer également la différence entre les ondes d'Est de période 3 à 5 jours et celles de 6 à 9 jours.

Réponse

Les ondes d’Est sont des perturbations de l’échelle synoptique (2000-5000 km) qui se déplacent d’Est en Ouest, avec des périodes supérieures à 2 jours. Elles sont mises en évidence par les lignes de flux dans les régions tropicales. Les ondes de 3 à 5 jours sont plus actives et fréquentes, partant de la Corne de l'Afrique et s'intensifiant vers l'Ouest. Celles de 6 à 9 jours sont moins fréquentes, observées entre 17°N et 20°N, avec une longueur d'onde plus grande (5000-5500 km) et une vitesse de phase plus lente (7 m/s).

Question

Énumérer et décrire les quatre zones géographiques des circulations de Walker autour du globe, telles qu'hypothésées par Flohn en 1971.

Réponse

Pacifique : une cellule s'étend de l'Est à l'Ouest du Pacifique, avec une subsidence à l'Est et une ascendance à l'Ouest (région indonésienne). Atlantique : une cellule dans l'Atlantique tropical, avec des conditions opposées à celles du Pacifique. Afrique : une cellule centrée sur l'Afrique équatoriale, liée aux convergences intertropicales. Inde : une cellule sur la région indienne, influencée par la mousson.

Flohn (1971) a proposé quatre zones de circulation de Walker : une dans le Pacifique (ascendance indonésienne, subsidence Est-Pacifique), une dans l'Atlantique, une sur le continent africain et une sur l'Inde, chacune avec des schémas d'ascendance et de subsidence distincts.

Les quatre zones selon Flohn sont : Pacifique (ascendance/subsidence Est-Ouest), Atlantique (gradient de température et de pression), Afrique (convection sur le bassin du Congo) et Inde (associée à la mousson).

Question

Décrire les causes thermiques et mécaniques de la circulation générale de l'atmosphère, et comment les avancées en matière d'observation météorologique ont permis de valider ou d'infirmer les théories initiales de la circulation générale.

Réponse

Les causes thermiques incluent les différences de température à la surface de la Terre qui créent des gradients de pression, entraînant des mouvements d'air. Les causes mécaniques sont liées à la rotation de la Terre (force de Coriolis) et aux mouvements de convection. Les avancées en observation (satellites, ballons-sondes) ont permis de valider les modèles de cellules de convection et d'affiner la compréhension de la force de Coriolis.

La circulation atmosphérique générale est principalement causée par la redistribution des différences de température entre l'équateur et les pôles (causes thermiques) et par la rotation terrestre (causes mécaniques). Les observations modernes ont confirmé les modèles théoriques de cellules (Hadley, Ferrel, Polaires) et précisé le rôle de la force de Coriolis.

Question

Décrire comment les interactions entre les tropiques et les moyennes latitudes s'effectuent, en particulier en hiver et en été, et comment des phénomènes comme le Jet d'Ouest Subtropical (JOST) et le déferlement des ondes de Rossby (RWB) facilitent ces échanges.

Réponse

En hiver, le Jet d'Ouest Subtropical (JOST) s'intensifie et se rapproche de l'équateur, facilitant les interactions avec les tropiques. En été, le déferlement des ondes de Rossby (RWB) permet des échanges, avec des intrusions d'air stratosphérique dans la troposphère tropicale.

Les interactions entre les tropiques et les moyennes latitudes sont renforcées en hiver par l'intensification et le déplacement vers l'équateur du Jet d'Ouest Subtropical (JOST). En été, le déferlement des ondes de Rossby (RWB) favorise ces échanges, notamment par l'intrusion d'air stratosphérique dans la troposphère tropicale.

Question

Décrire comment le flux solaire absorbé par la surface varie en moyenne annuelle, en identifiant les zones où il atteint des valeurs maximales et minimales, et son lien avec l'albédo de surface.

Réponse

Le flux solaire absorbé est maximal dans les océans tropicaux et minimal aux pôles, et il est inversement proportionnel à l'albédo.

Le flux solaire absorbé par la surface atteint ses valeurs les plus élevées dans les régions tropicales, particulièrement au-dessus des océans, et ses valeurs les plus basses près des pôles. Ce flux est directement lié à l'albédo de la surface, les zones à faible albédo absorbant davantage.

Les régions tropicales, avec un albédo plus faible, absorbent le plus de flux solaire, tandis que les régions polaires, avec un albédo plus élevé, en absorbent le moins.

Question

Expliquer la définition de l'Organisation Météorologique Mondiale (OMM) pour un cyclone tropical, en soulignant ses caractéristiques principales et comment il se différencie d'un front ou d'une tornade.

Réponse

Un cyclone tropical est une perturbation atmosphérique au-dessus des eaux tropicales/subtropicales, sans front, avec une convection organisée et une circulation cyclonique du vent de surface. Il se distingue des fronts et des tornades par sa taille et sa durée.

Selon l'OMM, un cyclone tropical est une perturbation non frontale des régions tropicales/subtropicales caractérisée par une convection organisée et une circulation cyclonique du vent de surface, le différenciant des fronts et des tornades par ses dimensions et sa formation.

L'OMM définit un cyclone tropical comme une perturbation sans système frontal, se formant sur les eaux tropicales, possédant une convection organisée et une circulation cyclonique du vent de surface, le distinguant ainsi des fronts et des tornades.

Question

Expliquer pourquoi la force de Coriolis étant faible en zone tropicale, l'atmosphère est considérée comme quasi-barotrope, et comment cela affecte l'équilibre géostrophique à différentes latitudes.

Réponse

La faible force de Coriolis dans les tropiques rend l'atmosphère quasi-barotrope, réduisant les gradients de pression et affectant l'équilibre géostrophique, surtout près de l'équateur où la composante divergente domine.

Dans les tropiques, la faible force de Coriolis permet une atmosphère quasi-barotrope, où les vents ne suivent pas toujours l'équilibre géostrophique en raison de gradients de pression plus faibles et d'une composante divergente accrue.

L'atmosphère tropicale est quasi-barotrope car la force de Coriolis y est faible, ce qui diminue l'importance de l'équilibre géostrophique et favorise les flux de vents divergents plutôt que rotationnels.

Question

En quoi le modèle de Ferrel, qui inclut trois cellules (Hadley, Ferrel, polaire), améliore-t-il la compréhension de la circulation générale par rapport au modèle de Hadley, notamment en ce qui concerne la distribution des champs de pression?

Réponse

Le modèle de Ferrel explique la distribution des champs de pression, incluant des basses pressions à 60° de latitude et des hautes pressions aux pôles, ce qui complète le modèle de Hadley.

En intégrant des trois cellules (Hadley, Ferrel, polaire), le modèle de Ferrel améliore la compréhension de la circulation générale en explicitant les zones de basses pressions à 60° de latitude et de hautes pressions aux pôles.

Par rapport au modèle de Hadley, le modèle de Ferrel, avec ses trois cellules, explique mieux la répartition des pressions en identifiant des basses pressions à 60° de latitude et des hautes pressions aux pôles.

Question

Décrire la dynamique d'interaction entre un thalweg d'altitude des régions tempérées et la ZCIT en hiver, et comment cela peut influencer l'activité convective et les précipitations dans les régions tropicales.

Réponse

En hiver, les thalwegs d'altitude des régions tempérées peuvent interagir avec la ZCIT, créant des ondulations et un thalweg en « V inversé » dans le flux tropical. Cela peut renforcer la convection et les précipitations, sauf en cas d'intrusion d'air sec qui affaiblit la ZCIT.

L'interaction hivernale entre les thalwegs d'altitude tempérés et la ZCIT génère des ondulations et un thalweg de basses couches en « V inversé », favorisant la convection et les précipitations tropicales, sauf si de l'air sec accompagne le thalweg d'altitude.

Les thalwegs d'altitude tempérés en hiver, en interagissant avec la ZCIT, créent des perturbations ondulatoires qui intensifient la convection tropicale et les précipitations, bien que l'air sec associé puisse entraîner un affaiblissement.

Question

Le modèle de Hadley de 1735, composé d'une seule cellule hémisphérique, a été amélioré. Quelles sont les caractéristiques de la cellule de Hadley actuelle en zone tropicale, et comment explique-t-elle la formation des anticyclones subtropicaux?

Réponse

La cellule de Hadley actuelle, en zone tropicale, se caractérise par des mouvements d'air ascendants à l'équateur et des mouvements descendants aux latitudes subtropicales (environ 30°N et 30°S). Ceci explique la formation des anticyclones subtropicaux par la descente d'air refroidi et sec.

La cellule de Hadley tropicale actuelle comporte des mouvements verticaux importants : l'air chaud et humide monte à l'équateur, se refroidit et perd de son humidité en altitude, puis redescend sous forme d'air sec aux alentours de 30° de latitude, formant les anticyclones subtropicaux.

Question

Expliquer comment les perturbations des latitudes moyennes peuvent affecter les régions tropicales, en particulier les fronts froids et les dépressions extra-tropicales, et leurs conséquences sur l'Harmattan et la ZCIT.

Réponse

Les perturbations des latitudes moyennes, comme les fronts froids et les dépressions extra-tropicales, peuvent atteindre les tropiques en hiver, affaiblissant l\'Harmattan et renforçant la ZCIT par la création de couloirs dépressionnaires et d\'ondes dans les alizés.

En hiver, les fronts froids des latitudes moyennes peuvent descendre jusqu\'à

10^{\circ}

de latitude, provoquant des dépressions en Afrique de l\'Ouest qui affaiblissent l\'Harmattan et peuvent renforcer la ZCIT, occasionnellement avec des pluies associées aux thalwegs d\'altitude.

L\'interaction entre les perturbations des latitudes moyennes et les tropiques, notamment en hiver avec le renforcement du Jet Subtropical d\'Ouest, peut entraîner des dépressions qui affaiblissent l\'Harmattan et affectent la ZCIT, parfois par des thalwegs d\'altitude interagissant avec elle.

Question

Expliquer le rôle du Jet d'Est Africain (AEJ) et du Jet d'Est Tropical (TEJ) dans la mousson ouest-africaine, leurs origines, leurs positions et migrations, et comment ils contribuent à la formation des ondes d'Est africaines.

Réponse

Le Jet d'Est Africain (AEJ) est un jet de moyenne troposphère (600-700hPa) s'étendant de la Mer Rouge à l'Atlantique, positionné vers 10°N en début et fin de mousson, et remontant entre 13-15°N en été. Il est d'origine thermique, créé par le contraste de température entre le Sahara surchauffé et le Golfe de Guinée plus frais. Le Jet d'Est Tropical (TEJ) est un jet de haute troposphère (100-200hPa) vers 10°N, alimenté par la mousson indienne et le chauffage du Sahara. L'interaction entre l'AEJ et le TEJ, caractérisée par des instabilités barotrope et barocline au niveau de l'AEJ et une divergence au nord du TEJ, favorise la convection profonde et la formation des ondes d'Est africaines.

Question

Décrire les critères de traçage du Front Intertropical (FIT), classés par ordre d'importance décroissant, et comment ces critères sont utilisés pour positionner le FIT sur les cartes météorologiques.

Réponse

1. Ligne de convergence des vents de surface (10 m ou 950 hPa), entre les vents de sud et de nord. 2. Fort gradient d'humidité en surface (Td autour de 15 °C, θ'w de 21°C, ou humidité relative autour de 40 %). 3. Ligne de minimum de pression (dépression thermique saharienne) à proximité ou au nord du FIT. Ces critères sont utilisés pour positionner le FIT en identifiant la zone de rencontre des vents, la transition d'humidité marquée et la zone de basse pression estivale.

1. Convergence des vents de surface (vent de sud rencontrant vent de nord). 2. Gradient d'humidité (Td, θ'w, ou humidité relative). 3. Ligne de minimum de pression (dépression thermique). Ces critères permettent de localiser le FIT sur les cartes météo par la convergence des vents, le changement d'humidité et le minimum de pression.

Les critères pour tracer le FIT sont : la convergence des vents de surface (vents du sud et du nord), un fort gradient d'humidité (Td, θ'w, RH), et la ligne de minimum de pression. Ils sont utilisés pour positionner le FIT en identifiant la zone de confluence des vents, le changement d'humidité et la proximité des basses pressions.

Question

Définir le terme "Mousson" en météorologie, en expliquant son origine et les différences entre mousson d'été et mousson d'hiver, et comment elle se distingue des autres régions à saison des pluies.

Réponse

La mousson est un vent saisonnier, typiquement un alizé qui traverse l'équateur et change de direction, origine du mot "saison" (arabe "mausim"). La mousson d'été vient de l'océan et apporte des pluies, tandis que la mousson d'hiver vient du continent et est plus sèche. Elle diffère d'une saison des pluies car elle implique un renversement des vents dominant dû au déplacement de la zone de convergence intertropicale.

Question

Le bilan radiatif net du système Terre-Atmosphère est la différence entre le flux solaire absorbé et le flux infrarouge émis. Expliquer sa variation avec la latitude et son rôle dans l'origine des circulations atmosphériques et océaniques d'échelle planétaire.

Réponse

Le bilan radiatif est positif sous les tropiques (excédent d'énergie) et négatif aux hautes latitudes (déficit d'énergie), ce qui entraîne des circulations atmosphériques et océaniques pour redistribuer cette énergie.

Le bilan radiatif net est plus élevé près de l'équateur et diminue avec la latitude, devenant négatif aux pôles. Cet excédent d'énergie dans les tropiques et ce déficit aux pôles créent des différences de température qui génèrent les vents et les courants océaniques.

L'excédent de rayonnement solaire absorbé dans la zone intertropicale par rapport aux hautes latitudes, où le rayonnement émis est supérieur au rayonnement absorbé, est la cause première des mouvements de convection à l'échelle planétaire, à la fois dans l'atmosphère et dans les océans.

Question

Décrire les caractéristiques des anticyclones subtropicaux dans l'hémisphère Nord (Açores, Libye, Asie, Hawaï) et dans l'hémisphère Sud (Sainte Hélène, Mascareignes, Kernadec, Pâques), ainsi que leurs variations saisonnières et leur impact sur la circulation des alizés.

Réponse

Les anticyclones subtropicaux (Açores, Libye, Asie, Hawaï dans l'Hémisphère Nord; Sainte-Hélène, Mascareignes, Kernadec, Pâques dans l'Hémisphère Sud) sont des zones de haute pression quasi permanentes situées vers 30° de latitude. Ils pilotent la circulation des alizés vers l'Équateur. Leurs positions et intensités varient saisonnièrement : ils se renforcent en hiver et s'affaiblissent en été, se décalant vers les pôles en saison froide et vers l'équateur en saison chaude. Dans l'Hémisphère Sud, l'anticyclone des Mascareignes présente des variations saisonnières plus marquées que celui de Sainte-Hélène. Leurs variations influencent la trajectoire et l'intensité des alizés.

Question

Décrire la composition et les caractéristiques des différents types de reliefs importants dans les régions tropicales et expliquer comment ils influencent les paramètres atmosphériques et la météorologie locale.

Réponse

Les reliefs tropicaux, tels que les chaînes de montagnes (Himalaya, Andes), les hauts plateaux (Tibet, Mexique) et les déserts (Sahara, Kalahari), influencent le climat en modifiant les régimes de vent, la température et l'humidité, ce qui affecte les précipitations et les phénomènes météorologiques locaux.

Les reliefs tropicaux, incluant les montagnes orientées nord-sud et est-ouest, les plateaux et les déserts, jouent un rôle crucial dans la météorologie tropicale en créant des barrières qui altèrent la circulation de l'air, engendrent des variations thermiques et d'humidité, et par conséquent, modifient les schémas de précipitations.

La composition et les caractéristiques des reliefs tropicaux (montagnes, plateaux, déserts) dictent les conditions atmosphériques locales en affectant la pression, la température, l'humidité et les vents, ce qui a des répercussions directes sur les phénomènes météorologiques observés dans ces régions.

Question

Décrire la définition et les caractéristiques des systèmes convectifs de méso-échelle (MCS), y compris leur taille, durée de vie, organisation interne et leur rôle de connexion entre la convection atmosphérique et la circulation atmosphérique à grande échelle.

Réponse

Les systèmes convectifs de méso-échelle (MCS) sont des ensembles organisés d'orages de méso-échelle, mesurant de quelques dizaines à plus de 1000 km, avec une durée de vie de 6 à 36 heures. Ils présentent une structure interne complexe avec des zones de précipitations convectives et stratiformes, et servent de lien entre la convection et la circulation atmosphérique à grande échelle.

Les MCS sont des systèmes nuageux organisés, incluant des orages, qui produisent des précipitations étendues sur plus de 100 km. Leur taille peut atteindre 1000 km dans les tropiques, et leur durée de vie varie de 6 à 36 heures. Ils contiennent des zones de pluies convectives et stratiformes, et connectent la convection à la circulation à grande échelle.

Un MCS est un système d'orages de méso-échelle avec une étendue horizontale supérieure à 100 km et une durée de vie de 6 à 12h, pouvant aller jusqu'à 36h. Ils sont composés de cellules orageuses organisées, de zones de précipitations convectives et stratiformes, et jouent un rôle de connexion entre la convection et la circulation de grande échelle.

Question

Quel est le rôle du Jet des Somalies pendant la mousson d'été indienne, et comment se charge-t-il progressivement en humidité au cours de sa trajectoire au-dessus des mers chaudes, avant de se diviser en trois branches distinctes?

Réponse

Le Jet des Somalies, un courant d'air rapide au-dessus de la mer d'Arabie, s'humidifie en passant au-dessus des eaux chaudes avant de se diviser en trois branches : une vers l'Inde et la mer d'Arabie, une vers le golfe du Bengale, et une vers la Birmanie et la Thaïlande.

Le rôle du Jet des Somalies est d'accélérer le flux de mousson de Sud-Ouest au-dessus de la mer d'Arabie, puis de se charger d'humidité sur les eaux chaudes avant de se scinder en trois courants distincts qui affectent différentes régions d'Asie.

Question

Expliquer le rôle du rayonnement tellurique et sa variation annuelle moyenne sur différentes surfaces (océans tropicaux, déserts, forêts équatoriales), en soulignant l'influence de la température de surface et du rayonnement atmosphérique absorbé.

Réponse

Le rayonnement tellurique est le flux infrarouge émis par la surface, dépendant de sa température et du rayonnement atmosphérique absorbé. Il varie annuellement de -40 à -60 W/m² sur les océans tropicaux, de -120 à -130 W/m² sur les déserts, et d'environ -20 W/m² sur les forêts équatoriales, reflétant une absorption atmosphérique plus importante dans ces dernières.

Le rayonnement tellurique, flux infrarouge émis par la surface, dépend de la température de surface et du rayonnement atmosphérique absorbé. Les moyennes annuelles sont d'environ -50 W/m² pour les océans tropicaux, -125 W/m² pour les déserts, et -20 W/m² pour les forêts équatoriales, montrant une influence de l'absorption atmosphérique.

Le rôle du rayonnement tellurique est d'exprimer le flux infrarouge émis par la surface, influencé par la température de surface et le rayonnement atmosphérique absorbé. Les variations annuelles moyennes sont de -40 à -60 W/m² (océans tropicaux), -120 à -130 W/m² (déserts), et -20 W/m² (forêts équatoriales), liées à l'absorption atmosphérique.

Question

Décrire le cycle de vie d'une ligne de grains en quatre phases (formation, intensification, maturité, dissipation) et les processus physiques qui se déroulent à chaque étape.

Réponse

Formation : Début de la convection, développement des cellules orageuses individuelles. Intensification : Les cellules croissent, fusionnent, et des courants ascendants et descendants se développent, créant une ligne de précipitations plus intense. Maturité : La ligne atteint son étendue maximale avec des cellules actives et une zone stratiforme arrière. Dissipation : Les nouvelles formations ralentissent, la zone stratiforme s'affaiblit et la ligne se dissipe.

Formation : Les conditions instables permettent la formation des premières cellules convectives. Intensification : Les cellules individuelles se développent et fusionnent, formant une zone continue de précipitations avec des courants ascendants et descendants actifs. La croissance est alimentée par les courants de densité et la formation de nouvelles cellules. Maturité : La ligne atteint sa taille maximale, caractérisée par un mélange de cellules actives et de zones stratiformes matures, avec des précipitations continues. Dissipation : La formation de nouvelles cellules diminue, et la zone stratiforme s'affaiblit progressivement, entraînant la fin de la ligne de grains.

Question

Expliquer comment les déséquilibres énergétiques du système Terre-Atmosphère mènent aux différents mouvements verticaux, méridiens et zonaux à l'échelle planétaire, et leur rôle dans les circulations atmosphériques à grande échelle.

Réponse

Les déséquilibres énergétiques entre les tropiques (excédent) et les pôles (déficit) entraînent des circulations méridiennes (cellules de Hadley) et zonales (cellules de Walker) pour redistribuer la chaleur. Les mouvements verticaux essentiels (ascendance/subsidence) se produisent dans les zones de convergence (ZCIT) et de divergence, pilotés par les différences de température et de pression ainsi que par la convection thermique.

Les différences d'ensoleillement créent des gradients de température planétaires. L'atmosphère redistribue l'énergie excédentaire des tropiques vers les pôles via des mouvements verticaux (convection) et horizontaux (vents méridiens et zonaux), formant des cellules de circulation globales comme Hadley et Walker pour maintenir l'équilibre thermique.

Le système Terre-Atmosphère présente un excédent d'énergie dans les zones tropicales et un déficit ailleurs. Pour rééquilibrer ces différences, des mouvements verticaux (ascendance/subsidence) et des circulations horizontales (méridiennes et zonales) se développent, formant des cellules de Hadley et de Walker qui régulent le climat planétaire.

Question

Analyser la répartition du flux solaire absorbé par le système Terre-Atmosphère à l'équateur et aux pôles, et comment cette absorption différentielle affecte les régions tropicales.

Réponse

L'équateur reçoit plus de flux solaire absorbé que les pôles, entraînant un excédent d'énergie dans les régions tropicales qui motive les circulations atmosphériques et océaniques.

La différence d'absorption du flux solaire entre l'équateur (forte absorption) et les pôles (faible absorption) crée un gradient thermique qui génère les vents et les courants océaniques.

Les régions tropicales absorbent davantage le rayonnement solaire, ce qui maintient un bilan radiatif positif et explique la chaleur de ces zones ainsi que les transferts d'énergie vers les pôles.

Question

Comment le déséquilibre énergétique entre la surface et le sommet de l'atmosphère dans la zone équatoriale donne-t-il naissance à la Zone de Convergence Intertropicale (ZCIT), et quel rôle jouent la cellule de Hadley et la gyre subtropicale dans la redistribution de cette énergie?

Réponse

Le déséquilibre énergétique à l'équateur, où la surface reçoit plus d'énergie que le sommet de l'atmosphère, alimente les mouvements verticaux ascendants, formant la ZCIT. La cellule de Hadley transporte l'air chaud vers les pôles, et la gyre subtropicale redistribue la chaleur via les courants océaniques.

La ZCIT naît du surplus d'énergie à la surface équatoriale par rapport au sommet de l'atmosphère, engendrant des ascensions d'air. Ces mouvements sont intégrés dans la cellule de Hadley, qui transfère la chaleur vers des latitudes plus élevées, tandis que la gyre subtropicale océanique participe à cette redistribution énergétique.

Question

En quoi les variations diurnes de la vitesse du vent en surface dans la zone tropicale sont-elles liées aux conditions géographiques spécifiques, et comment les flux de vents dominants varient-ils en altitude selon la saison?

Réponse

Les variations diurnes de la vitesse du vent en surface sont liées aux conditions géographiques spécifiques telles que la brise de mer, la brise de terre et les vents de relief. En altitude, les flux de vents d'Est ou d'Ouest dominent selon la saison, avec des axes de vents forts comme le Jet Subtropical d'Ouest (JOST), le Jet d'Est Tropical (TEJ) et le Jet d'Est Africain (AEJ).

Question

Décrire l'échelle de Saffir-Simpson en expliquant comment elle relie la pression de surface, la vitesse du vent et les dégâts causés par les cyclones, et énumérer les conditions favorables à la naissance ou à l'évolution d'un cyclone tropical.

Réponse

L'échelle de Saffir-Simpson classe les cyclones selon la vitesse du vent (de 118 km/h pour la catégorie 1 à plus de 249 km/h pour la catégorie 5), la pression atmosphérique (diminuant avec la catégorie) et les dégâts potentiels. Les cyclones naissent sur les eaux chaudes (26-27°C), dans des zones de basses pressions, avec une énergie de rotation suffisante et peu de cisaillement du vent.

L'échelle de Saffir-Simpson relie la vitesse du vent (118-153 km/h Cat. 1, >249 km/h Cat. 5), la pression de surface (inversement proportionnelle à la catégorie, <920 hPa pour Cat. 5) et les dégâts occasionnés (faibles à désastreux). Les conditions favorables à leur formation sont une température de l'eau d'au moins 26°C, une perturbation tropicale préexistante, une faible variation du vent avec l'altitude, et une distance suffisante de l'équateur pour l'effet Coriolis.

Question

Analyser les conditions d'instabilités barotrope et barocline nécessaires à la formation des ondes d'Est africaines (AEW), et expliquer comment l'AEJ joue un rôle dans la formation des lignes de grains.

Réponse

L'instabilité barotrope (gradient de tourbillon potentiel changeant de signe) et l'instabilité barocline (gradient de tourbillon potentiel opposé au gradient de température au sol) sont nécessaires à la formation des ondes d'Est africaines (AEW). L'AEJ, en favorisant ces instabilités, initie les AEW. Ces ondes, par leur cisaillement de vent et les intrusions d'air sec qu'elles induisent, mènent à la formation de lignes de grains sur leur flanc sud.

Les ondes d'Est africaines (AEW) se forment grâce aux conditions d'instabilité barotrope et barocline de l'AEJ. L'instabilité barotrope se manifeste par un gradient de tourbillon potentiel qui change de signe, tandis que l'instabilité barocline existe lorsque le gradient du tourbillon potentiel est opposé au gradient de température au sol. L'AEJ initie ces instabilités, ce qui conduit à la formation des AEW. Celles-ci génèrent des lignes de grains en raison du cisaillement vertical du vent et des mouvements d'air sec.

La formation des AEW dépend des instabilités barotrope et barocline au sein de l'AEJ. L'instabilité barotrope est liée au changement de signe du gradient méridien du tourbillon potentiel, et l'instabilité barocline à l'opposition entre ce gradient et celui de la température au sol. L'AEJ favorise ces instabilités, initiant les AEW. Ces dernières sont des moteurs de formation des lignes de grains, à travers le cisaillement du vent et les apports d'air sec.

Question

Décrire le cycle saisonnier de la mousson d'Afrique de l'Ouest (MAO), en incluant les phases de pré-mousson, d'onset et de retrait de la ZCIT, et les changements associés dans les gradients de pression, température et humidité.

Réponse

Le cycle saisonnier de la mousson d'Afrique de l'Ouest (MAO) comprend trois phases : la pré-mousson (« régime guinéen »), l'onset (« régime sahélien ») et le retrait. La pré-mousson voit la ZCIT migrer vers 5°N, l'AEJ se renforcer vers 10°N et le TEJ rester près de l'équateur. L'onset, vers fin juin, est marqué par un second saut de la ZCIT vers 10°N, une chute de température de surface de la mer dans le Golfe de Guinée, une augmentation de la pression de surface, et un renforcement des gradients de pression, température et humidité entre le Sahara et le Golfe de Guinée. L'AEJ migre vers 15°N et le TEJ vers 10°N. Le retrait, de fin août/début septembre, voit la ZCIT se déplacer vers le Sud, le flux de mousson se rétracter, et l'AEJ et le TEJ s'affaiblir en migrant vers l'équateur.

Question

Expliquer le phénomène de "drift" ou mousson sur les continents, en particulier en Afrique Centrale et Orientale, où l'EM est décalé par la présence de dépressions continentales d'origine thermique.

Réponse

Le phénomène de "drift" ou mousson se produit lorsque l'équateur météorologique, une zone de basses pressions, est décalé de l'équateur géographique. En Afrique Centrale et Orientale, ce décalage est causé par des dépressions thermiques continentales, particulièrement en été boréal avec des basses pressions sur le Soudan. Les alizés des deux hémisphères franchissent l'équateur géographique, sont déviés par la force de Coriolis et comblent ces dépressions, entraînant des variations saisonnières distinctes des masses d'air au nord et au sud de l'équateur météorologique.

Le "drift" ou mousson en Afrique Centrale et Orientale est dû au décalage de l'équateur météorologique par rapport à l'équateur géographique, provoqué par des dépressions thermiques continentales chaudes. Ce phénomène implique le franchissement de l'équateur géographique par les alizés, qui sont ensuite déviés par la force de Coriolis pour alimenter ces dépressions. Cela se traduit par des invasions d'air sec et chaud venant du nord et d'air humide et froid venant du sud, selon la saison.

En Afrique Centrale et Orientale, le "drift" correspond à un déplacement saisonnier de l'équateur météorologique causé par des dépressions thermiques continentales. Les alizés traversent l'équateur géographique, où la force de Coriolis les dévie vers ces zones de basse pression. Ce mouvement engendre des contrastes marqués entre les masses d'air continentales sèches et chaudes au nord et les masses d'air humides et plus froides au sud.

Question

Réponse

Les variations diurnes sont liées aux conditions géographiques comme les brises de mer/terre et les vents de relief, tandis que les vents en altitude (au-dessus de 1500m) sont des vents d'Est ou d'Ouest selon la saison (JOST, TEJ, AEJ).

En surface, le passage d'un état stable nocturne à un état turbulent diurne est accentué par les spécificités géographiques (brises, relief). En altitude, les vents dominants, d'Est ou d'Ouest, varient saisonnièrement et incluent des jets comme le JOST, le TEJ ou l'AEJ.

Question

Quels sont les phénomènes dangereux associés à un cyclone tropical (vents violents, fortes précipitations, houle cyclonique, onde de tempête) et quels types de dégâts peuvent-ils occasionner?

Réponse

Vents violents (détruisent les bâtiments, les infrastructures, etc.).

Fortes précipitations (inondations).

Houle cyclonique (dégâts côtiers).

Onde de tempête (élévation du niveau de la mer).

Question

Décrire la structure de l'Équateur Météorologique et les types de temps associés dans les différentes zones (A, B, C1, C2, D) en Afrique Occidentale et Centrale, en détaillant les caractéristiques de l'harmattan et de la mousson.

Réponse

La zone A est caractérisée par un ciel clair, des températures élevées, une forte variation diurne, et la présence d'harmattan avec des lithométéores (brumes de sable/poussière). La zone B est le domaine de la mousson convergente avec des orages isolés. La zone C1 est le domaine de convection intense avec des orages organisés (lignes de grains). La zone C2 est le domaine des pluies de mousson intenses avec un flux confluent et épais. La zone D est influencée par l'alizé austral divergent, avec peu de nuages, des pluies faibles et la petite saison sèche.

La zone A, saison sèche, est dominée par l'harmattan (brume sèche, poussière) et des températures élevées avec de fortes variations journalières. La zone B voit des orages isolés dus à la convection dans la mousson convergente. La zone C1 présente des orages organisés (lignes de grains) grâce à une convection intense dans une mousson plus épaisse et convergente. La zone C2 est le domaine des pluies de mousson continues, avec un flux confluent très épais. Enfin, la zone D est sous l'influence de l'alizé austral divergent, caractérisée par des pluies faibles et la petite saison sèche.

En Afrique de l'Ouest et Centrale, la zone A correspond à la saison sèche avec l'harmattan, des températures élevées et des brumes de poussière. La zone B est influencée par la mousson convergente, générant des orages diurnes. La zone C est la plus active : C1 est le domaine des lignes de grains et orages organisés, tandis que C2 reçoit des pluies de mousson abondantes dues à un flux très épais. La zone D, sous l'alizé austral divergent, connaît des pluies faibles et la petite saison sèche.

Question

Réponse

Une perturbation tropicale est une modification locale de l'atmosphère stable, souvent liée à la convection. Les cellules convectives (ordinaires, multicellulaires, supercellulaires) s'organisent pour former des systèmes convectifs de méso-échelle (MCS).

Question

Réponse

La ligne de convergence à la surface entre les vents de sud et de nord.

Un fort gradient d'humidité à la surface.

La pression réduite à la surface de la mer.

Question

Réponse

Le bilan radiatif en surface est calculé en considérant le rayonnement solaire entrant et le rayonnement tellurique sortant. Il est excédentaire en raison de la réémission d'une partie importante du rayonnement tellurique par les gaz à effet de serre vers la surface, ce quiWithout ces gaz, la température moyenne globale serait beaucoup plus basse.

Question

Décrire comment le flux solaire absorbé par la surface varie en moyenne annuelle, en identifiant les zones où il atteint des valeurs maximales et minimales, et son lien avec l'albédo de surface.

Réponse

Le flux solaire absorbé est maximal dans les océans tropicaux (+200 à +276 W/m²) et minimal aux pôles (+20 W/m²). Il est fortement lié à l'albédo de surface.

Question

Réponse

Ceintures de hautes pressions à 30°N et 30°S, anticyclones subtropicaux pilotant les alizés.

Question

Réponse

La CAPE représente la capacité d'une masse d'air à produire du travail via la flottabilité positive entre le LFC et le LNB. Elle mesure l'instabilité, mais elle est insuffisante pour prévoir la convection sans considérer les facteurs régionaux et situationnels comme les subsidences, le cisaillement du vent et les forçages.

Question

Analyser la répartition du flux solaire absorbé par le système Terre-Atmosphère à l'équateur et aux pôles, et comment cette absorption différentielle affecte les régions tropicales.

Réponse

L'équateur reçoit plus de flux solaire (360W/m²) que les pôles (0W/m²).

L'absorption plus importante aux tropiques entraîne un bilan radiatif positif.

Cette différence de flux est le moteur des circulations atmosphériques et océaniques.

Question

Réponse

Dans l'hémisphère d'été, les températures les plus élevées se trouvent au Sahara, dans la péninsule arabique et sur le plateau tibétain. En hiver, l'Afrique australe et le sud de l'Australie subissent un fort refroidissement radiatif.

Question

Expliquer les conditions qui mènent à l'affaiblissement ou à la dissipation d'un cyclone tropical, y compris les facteurs océaniques et atmosphériques.

Réponse

Le cyclone tropical s'affaiblit lorsqu'il se déplace sur des eaux trop froides.

Le cyclone tropical s'affaiblit quand il rencontre une zone de cisaillement de vent fort.

Le cyclone tropical s'affaiblit lorsqu'il arrive sur terre (atterrissage).

Question

Réponse

Décalage de l'équateur météorologique (EM) jusqu'à plus de 25° de latitude.

Causé par la présence de dépressions continentales d'origine thermique.

Les alizés traversent l'équateur géographique et sont déviés par la force de Coriolis pour combler ces dépressions.

Question

Réponse

Les lignes de grains sont des MCS ou MCC alignés nord-sud, se déplaçant d'est en ouest. Elles mesurent 500-1000 km de long, durent 12-36 heures, atteignent 20 m/s et apportent jusqu'à 80% des pluies annuelles au Sahel.

Question

Réponse

Un cyclone tropical est une perturbation atmosphérique d'échelle synoptique sans système frontal, prenant naissance au-dessus des eaux tropicales ou subtropicales. Il présente une convection organisée et une circulation cyclonique caractérisée du vent de surface. Il se différencie d'un front et d'une tornade par sa taille et sa durée de vie.

Question

Réponse

Le cisaillement vertical du vent crée des turbulences.

Ces turbulences mélangent l'air et facilitent le transfert de chaleur sensible et latente entre la surface et l'atmosphère.

Question

Réponse

Les océans couvrent 80% des régions tropicales, rendant la météorologie tropicale essentiellement maritime.

La tension de vapeur d'eau est généralement élevée en raison de l'étendue des océans.

Les courants chauds et froids influencent les échanges entre l'atmosphère et l'océan, ce qui se traduit par des phénomènes extrêmes tels que les cyclones.

Question

Réponse

Le flux infrarouge sortant est positif sur tout le globe, variant de +100 à +300 W/m^2.

Il varie avec la latitude en raison de la température (loi de Stefan-Boltzmann) et avec l'humidité de l'air.

Les valeurs les plus fortes se trouvent dans les régions subtropicales (environ 30° de latitude) où l'air est sec et chaud.

Question

Réponse

La surface a un bilan radiatif positif en moyenne annuelle et zonale, ce qui en fait une "source chaude".

L'atmosphère a un bilan radiatif négatif en moyenne annuelle et zonale, ce qui en fait une "source froide".

Le bilan radiatif de l'atmosphère est obtenu en soustrayant le flux net en surface du flux net du système Terre-Atmosphère.

Question

Réponse

Instabilité barotrope : Gradient méridien du tourbillon potentiel change de signe à l'intérieur de l'AEJ.

Instabilité barocline : Signe du gradient méridien du tourbillon potentiel opposé au signe du gradient de température au sol.

L'AEJ, avec son instabilité barotrope au sud et sa divergence au nord du TEJ, favorise la convection profonde et la formation des lignes de grains.

Question

Réponse

Zone A : Harmattan, ciel clair, températures élevées.

Zone B : Mousson convergente, orages isolés.

Zone C1 : Mousson fortement convergente, systèmes pluvio-orageux organisés.

Zone C2 : Mousson épaisse, pluies de mousson.

Zone D : Alizé austral divergent, pluies faibles.

Question

Réponse

Le jet des Somalies est un flux de mousson de Sud-Ouest qui s'accélère sur la mer d'Arabie pendant la mousson d'été indienne. Il se charge progressivement en humidité en traversant les mers chaudes. Il se divise en trois branches au niveau de la mer d'Arabie, alimentant différentes régions en humidité.

Question

Décrire le concept de "duct déporté" dans le régime océanique de l'EM, en expliquant comment la position des anticyclones subtropicaux affecte la déviation des alizés et le décalage de l'EM.

Réponse

Un duct déporté est une configuration où les anticyclones subtropicaux sont à des distances inégales de l'équateur.

Cette asymétrie influence la déviation des alizés lorsqu'ils traversent l'équateur en raison de la force de Coriolis.

Le décalage de l'EM résulte de cette configuration asymétrique des anticyclones.

Question

Décrire le cycle de vie d'une cellule orageuse ordinaire en trois phases (développement, maturité, dissipation) et expliquer les phénomènes météorologiques associés à chaque phase.

Réponse

Développement : Le nuage orageux se forme avec des ascendances, des gouttes de pluie et des éclairs.

Maturité : Des précipitations tombent, des courants descendants se forment, des rafales de vent se produisent et une enclume nuageuse se développe.

Dissipation : L'alimentation en air chaud est coupée, les précipitations cessent (pluie faible), et le nuage se désagrège.

Question

Réponse

Les années El Niño facilitent les échanges entre les tropiques et les moyennes latitudes, permettant à des événements locaux d'impacter le climat globalement. La circulation de Walker devient moins zonale, renforçant la circulation méridienne à grande échelle, c'est-à-dire la cellule de Hadley.

Question

Décrire le cycle de vie d'une ligne de grains en quatre phases (formation, intensification, maturité, dissipation) et les processus physiques qui se déroulent à chaque étape.

Réponse

Formation : Développement initial des cellules convectives.

Intensification : Croissance et fusion des cellules, formation d'une zone de précipitation continue.

Maturité : Équilibre entre nouvelles cellules et dissipation des anciennes, zone stratiforme.

Dissipation : Affaiblissement des nouvelles formations, prédominance de précipitations stratiformes.

Question

Quels sont les phénomènes météorologiques dangereux associés au passage d'une ligne de grains, et pourquoi sont-ils particulièrement critiques pour l'aéronautique?

Réponse

Orages (fortes pluies, foudre), rafales descendantes (microbursts et macrobursts), cisaillement du vent (changements brusques de direction et de vitesse du vent), turbulence.

Ces phénomènes sont critiques pour l'aéronautique car ils peuvent provoquer des accidents lors des phases de décollage et d'atterrissage, ainsi que des dommages aux aéronefs au sol.

Le givrage en altitude peut également être un danger.

Question

Réponse

La faible force de Coriolis en zone tropicale entraîne une atmosphère quasi-barotrope car les gradients horizontaux de température, de pression et de géopotentiel sont faibles. L'équilibre géostrophique, qui est l'équilibre entre la force de pression et la force de Coriolis, n'est pas vérifié près de l'équateur où la force de Coriolis est minime, mais il devient plus pertinent à mesure que la latitude augmente.

Question

Réponse

La prédominance océanique entraîne une tension de vapeur d'eau généralement élevée dans l'atmosphère tropicale.

Les échanges d'énergie entre l'océan et l'atmosphère, favorisés par cette prédominance, contribuent à la formation de phénomènes extrêmes comme les cyclones.

La forte capacité calorifique de l'océan tropical influence les transferts thermiques et la dynamique atmosphérique, affectant la météorologie tropicale.

Question

Réponse

Le moment cinétique absolu est conservé par l'augmentation de la vitesse relative (u > 0) de la parcelle d'air.

Cette augmentation de la vitesse d'ouest, due à la conservation du moment cinétique, crée le Jet d'Ouest Subtropical (JOST) aux alentours de 30° de latitude.

Quand une particule d'air se déplace de l'équateur vers les tropiques, sa vitesse d'entraînement diminue, ce qui entraîne une augmentation de sa vitesse relative pour conserver le moment cinétique absolu.

Question

Réponse

Les continents se réchauffent et refroidissent plus rapidement que les océans, ce qui entraîne de plus grandes variations de température diurnes et saisonnières. En Afrique de l'Ouest, l'harmattan sec influence les mouvements de l'Équateur Météorologique, le repoussant vers le sud la nuit et vers le nord pendant la journée. Les propriétés thermodynamiques distinctes des continents et des océans entraînent des caractéristiques différentes de l'Équateur Météorologique sur chaque surface.

Question

Réponse

Les déséquilibres énergétiques entre les tropiques (excédent) et le reste du globe (déficit) mènent à des mouvements méridiens comme la cellule de Hadley et la gyre subtropicale.

Les mouvements verticaux redistribuent l'énergie de la surface vers le sommet de l'atmosphère, créant la ZCIT et la ZCPS.

La variabilité zonale de l'activité convective génère des cellules de Walker, influençant les températures et les pressions.

Question

Réponse

Dans l'hémisphère Nord, les anticyclones subtropicaux incluent les Açores (dynamique, plus fort en hiver), la Libye (thermique, disparaît en été), l'Asie et Hawaï. Dans l'hémisphère Sud, on trouve Sainte-Hélène (dynamique, stable), Mascareignes (varie saisonnièrement et fusionne avec Sainte-Hélène en hiver austral), Kernadec et Pâques. Ces anticyclones pilotent la circulation des alizés vers les basses pressions équatoriales, se décalant en latitude selon les saisons.

Question

Réponse

Les MCS sont des systèmes nuageux organisés se formant lorsque des nuages convectifs se rassemblent, avec une taille de dizaines à des centaines de kilomètres, parfois jusqu'à 1000 km dans les zones intertropicales.

Ils ont une durée de vie de 6 à 12+ heures, sont constitués de groupes d'orages organisés avec des zones de précipitations convectives et stratiformes, et peuvent contenir des supercellules.

Ils jouent un rôle crucial en connectant la convection atmosphérique et la circulation à grande échelle grâce à leurs interactions complexes entre les précipitations et les circulations de méso-échelle.

Question

Décrire les caractéristiques des quatre grandes cellules de Walker identifiées par Flohn, et expliquer comment ces circulations zonales se manifestent-elles en termes de zones d'ascendances et de subsidence, ainsi que leur rôle dans l'Oscillation Australe.

Réponse

Les quatre cellules de Walker de Flohn sont situées sur le Pacifique, l'Atlantique, l'Afrique et l'Inde. Elles se caractérisent par des zones d'ascendance (convection profonde en Amazonie, Afrique, Indonésie) et de subsidence (flancs est des océans et ouest de l'océan Indien). Ces circulations jouent un rôle clé dans l'Oscillation Australe en influençant les températures et les pressions atmosphériques dans le Pacifique Sud.

Question

Décrire comment la zone C1 du FIT se caractérise par un flux de mousson fortement convergent et une épaisseur d'environ 1500m, expliquant pourquoi c'est le domaine de convection intense avec formation des systèmes pluvio-orageux organisés comme les lignes de grains.

Réponse

La zone C1 du FIT est caractérisée par un flux de mousson fortement convergent d'environ 1500m d'épaisseur. Cette forte convergence, combinée à l'épaisseur du flux de mousson, crée un environnement propice à une convection intense. Cette convection intense conduit à la formation de systèmes pluvio-orageux organisés, tels que les lignes de grains, en raison de l'ascendance de l'air humide et instable.

Question

Quels sont les principaux types de végétation dans la zone tropicale et comment influencent-ils le climat local en fonction de leur extension et de leur densité?

Réponse

Les forêts équatoriales (Amazonie, bassin du Congo), les forêts de Haute Guinée et les savanes africaines influencent le climat par leur extension et densité.

Les forêts denses contribuent à un climat plus humide et plus frais, tandis que les savanes peuvent entraîner des climats plus secs avec de plus grandes variations de température.

L'étendue de la couverture végétale affecte l'absorption du rayonnement solaire et la libération d'humidité dans l'atmosphère, modifiant ainsi les régimes de température et de précipitations.

Question

Réponse

Le déséquilibre radiatif en zone équatoriale provoque des mouvements verticaux ascendants, donnant naissance à la ZCIT. La cellule de Hadley redistribue l'énergie verticalement et horizontalement dans l'atmosphère, tandis que la gyre subtropicale le fait dans l'océan.

Question

Réponse

Les fronts froids et les dépressions extra-tropicales des latitudes moyennes peuvent atteindre les tropiques, affaiblissant les anticyclones et l'Harmattan.

Les thalwegs d'altitude interagissent avec la ZCIT, la renforçant ou l'affaiblissant selon l'intrusion d'air sec.

Ces interactions peuvent causer des remontées du FIT, des hausses de températures et des renforcements de l'activité convective, influençant ainsi les régimes de précipitations.

Question

Énumérer et décrire les quatre zones géographiques des circulations de Walker autour du globe, telles qu'hypothésées par Flohn en 1971.

Réponse

Océan Pacifique : Cellule de Walker principale, influençant les températures et les pressions atmosphériques à travers le Pacifique équatorial.

Océan Atlantique : Cellule de Walker moins prononcée, mais présente, affectant la convection et les alizés dans la région atlantique tropicale.

Afrique (République Démocratique du Congo) : Zone d'ascendance convective liée à l'activité orageuse et aux systèmes de mousson.

Inde : Cellule de Walker influencée par la mousson indienne, avec des ascendances pendant la saison des pluies et des subsidences en d'autres périodes.

Question

La zone météorologique tropicale est-elle précisément identique à la zone intertropicale géographiquement définie, et si non, pourquoi s'étend-elle jusqu'aux latitudes de 30°?

Réponse

Non, elle s'étend jusqu'à 30°N et 30°S pour inclure les ceintures de hautes pressions/anticyclones subtropicaux.

Non, la zone météorologique tropicale prend en compte les ceintures anticycloniques situées vers 30°N et 30°S, importantes pour la circulation atmosphérique.

Non, la zone tropicale météorologique est influencée par les anticyclones subtropicaux qui pilotent la circulation des vents.

Question

Réponse

En hiver, l'intensification et le déplacement du Jet d'Ouest Subtropical (JOST) vers l'équateur facilitent les échanges.

En été, le déferlement des ondes de Rossby (RWB) permet des échanges entre les tropiques et les régions tempérées.

Ces interactions se produisent à différentes échelles spatio-temporelles, notamment interannuelle, saisonnière, intra saisonnière et synoptique.

Question

Réponse

Dans les régions tropicales, les variations diurnes de température sont beaucoup plus importantes que les variations annuelles, contrairement aux régions tempérées où les variations annuelles sont plus prononcées. Ces variations diurnes importantes dans les tropiques sont essentielles pour prévoir les phénomènes convectifs, car elles peuvent influencer la stabilité de l'air et le développement des nuages et des précipitations.

Les variations diurnes de température dans les tropiques présentent un minimum après le lever du soleil et un maximum après le passage du soleil au méridien. Ces variations importantes doivent être prises en compte car elles influencent l'évolution des phénomènes convectifs.

Les variations diurnes de température sont dix fois supérieures aux variations annuelles en zone tropicale comparativement aux régions tempérées.

Question

Réponse

La cellule de Hadley actuelle est une circulation fermée avec des branches ascendantes à l'équateur géographique et des branches subsidentes à environ 30°N et 30°S.

L'air chaud et humide s'élève à l'équateur, se refroidit et se déplace vers les pôles en haute altitude, puis descend aux latitudes subtropicales (30°N/S).

La descente de l'air aux latitudes subtropicales crée des zones de haute pression, formant les anticyclones subtropicaux.

Question

Réponse

L'échelle de Saffir-Simpson classe les cyclones en catégories (1 à 5) en fonction de la pression centrale, de la vitesse maximale du vent et des dégâts potentiels. Une pression plus basse et des vents plus élevés correspondent à des catégories supérieures et à des dégâts plus importants.

Conditions favorables : activité convective intense, vents de surface modérés, circulation cyclonique.

L'échelle estime les dommages potentiels causés par un ouragan. Les cyclones de classe 5 causent des dommages désastreux.

Question

Réponse

L'Équateur Météorologique (EM) est la confluence des alizés, isolant énergétiquement les hémisphères. Le Front Intertropical (FIT), ou Discontinuité Intertropicale, est la convergence Harmattan-mousson en Afrique de l'Ouest. La Zone de Convergence Intertropicale (ZCIT) est une zone de convections profondes globale, limite des cellules de Hadley.

Le FIT est le nom donné à l'Equateur Météorologique en Afrique de l'Ouest par les météorologistes francophones. La ZCIT est toujours au Sud du FIT parfois à plus de 500Km. Par contre la ZCIT peut coïncider ou être très proche de la position de l'Equateur Météorologique sur l'océan.

Leur position varie saisonnièrement avec le mouvement apparent du soleil, affectant les zones de mousson en Afrique, Asie et Indonésie.

Question

Réponse

Les causes thermiques incluent les différences de température et de pression, tandis que les causes mécaniques impliquent la rotation de la Terre. Les avancées en observation ont fourni des données abondantes pour tester et affiner les modèles théoriques.

Les causes thermiques sont liées aux échanges de chaleur, tandis que les causes mécaniques impliquent la force de Coriolis. Les données d'observation ont permis de vérifier la cohérence des modèles avec les réalités atmosphériques.

La circulation générale est due aux déséquilibres thermiques et à la dynamique de rotation de la planète. Les observations modernes ont validé certains aspects des modèles initiaux tout en révélant des complexités non prévues.

Question

Réponse

L'interaction d'un thalweg d'altitude avec la ZCIT en hiver peut renforcer la ZCIT, sauf en cas d'intrusion d'air sec. Cela génère des ondulations en forme de V inversé dans le flux d'alizés.

La convection résultante prend souvent la forme de V inversé et peut s'étendre jusqu'aux moyennes latitudes, surtout si le thalweg de basses couches et le forçage d'altitude sont en phase.

Cette interaction peut provoquer des phénomènes convectifs intenses et des précipitations, comme les 'pluies de mangues' en Afrique de l'Ouest.

Question

Réponse

Le rayonnement tellurique est le flux infrarouge émis par la surface, dépendant de la température de surface et du rayonnement atmosphérique absorbé. En moyenne annuelle, il varie de -40 à -60 W/m² sur les océans tropicaux, de -120 à -130 W/m² au-dessus des déserts, et est d'environ -20 W/m² au-dessus des forêts équatoriales.

Le rayonnement tellurique est influencé par la température de surface (Ts) et le rayonnement atmosphérique absorbé (Ra), exprimé par Rt = -(ε ⋅ σTs^4 - Ra).

La variation annuelle moyenne du rayonnement tellurique est due aux différences de température de surface et d'absorption atmosphérique entre les océans tropicaux, les déserts et les forêts équatoriales, résultant en des valeurs différentes pour chaque type de surface.

Question

Décrire les trois parties principales d'un cyclone tropical et leurs caractéristiques spécifiques : l'œil, le mur de l'œil et les bandes spirales.

Réponse

L'œil est le centre calme avec des vents faibles et pas de précipitations. Le mur de l'œil est une ceinture de cumulonimbus inclinée vers l'arrière. Les bandes spirales sont des bandes convectives qui convergent vers le mur de l'œil.

L'œil : centre du cyclone, calme apparent, vents faibles, pas de précipitations. Diamètre varie entre 8 et 200 km. Mur de l'œil : ceinture de cumulonimbus autour de l'œil, incliné vers l'arrière. Bandes spirales : bandes convectives qui convergent vers le mur de l'œil.

Oeil: Centre calme, vents faibles, pas de précipitations. Mur de l'oeil: Cumulonimbus autour de l'oeil. Bandes spirales: Bandes convectives convergeant vers le mur de l'oeil.

Question

Réponse

Le modèle de Ferrel, avec ses trois cellules, prend en compte la composante méridienne de la force de Coriolis, ce qui permet d'expliquer la présence de basses pressions vers 60° de latitude et de hautes pressions aux pôles, contrairement au modèle de Hadley.

Le modèle de Ferrel améliore la compréhension en intégrant la cellule de Ferrel, qui n'est pas directement entraînée par la convection thermique mais par les mouvements des deux cellules adjacentes, expliquant ainsi des zones de haute et basse pression.

Le modèle de Ferrel tient compte des échanges horizontaux d'énergie et des courants-jets.

Question

Réponse

En zone tropicale, les gradients verticaux de température sont initialement plus importants qu'en zone tempérée jusqu'à 1500m (-1.2°C à -1.6°C/100m contre -0.65°C/100m), mais similaires plus haut (9 à 12km). Ces forts gradients favorisent les mouvements verticaux importants, conduisant à la formation de nuages de grande extension verticale.

Les gradients verticaux de température sont plus importants dans la zone tropicale, ce qui provoque des mouvements verticaux importants, créant ainsi des nuages de grande extension verticale.

La température décroît plus rapidement avec l'altitude dans la zone tropicale, surtout près de la surface, ce qui engendre une instabilité et des nuages verticaux.

Question

Réponse

Les orages multicellulaires se forment avec un cisaillement unidirectionnel, tandis que les supercellules nécessitent un cisaillement rotationnel. Les supercellules sont typiquement plus grandes (jusqu'à 50 km) et ont une durée de vie plus longue (plusieurs heures) que les cellules individuelles dans un système multicellulaire. Les supercellules sont associées à des phénomènes plus violents comme la grêle, les rafales et les tornades, tandis que les systèmes multicellulaires ont une intensité variable selon les cellules.

Les systèmes multicellulaires ont plusieurs cellules à différents stades, tandis que les supercellules sont une seule cellule orageuse de grande taille.

Les supercellules ont des ascendances plus intenses (jusqu'à 50 m/s) que les orages multicellulaires.

Question

Réponse

Les forçages internes (ondes de gravité, relief, discontinuités de surface) et externes (convergence de grande échelle) peuvent forcer l'ascension. La CIN représente l'énergie nécessaire pour qu'une particule atteigne son niveau de convection libre.

Les forçages internes comme les ondes de gravité, le relief, et les discontinuités de surface forcent l'air à monter. Les forçages externes, comme la convergence de grande échelle, contribuent également, et la CIN représente l'inhibition convective, l'énergie requise pour atteindre le LFC.

Les mécanismes incluent les forçages internes (ondes de gravité, relief) et externes (convergence à grande échelle). La CIN représente l'énergie nécessaire à une particule pour atteindre son niveau de convection libre, agissant comme une barrière.

Question

Réponse

Les courants chauds sont plus fréquents sur les côtes ouest des océans et actifs dans l'hémisphère Nord, tandis que les courants froids dominent l'hémisphère Sud et accentuent la désertification des côtes est. La présence de courants froids, comme ceux de Benguela et Humboldt, refroidit l'eau, empêchant ainsi la formation de cyclones car ils ont besoin d'eau chaude pour se développer.

Les courants chauds incluent le Kourou Shivo et le Gulf-Stream dans l'hémisphère Nord, et les courants des Aiguilles et du Brésil dans l'hémisphère Sud. Les courants froids incluent ceux de Californie et des Canaries dans l'hémisphère Nord, et ceux de Benguela et Humboldt dans l'hémisphère Sud.

Question

Expliquer le phénomène El Niño, sa fréquence, sa durée typique, et comment il se différencie de La Niña en termes de températures de surface de la mer et d'impacts climatiques.

Réponse

El Niño est un phénomène climatique irrégulier se produisant tous les 2 à 7 ans, durant de 6 à 18 mois, caractérisé par un réchauffement anormal des eaux de surface dans le Pacifique équatorial. Contrairement à La Niña, qui présente des températures de surface plus froides que la moyenne dans la même région, El Niño a des impacts climatiques globaux, affectant les régimes de précipitations et les températures à travers le monde.

El Niño est un réchauffement des eaux du Pacifique, durant de 6 à 18 mois et survenant tous les 2 à 7 ans. La Niña est son opposé, avec des eaux plus froides. El Niño modifie la circulation atmosphérique mondiale.

El Niño est un événement irrégulier de réchauffement des eaux du Pacifique, impactant le climat mondial. La Niña, son inverse, se caractérise par des températures plus froides.

Question

Réponse

Une perturbation tropicale évolue en Dépression Tropicale (vents < 63 km/h), puis en Tempête Tropicale (vents entre 63 et 117 km/h), et enfin en Cyclone Tropical (vents >= 118 km/h).

Le développement d'un cyclone tropical commence par une perturbation, se transforme en dépression avec des vents inférieurs à 63 km/h, progresse en tempête tropicale avec des vents entre 63 et 117 km/h, et culmine en cyclone avec des vents supérieurs à 118 km/h.

La formation d'un cyclone tropical implique une perturbation qui devient dépression (vents < 63 km/h), puis tempête (63-117 km/h), et finalement cyclone (>=118 km/h).

Question

Réponse

La mousson indienne alimente le TEJ via la cellule de Walker, transportant de l'énergie potentielle. Le chauffage thermique de surface et la libération de chaleur latente par les systèmes convectifs de méso-échelle renforcent le TEJ sur l'Afrique de l'Ouest.

La cellule de Walker, "mousson transverse", transporte de l'énergie de la mousson indienne vers le TEJ. Le chauffage saharien et la chaleur latente des systèmes convectifs contribuent au renforcement du TEJ.

Le TEJ est alimenté par la mousson indienne grâce à la cellule de Walker. Le chauffage thermique de surface et la libération de chaleur latente par convection en Afrique de l'Ouest intensifient le TEJ.

Question

Réponse

Les principaux reliefs tropicaux incluent les chaînes de montagnes (Andes, Himalaya), les hauts plateaux (Tibet, Afrique du Sud) et les reliefs isolés (Mont Cameroun). Ces reliefs influencent les paramètres atmosphériques tels que la température, le vent et les précipitations, créant des microclimats et modifiant les régimes météorologiques locaux.

L'orientation des chaînes de montagnes par rapport aux vents dominants peut créer des effets d'ombre pluviométrique, avec des pentes exposées au vent recevant plus de précipitations et des pentes abritées restant plus sèches. L'altitude des reliefs affecte également la température, avec des températures plus basses en altitude, ce qui peut influencer la formation de nuages et les précipitations.

Les hauts plateaux peuvent agir comme des sources de chaleur en été et des sources de froid en hiver, influençant la circulation atmosphérique régionale. Les reliefs isolés peuvent provoquer des convergences de vent et des orages localisés.

Question

Réponse

Pré-mousson (Mai): ZCIT migre à 5°N, le FIT remonte à 15°N. Onset (fin Juin): ZCIT saute à 10°N, la température de la mer baisse, la pression augmente. Retrait (fin Août/Septembre): la zone de pluie se retire vers le Sud.

La mousson d'Afrique de l'Ouest est une réponse dynamique et hydrique de l’atmosphère au différentiel énergétique entre l’océan et le continent et est corrélée avec le déplacement saisonnier de la ZCIT. Les gradients horizontaux de pression, de température et d’humidité augmentent entre le Sahara et le Golfe de Guinée ce qui favorise l’accélération du flux de mousson pendant cette phase.

La période de mousson est en corrélation avec le déplacement saisonnier de la ZCIT. La zone de pluies se situe en moyenne mensuelle vers 5°S en hiver boréal, vers 5°N au printemps, et elle remonte vers 10°N en juillet-août.

Question

Réponse

La mousson est un vent saisonnier résultant des différences de température entre les continents et les océans, changeant de direction entre l'été (mousson d'été, humide) et l'hiver (mousson d'hiver, sèche ou moins humide). Elle se distingue des simples saisons des pluies par son origine dans la circulation atmosphérique globale et son inversion saisonnière des vents dominants.

La mousson est un alizé qui traverse l'Équateur géographique et change de direction. La mousson d'été est d'origine océanique et apporte de fortes pluies, tandis que la mousson d'hiver est d'origine continentale et est plus sèche.

Le terme "mousson" vient de l'arabe "mausim" (saison des pluies). Elle est un vent saisonnier influencé par les différences thermiques entre terre et mer. La mousson d'été est océanique (pluvieuse), celle d'hiver continentale (sèche).

Question

Réponse

Le bilan radiatif net est positif aux basses latitudes (excédent d'énergie) et négatif aux hautes latitudes (déficit d'énergie). Ce déséquilibre crée un gradient de température qui est le moteur des circulations atmosphériques et océaniques, lesquelles redistribuent l'énergie des tropiques vers les pôles.

Le bilan radiatif varie avec la latitude en raison de l'angle d'incidence du rayonnement solaire et de l'albédo variable de la surface terrestre. L'excédent d'énergie aux tropiques et le déficit aux pôles entraînent des transferts d'énergie par les circulations atmosphériques et océaniques.

Le bilan radiatif net est la principale source d'énergie pour les circulations atmosphériques et océaniques. La différence de bilan entre les tropiques et les pôles engendre des mouvements d'air et d'eau qui contribuent à la redistribution de la chaleur sur la planète.

Question

Réponse

AEJ : Jet de moyenne troposphère (600-700hPa), origine thermique due au gradient de température entre le Sahara chaud et le Golfe de Guinée froid. Position : 10°N en pré/post-mousson, 13-15°N en été. Migration : s'étend de la Mer Rouge à l'Atlantique Est. Rôle : instabilités barotropes et baroclines favorisant les ondes d'Est africaines.

TEJ : Jet de haute troposphère (100-200hPa), alimenté par la mousson indienne et le chauffage saharien. Position : vers 10°N sur l'Afrique de l'Ouest de fin juin à début septembre. Rôle : divergence en haute troposphère contribuant à la convection de méso-échelle.

Contribution combinée : La zone entre l'AEJ et le TEJ est une zone de convection profonde favorable à la formation de systèmes convectifs, les ondes d'Est africaines.

Question

Réponse

Les ondes d'Est sont des perturbations d'échelle synoptique (2000-5000 km, période > 2 jours) mises en évidence par les lignes de flux dans les régions tropicales. Les ondes de 3-5 jours sont plus fréquentes et actives, tandis que celles de 6-9 jours se trouvent au nord du Jet d'Est Africain.

Ondes d'Est : perturbations d'échelle synoptique (2000-5000 km) observées en zones tropicales, mises en évidence par lignes de flux. Ondes 3-5 jours : fréquentes, actives. Ondes 6-9 jours : moins fréquentes, au nord du Jet d'Est Africain.

Ondes d'Est : perturbations d'échelle synoptique (2000 à 5000 km, période supérieure à 2 jours), mises en évidence par les lignes de flux. Les ondes d'Est de période 3 à 5 jours sont plus fréquentes et actives que celles de 6 à 9 jours, qui se trouvent au nord du Jet d'Est Africain.

Question

Réponse

L'albédo est le rapport du flux réfléchi au flux incident, et le coefficient d'absorption est le rapport du flux absorbé au flux incident. Pour les déserts, l'albédo est d'environ 0.35, pour les forêts équatoriales, il est d'environ 0.12, pour les surfaces enneigées, il est d'environ 0.60, et pour le système Terre-Atmosphère, il est d'environ 0.30.

L'albédo (A) est le rapport du flux réfléchi au flux solaire incident, tandis que le coefficient d'absorption (α) est le rapport du flux absorbé au flux solaire incident. A = 1 - α. Exemples : Déserts (A ≈ 0.35), Forêts équatoriales (A ≈ 0.12), Surfaces enneigées (A ≈ 0.60), Système Terre-Atmosphère (A ≈ 0.30).

L'albédo mesure la réflectivité d'une surface, tandis que le coefficient d'absorption mesure sa capacité à absorber le rayonnement. Les valeurs typiques varient : déserts (albédo élevé), forêts (albédo faible), neige (albédo très élevé), Terre-Atmosphère (albédo moyen).

Question

Réponse

Le bilan énergétique est excédentaire dans la zone tropicale en raison de l'angle d'incidence plus direct du rayonnement solaire, tandis qu'il est déficitaire aux pôles en raison de l'angle plus prononcé. Ce déséquilibre thermique entraîne une circulation atmosphérique appelée cellule de Hadley, où l'air chaud et humide s'élève à l'équateur, se déplace vers les pôles en altitude, se refroidit et redescend vers les latitudes subtropicales, créant ainsi une circulation continue.

L'angle d'incidence du rayonnement solaire est le principal facteur. Aux tropiques, le rayonnement solaire frappe la Terre de manière plus directe, concentrant l'énergie sur une plus petite surface. Ailleurs, l'énergie est dispersée, créant un déficit. Ce gradient thermique initie la cellule de Hadley.

L'excédent d'énergie dans la zone tropicale est dû à une plus grande absorption du rayonnement solaire. Ce surplus d'énergie est ensuite transféré vers les régions polaires via la cellule de Hadley, un système de circulation atmosphérique à grande échelle.

Question

Réponse

Le flux de chaleur sensible est la chaleur échangée par turbulence, dépendant de la vitesse du vent et du gradient vertical de température. Le flux de chaleur latente est la chaleur échangée par évaporation/évapotranspiration, dépendant de la vitesse du vent et du gradient vertical d'humidité. Ils régulent les échanges d'énergie entre la surface et l'atmosphère.

Le flux de chaleur sensible (Qs) est la quantité de chaleur transférée entre la surface et l'atmosphère en raison des différences de température. Il dépend de la vitesse du vent (u) et du gradient de température (Ts - Ta). Le flux de chaleur latente (Qe) est la quantité de chaleur transférée lors des changements de phase de l'eau (évaporation/condensation). Il dépend aussi de la vitesse du vent (u) et du gradient d'humidité (qvs - qva). Ces flux sont cruciaux pour le bilan énergétique de la surface terrestre et de l'atmosphère.

Flux de chaleur sensible : chaleur transférée due aux différences de température, dépend de la vitesse du vent et du gradient vertical de température. Flux de chaleur latente : chaleur transférée lors des changements de phase de l'eau, dépend de la vitesse du vent et du gradient vertical d'humidité. Ces flux influencent significativement les échanges d'énergie et le bilan hydrique à l'interface sol-atmosphère.

Météorologie Tropicale : Étude Approfondie des Spécificités et Perturbations

La météorologie tropicale est l'étude des systèmes météorologiques et climatiques au sein de la zone tropicale, traditionnellement définie géographiquement comme la région entre le Tropique du Cancer () et le Tropique du Capricorne (). Cependant, d'un point de vue météorologique, ce domaine est étendu entre et pour inclure les ceintures de hautes pressions subtropicales qui jouent un rôle crucial dans la circulation générale. Ce cours vise à initier aux caractéristiques spécifiques de cette atmosphère, à sa circulation, à ses perturbations et à ses interactions avec les autres zones climatiques.

Chapitre I : Spécificités de la Météorologie Tropicale

La zone tropicale se distingue par plusieurs particularités fondamentales liées à la sphéricité de la Terre et à la distribution du rayonnement solaire. Ce domaine n'est ni figé dans le temps ni dans l'espace, se déplaçant avec le mouvement apparent du soleil, vers le nord en été boréal et vers le sud en été austral.

Géographie des Régions Tropicales

Les facteurs géographiques tels que les surfaces terrestres et océaniques, les reliefs et les végétations, influencent considérablement les paramètres atmosphériques.

Tendance Océanique : Les océans représentent environ 80% des régions tropicales, ce qui confère à la météorologie tropicale un caractère essentiellement maritime. Par conséquent, la tension de vapeur d'eau y est généralement élevée. L'hémisphère Nord a une tendance continentale, tandis que l'hémisphère Sud est plus océanique, entraînant des transferts thermiques significatifs.
Reliefs Majeurs :
- Orientés Nord-Sud : Est de l'Afrique, Cordillère des Andes.
- Orientés Est-Ouest : Chaîne Himalayenne.
- Hauts plateaux : Jos (Nigéria), Tibet, Afrique du Sud, Mexique.
- Reliefs isolés : Fouta-Djalon, Adrar des Ifoghas, Aïr, Mont Cameroun, Tibesti, Nouvelle Calédonie, Alpes Australiennes.
- Déserts : Sahara, Kalahari, déserts d'Australie, d'Asie, d'Amérique du Nord.
Végétation : L'extension et la densité des végétations influencent le climat local. Les principales forêts équatoriales sont l'Amazonie (5 500 000 ) et la forêt du bassin du Congo (3 900 000 ). On trouve également la forêt de la Haute Guinée et de vastes savanes africaines.
Courants Océaniques : Les échanges océan-atmosphère sont essentiels, se manifestant par des phénomènes extrêmes comme les cyclones et des événements tels qu'El Niño. Ces échanges sont modulés par des courants chauds et froids.
- Courants Chauds : Observés principalement sur les côtes Ouest des océans, plus actifs dans l'hémisphère Nord. Exemples : Kourou Shivo (Japon), Gulf Stream (Amérique du Nord), Courants des Aiguilles (entre Madagascar et Afrique du Sud), du Brésil, des Caraïbes.
- Courants Froids : Plus importants dans l'hémisphère Sud, observés sur les côtes Est des océans, accentuant la désertification par des remontées d'eau froide (upwellings). Exemples : Californie, Canaries (hémisphère Nord), Benguela (Namibie), Humboldt (Chili et Pérou). La présence de ces courants froids explique l'absence de cyclones dans certains bassins (ex: Atlantique Sud, Pacifique Sud Est).

Caractéristiques Météorologiques Principales

Variations Diurnes vs. Annuelles : Les variations diurnes de température sont environ dix fois supérieures aux variations annuelles dans les tropiques, contrairement aux régions tempérées. Cela est illustré par les cycles de température à Quito (tropical) et Berlin (tempéré). Ces fortes variations diurnes sont cruciales pour la prévision des phénomènes convectifs.
Bilan Énergétique : La zone tropicale présente un bilan énergétique excédentaire en surface et déficitaire pour le reste du globe. Ce déséquilibre génère des circulations méridiennes planétaires comme la Cellule de Hadley et le gyre subtropical océanique, fondamentales pour la circulation générale.
Déséquilibre Radiatif Équatorial : Un fort déséquilibre radiatif existe entre la surface et le sommet de l'atmosphère près de l'équateur. La redistribution de cet excédent d'énergie se fait par des mouvements verticaux de grande échelle, donnant naissance à la Zone de Convergence Intertropicale (ZCIT).
Faiblesse de la Force de Coriolis : La force de Coriolis est faible en zone tropicale, rendant l'atmosphère quasi-barotrope. Les gradients horizontaux de température, de pression et de géopotentiel sont dix fois plus faibles qu'aux latitudes moyennes.
Équilibre Géostrophique Invalide près de l'Équateur : Lorsque la latitude est inférieure à , l'équilibre géostrophique est de moins en moins vérifié, car la force de Coriolis devient inférieure à la force de pression. Le flux présente alors une forte composante divergente, sauf pour des phénomènes comme les cyclones tropicaux qui ont une forte composante rotationnelle.

Climatologie de l'Atmosphère Tropicale

La compréhension des phénomènes tropicaux repose sur la connaissance des champs moyens de température, vent, pression et humidité.

Pression : Des ceintures de hautes pressions (anticyclones subtropicaux) sont observées autour de et , avec des dépressions équatoriales et des dépressions de mousson. Ces anticyclones sont des centres d'action essentiels qui pilotent les alizés.
- Anticyclones de l'hémisphère Nord : Anticyclone des Açores (permanent, dynamique), de Libye (thermique, non permanent), d'Asie (Tibet), des îles Hawaï (Pacifique Est).
- Anticyclones de l'hémisphère Sud : Anticyclone de Sainte Hélène (dynamique), des Mascareignes (Océan Indien), de Kernadec (Est Australie), de Pâques (Pacifique Ouest).
Température : Les régions tropicales reçoivent directement les rayons solaires, d'où des températures élevées. Les maxima s'observent sur le Sahara, la péninsule arabique et le plateau tibétain en été boréal, ou sur les continents de l'hémisphère Sud en été austral. Les gradients horizontaux de température sont généralement faibles, s'affaiblissant vers l'équateur, mais peuvent être importants au voisinage terre-mer. Des gradients verticaux élevés ( à ) dans les basses couches peuvent donner naissance à des nuages puissants.
Vent :
- Surface : Faible et régulier, avec une variation diurne liée aux transitions stable/turbulent et aux conditions géographiques (brises de mer/terre, vents de relief).
- Altitude (> 1500 m) : Dominance de vents d'Est ou d'Ouest selon la saison, avec des axes de vents forts comme le Jet Subtropical d'Ouest (JOST), le Jet d'Est Tropical (TEJ) et le Jet d'Est Africain (AEJ).
- Alizés : Vents dirigés par les anticyclones subtropicaux vers les basses pressions équatoriales. Nord-Est/Sud-Ouest dans l'hémisphère Nord, Sud-Est/Nord-Ouest dans l'hémisphère Sud. L'harmattan est un alizé sec traversant le Sahara.
- Mousson : Alizé originaire d'un hémisphère qui s'intègre dans la circulation de l'autre hémisphère après avoir traversé l'équateur et subi une déviation. "Mausim" signifie "saison" (des pluies) en arabe.

Chapitre II : Les Échelles en Météorologie Tropicale

Les mouvements atmosphériques se produisent à des échelles très diverses en espace et en temps. La classification usuelle basée sur la taille et la durée est limitée sous les tropiques à cause de la faiblesse de la force de Coriolis. Le diagramme de Ooyama, basé sur le rayon de déformation de l'atmosphère , est plus pertinent.

Le rayon de déformation de l'atmosphère

Ce paramètre prend en compte les faibles valeurs de la force de Coriolis et se définit comme le rapport entre la fréquence des ondes de gravité et celle des ondes d'inertie . Il s'exprime en km et peut être approximé par :

: Pulsation des ondes de gravité (ou fréquence de Brunt-Väisälä), indicateur de stabilité verticale.
: Pulsation des ondes d'inertie, indicateur de stabilité horizontale.
: Hauteur équivalente de l'atmosphère barotrope (environ 10 km).
: Paramètre de Coriolis.
: Tourbillon relatif de l'environnement.

Le rayon de déformation indique la taille d'un système météorologique pour laquelle l'équilibre entre la force de Coriolis et la force de pression est atteint. Il dépend fortement de la latitude :

Moyennes latitudes : . L'équilibre géostrophique est atteint pour des systèmes de quelques centaines de km.
Vers latitude : . L'équilibre géostrophique est atteint pour des systèmes de quelques milliers de km.
Vers latitude : .
À l'équateur : est nul, tend vers l'infini, l'équilibre géostrophique n'est jamais atteint sauf si le tourbillon relatif est non nul.

Diagramme de Ooyama et Classification des Échelles

Systèmes en Équilibre Géostrophique () : Lorsque la taille horizontale est supérieure ou égale au rayon de déformation. Dans ce cas, la convection est organisée par la circulation rotationnelle (ex: dépression tropicale).
Systèmes de Méso-Échelle () : L'équilibre géostrophique n'est pas vérifié, la force de pression étant supérieure à la force de Coriolis. La convection est organisée par la circulation divergente (ex: ligne de grains tropicale, cellule de Walker). Les dimensions de la méso-échelle sont beaucoup plus grandes aux tropiques (quelques milliers de km) qu'aux latitudes moyennes (quelques centaines de km). Les mouvements verticaux sont généralement hydrostatiques.
Systèmes d'Échelle Aérologique () : Mouvements verticaux non hydrostatiques. La convection isolée est difficilement prévisible car elle ne vérifie ni l'équilibre hydrostatique, ni l'équilibre géostrophique.

Cas particulier des Cyclones Tropicaux : Ils sont des circulations équilibrées à petite échelle. Leur rayon de déformation est très petit (20 à 40 km) en raison du tourbillon relatif très élevé, ce qui les rend exceptionnels par rapport aux autres phénomènes tropicaux où est de plusieurs milliers de km.

Chapitre III : Bilan Énergétique

Le soleil est la principale source d'énergie du système Terre-Atmosphère. L'établissement des bilans énergétiques permet d'identifier les zones excédentaires ou déficitaires, qui sont à l'origine des mouvements atmosphériques et océaniques.

Concepts Fondamentaux

Albédos () : Rapport du flux réfléchi au flux solaire incident.
- Déserts :
- Forêts équatoriales :
- Surfaces enneigées :
- Système Terre-Atmosphère : (30% réfléchi, 70% absorbé).
Coefficient d'absorption () : Rapport du flux absorbé au flux solaire incident. .

Flux Énergétiques

Flux solaire absorbé par le système Terre-Atmosphère () : Plus élevé à l'équateur (360 ) qu'aux pôles (0 ).
Flux infrarouge sortant () : Émis vers l'espace, varie avec la température (loi de Stefan-Boltzmann) et l'humidité. Maximal dans les régions subtropicales (air sec et chaud).
Bilan radiatif net du système Terre-Atmosphère () : . Positif en zone tropicale (jusqu'à ), négatif aux hautes latitudes et déserts. Ce déséquilibre est le moteur des circulations atmosphériques et océaniques.

Flux Turbulents à l'Interface Sol-Atmosphère

Les mouvements turbulents facilitent les échanges de chaleur sensible et latente.

Flux de chaleur sensible () : Échangée par turbulence. .
- Dépend de la vitesse du vent () et du gradient vertical de température ().
- Négatif sur les zones chaudes (déserts, forêts équatoriales, océans tropicaux), représentant une perte pour la surface.
- Gain d'énergie pour la surface () dans les zones d'upwelling côtier.
Flux de chaleur latente () : Échangée par évaporation (85%) et évapotranspiration (15%). .
- Dépend de la vitesse du vent () et du gradient d'humidité ().
- Représente une perte d'énergie pour la surface en cas d'évaporation (plus important sur les océans: ).
- Source d'énergie pour la surface en cas de condensation (rosée).

Bilan en Surface et Atmosphère

Rayonnement solaire absorbé en surface : Positif toute l'année, maximal sur les océans tropicaux ().
Rayonnement tellurique () : Flux infrarouge émis par la surface. Varie de sur océans tropicaux à sur les déserts.
Bilan radiatif en surface () : . Généralement excédentaire ( en moyenne globale), grâce à l'effet de serre. La surface est la « source chaude » du système Terre-Atmosphère.
Bilan radiatif de l'atmosphère : Toujours négatif à toutes les latitudes (environ ). L'atmosphère est la « source froide ».

L'excédent énergétique en surface dans la zone équatoriale est transporté vers les zones de déficit (sommet de l'atmosphère) via la convection et les mouvements verticaux, donnant naissance à la ZCIT et à la Zone de Convergence du Pacifique Sud (ZCPS). Ces mouvements verticaux sont expliqués par le bilan d'énergie statique humide (Riehl et Malkus, 1958).

Les déséquilibres énergétiques sont compensés par des transports méridiens d'énergie, impliquant les océans, la circulation atmosphérique moyenne et les perturbations transitoires.

Chapitre IV : Circulation Générale

La circulation générale est le mouvement planétaire de l'atmosphère qui redistribue l'énergie des zones excédentaires aux zones déficitaires, cherchant un équilibre constant. Elle est causée par des facteurs thermiques et mécaniques.

Théories Principales

Modèle de Hadley (1735) : Initialement une cellule hémisphérique unique, il a été précisé. La Cellule de Hadley est une circulation fondamentale en zone tropicale, avec des ascendances à l'équateur (air chaud et humide), et des subsidences vers et (formation d'anticyclones subtropicaux).
- En haute troposphère, elle exporte de l'énergie potentielle.
- En basse troposphère, elle importe de la chaleur sensible et latente grâce aux alizés.
- Les deux cellules de Hadley (Nord et Sud) varient saisonnièrement. Celle de l'hémisphère d'hiver est plus développée (10 fois). Aux équinoxes, elles sont symétriques.
- Rôle Dynamique : La conservation du moment angulaire absolu () explique l'accélération des vents d'Ouest en haute troposphère vers de latitude, formant le Jet d'Ouest Subtropical (JOST). Le JOST le plus intense est dans l'hémisphère d'hiver.
Modèle de Ferrel (1956) : Ce modèle multicellulaire inclut la Cellule de Hadley, la Cellule de Ferrel (aux latitudes moyennes) et la Cellule Polaire. Il explique mieux la distribution des champs de pression (basses pressions à , hautes pressions aux pôles).
Modèle de Rossby (1930) : Similaire à Ferrel, mais avec une explication plus convaincante des régimes de vent et des zones de pression.
Modèle de Palmen (1951) : Intègre les échanges horizontaux d'énergie et les courants jets. Décrit une cellule de Hadley avec une tropopause élevée, une circulation complexe de Ferrel, une cellule polaire avec une basse tropopause, et les jets subtropicaux et polaires. Ce modèle est en cohérence avec les bilans énergétiques et les observations.

Circulation de Walker

Alors que la circulation de Hadley est méridienne, la Cellule de Walker est une circulation longitudinale (Est-Ouest) cruciale pour la variabilité zonale de l'activité convective.

Hypothèse de Bjerknes (1969) : Existence d'une cellule verticale zonale le long du Pacifique équatorial. Explique les températures de basse troposphère plus élevées à l'Ouest et un gradient de pression vers l'Est, avec alizés en surface et vents d'Ouest en altitude.
Hypothèse de Flohn (1971) / Newell (1979) : Existence de quatre grandes cellules de Walker circulant autour de l'équateur, situées sur l'Océan Pacifique, l'Océan Atlantique, l'Afrique (RDC) et l'Inde.
Caractéristiques :
- Zones d'ascendances : Amazonie, Afrique, Indonésie (pôles de convection profonde).
- Zones de subsidence : Flancs Est des océans Atlantique et Pacifique, bord Ouest de l'Océan Indien (associées à des flux d'alizés et des strato/stratocumulus réduisant le réchauffement des upwellings).
Rôle dans l'Oscillation Australe : La circulation de Walker joue un rôle majeur dans l'Oscillation Australe, notamment lors des épisodes El Niño et La Niña.
- El Niño : Apparition irrégulière (2 à 7 ans), dure 6 à 18 mois, intensité maximale vers Noël. Entraîne des impacts climatiques globaux. La circulation de Walker est moins zonale, renforçant la cellule de Hadley.
- La Niña : Phase opposée d'El Niño, températures de surface de la mer plus froides que la moyenne dans le Pacifique équatorial (Chute de 3 à 5°C). Météo plus fraîche et sèche dans le Pacifique tropical oriental.

Les cellules de Walker sont perpendiculaires aux cellules de Hadley, illustrant la complexité de la circulation générale.

Chapitre VI : Équateur Météorologique

L'Équateur Météorologique (EM) est la zone de confluence des alizés des deux hémisphères. Il est souvent désigné ou associé à d'autres concepts importants selon le contexte géographique ou la vision des météorologues.

Concepts Clés

L'Équateur Météorologique (EM) est la zone de confluence des alizés. Il agit comme une barrière énergétique entre les hémisphères météorologiques.
Le Front Intertropical (FIT) est la zone de convergence en basses couches, formée par la rencontre de l'harmattan et de la mousson. Ce n'est pas un front au sens strict (les Anglo-Saxons parlent d'ITD "InterTropical Discontinuity").
La Zone de Convergence Intertropicale (ZCIT) est la zone de convections profondes et d'ascendances maximales. Elle marque la limite entre les cellules de Hadley et s'observe tout autour du globe.

Différence entre ZCIT et FIT : La ZCIT est toujours au Sud du FIT (parfois à plus de 500 km), tandis que la ZCIT peut coïncider ou être très proche de la position de l'EM sur l'océan. Le FIT est le nom donné à l'EM en Afrique de l'Ouest par les francophones. La ZCIT et l'EM subissent des variations saisonnières importantes liées au mouvement apparent du soleil.

Migrations de l'Équateur Météorologique

L'EM subit des migrations diurnes, de moyennes amplitudes et annuelles.

Migrations Diurnes :
- Moins importantes sur l'océan (faible contraste thermique et hygrométrique des alizés).
- Plus marquées sur les continents (alizés secs comme l'harmattan vs. mousson humide), où l'air froid chasse le FIT.
Migrations de Moyennes Amplitudes : Dues aux variations des centres d'action (ex: renforcement de l'Anticyclone des Açores ou de Libye fait migrer le FIT vers le Sud en Afrique Occidentale).
Migrations Annuelles : La plus remarquable, suivant le mouvement apparent du soleil avec un retard de 8 semaines (inertie du système Terre-Océan-Atmosphère). Plus importante sur les continents.

Comportement de l'EM en Régime Océanique et Continental

Sur Océan : Les alizés ont des caractéristiques d'humidité similaires, et le contraste thermique est modéré. L'EM est une zone de confluence interocéanique faiblement inclinée verticalement, souvent appelée duct (anticyclones équidistants de l'équateur) ou duct déporté (anticyclones à distances différentes, provoquant un décalage de l'EM jusqu'à de latitude). L'EM y est une zone d'instabilité pluvio-orageuse.
Sur Continent (ex: Afrique Centrale et Orientale) : L'EM peut être décalé jusqu'à plus de de latitude par les dépressions continentales thermiques. C'est le cas des régimes de mousson.
- En été boréal : Situation de drift sud-nord (dépressions sur le Soudan, hautes pressions sur le bassin congolais).
- En hiver boréal : Branche méridienne de l'EM sur le bassin congolais (thalweg), reliant les branches zonales d'Afrique de l'Ouest et de l'Océan Indien.

Chapitre VII : Interaction entre Zone Tropicale et Zone Tempérée

Les interactions tropiques-moyennes latitudes se produisent à toutes les saisons, mais sont facilitées en hiver (renforcement du JOST) ou en été (déferlement d'ondes de Rossby).

Intrusions de Systèmes des Latitudes Moyennes vers les Tropiques

En Hiver : Le JOST se renforce et se rapproche de l'équateur. Les fronts froids ou dépressions extratropicales peuvent atteindre de latitude. La partie méridionale d'un front froid peut progresser vers l'équateur en perdant ses caractéristiques. Cela peut affaiblir l'harmattan, pousser le FIT vers le Nord, augmenter les températures et renforcer la convection au Sud (ex: pluies des mangues en Afrique de l'Ouest).
Thalwegs d'altitude : Des thalwegs (gouttes froides) peuvent interagir avec la ZCIT, renforçant la convection (sauf en cas d'intrusion d'air sec). Ils génèrent des ondulations en "V inversé" dans le flux d'alizés, favorisant des phénomènes convectifs intenses.

Déplacement de Systèmes Tropicaux vers les Latitudes Moyennes

En Été : Les dépressions et cyclones tropicaux peuvent remonter vers les régions tempérées. Exemple : Le cyclone FAITH (1966) est parti d'une onde d'Est en Afrique de l'Ouest et a atteint les côtes finlandaises.

Impact d'El Niño : Pendant les années El Niño, les échanges tropiques-moyennes latitudes sont facilités, entraînant des impacts climatiques globaux via des téléconnexions. La circulation de Walker est moins zonale, ce qui renforce la cellule de Hadley.

Chapitre VIII : Les Perturbations de la Zone Tropicale

Les perturbations en zone tropicale sont des modifications de l'état atmosphérique stable, souvent liées à la convection. Une cellule convective isolée peut générer des systèmes plus organisés d'échelle méso ou synoptique.

Convection et Orages

La convection survient lorsque des masses d'air s'élèvent au-dessus d'une surface plus chaude. Elle est qualifiée selon divers facteurs (libre, forcée, profonde, humide, etc.).

Cellules Ordinaires (Isolées) :
- Conditions : Cisaillement vertical de vent faible, absence de forçages d'altitude.
- Cycle de vie (30-50 min) :
  1. Développement : Ascendances, croissance du nuage (Cumulus congestus/Cumulonimbus), formation de gouttes et cristaux, premiers éclairs.
  2. Maturité : Chute des précipitations, courants descendants (downbursts), front de rafales au sol, refroidissement sensible, formation d'enclume et d'arcus (volutus/shelf cloud).
  3. Dissipation : Cou pure de l'alimentation en air chaud et humide par les subsidences, arrêt des ascendances et dissipations des précipitations.
- Phénomènes : Précipitations intenses mais de courte durée. Pas de phénomènes très violents.
Systèmes Multicellulaires :
- Conditions : Cisaillement vertical de vent horizontal uni-directionnel fort.
- Caractéristiques : Plusieurs cellules coexistent à différents stades. De nouvelles cellules apparaissent à l'aval du cisaillement (à l'avant du système).
- Durée de vie/Taille : Plus longue et plus grande que les cellules ordinaires.
- Phénomènes : Risque de fortes pluies.
Orages Supercellulaires :
- Conditions : Cisaillement vertical de vent fort et rotationnel.
- Caractéristiques : Cellule orageuse unique de grande extension (jusqu'à 50 km), durée de vie d'une à plusieurs heures. Ascendances très intenses (jusqu'à 50 m/s).
- Phénomènes Violents : Grêle monstrueuse, rafales violentes, tornades. Rares en zone tropicale.

Systèmes Convectifs de Méso-Échelle (MCS)

Les MCS sont des amas nuageux où des cellules instables s'organisent en un système nuageux unique d'une étendue > 100 km, produisant une zone continue de précipitations. En zone intertropicale, ils peuvent atteindre 1000 km.

Caractéristiques :
- Longue durée de vie : 6 à 12 heures, parfois 24 à 36 heures.
- Groupes de cellules orageuses (linéaires ou en amas), avec zones de précipitations convectives et stratiformes étendues.
- Peuvent présenter des caractéristiques multicellulaires ou supercellulaires.
- Sommets de nuages très élevés, atteignant la tropopause.
Complexes Convectifs de Méso-Échelle (MCC) : Les plus grands MCS, durée de vie moyenne de 15 heures, parfois plusieurs jours.

Dynamique : Plus complexe que les cumulonimbus individuels, avec des interactions entre les précipitations convectives/stratiformes et les circulations de méso-échelle. Ils connectent la convection atmosphérique à la circulation de plus grande échelle.

Lignes de Grains

En Afrique, les lignes de grains sont des MCS ou MCC caracté risés par un alignement de Cumulonimbus (orientation N-S), se déplaçant d'Est en Ouest. Tailles : 500 à 1000 km de long, plusieurs centaines de km de large ; Durée de vie : 12 à 36 heures ou plus.

Importance : Transportent d'importantes quantités d'énergie et de précipitations (80% des pluies annuelles au Sahel).
Cycle de vie :
1. Formation : Cellules isolées s'alignent, seules celles perpendiculaires au vent persistent.
2. Intensification : Croissance et fusion des cellules, formation d'une zone continue de précipitations. Nouvelles cellules se forment à l'avant du système.
3. Maturité : Les anciennes cellules forment une couverture stratiforme à l'arrière des nouvelles tours convectives. Le système produit des précipitations stratiformes.
4. Dissipation : Formation de nouvelles cellules ralentit, zone de précipitations stratiformes s'affaiblit. Phase plus longue.
Phénomènes dangereux :
- Baisse sensible de température, hausse rapide de pression, fortes précipitations (inondations).
- Front de rafales : Vents violents, changements brusques de direction/vitesse (danger pour l'aviation), soulèvement de sable.
- Rafales descendantes (downbursts) : Micro-rafales () ou macro-rafales (), causant des cisaillements de vent dangereux.
- Autres dangers pour l'aéronautique : orages, givrage, turbulence (suivi via SIGMET, AD WRNG, METAR, SPECI).

Ondes d'Est

Perturbations d'échelle synoptique (longueur d'onde 2000-5000 km, période > 2 jours), se déplaçant d'Est en Ouest, caractérisées par une ondulation dans le champ de vent en basse/moyenne troposphère.

Ondes d'Est Africaines (AEW) : Étudiées notamment par le projet AMMA. S'observent entre la surface et 500 hPa de l'Afrique de l'Est aux côtes guinéennes. Composante importante de la mousson ouest-africaine.
- AEW de période 3 à 5 jours : Les plus étudiées et actives, s'intensifient de la Corne de l'Afrique jusqu'à .
- AEW de période 6 à 9 jours : Moins fréquentes, sur le flanc Nord du Jet d'Est Africain ().
Structure : Convergence et ascendances à l'avant du thalweg, divergence et subsidences à l'arrière. Peuvent croître par conversion d'énergie barotrope.

Cyclones Tropicaux (Typhons, Ouragans)

Perturbations atmosphériques d'échelle synoptique sans front, au-dessus des eaux tropicales, avec convection organisée et circulation cyclonique du vent de surface.

Définition / Noms : Diamètre de quelques centaines de km, souvent avec un œil. Originaires de l'hémisphère d'été.
- Typhon (Pacifique Nord-Ouest)
- Ouragan (Atlantique Nord, Pacifique Nord-Est)
- Cyclone Tropical (Pacifique Sud, Océan Indien)
Circulation : Mouvement Ouest/Nord-Ouest dans l'hémisphère Nord, Ouest/Sud-Ouest dans l'hémisphère Sud.
Équilibre : Circulation équilibrée à méso-échelle, avec un rayon de déformation de 20 à 40 km (due au fort tourbillon).
Structure :
1. L'Œil : Calme apparent, vents faibles, pas de précipitations, minimum de pression, subsidence. Diamètre de 8 à 200 km.
2. Le Mur de l'œil : Ceinture de Cumulonimbus (10 à 50 km de large), incliné vers l'arrière en altitude, siège des vents les plus violents et des pluies intenses.
3. Les Bandes Spirales : Bandes convectives s'enroulant de l'extérieur vers le mur de l'œil.
Stades de développement :
1. Perturbation Tropicale : Activité convective intense, vents de surface modérés, indices de circulation cyclonique.
2. Dépression Tropicale : Circulation fermée, vents .
3. Tempête Tropicale : Vents entre 34 et 63 kt (63 à 117 km/h).
4. Cyclone Tropical : Vents . Intensité classée par l'échelle de Saffir-Simpson (catégories 1 à 5).
Conditions de Formation :
- Température de l'océan sur 50 m de profondeur.
- Atmosphère convectivement instable sur une épaisseur suffisante.
- Humidité relative importante en basse et moyenne troposphère.
- Perturbation initiale en basses couches.
- Force de Coriolis suffisante (à de l'équateur).
- Tourbillon relatif cyclonique et convergence en basses couches.
- Flux divergent en haute troposphère.
- Cisaillement vertical de vent faible.
- Présence d'un thalweg d'altitude.
Conditions d'Affaiblissement / Dissipation :
- Déplacement sur des eaux froides.
- Refroidissement de l'océan par le cyclone lui-même (upwelling).
- Rencontre d'une zone de cisaillement de vent fort.
- Rencontre d'une dorsale d'altitude.
- Atterrissage (coupure de l'alimentation en énergie statique humide).
Phénomènes Dangereux :
- Vents violents (poussée, percussion, objets projetés, destruction d'infrastructures).
- Fortes précipitations (inondations).
- Houle cyclonique (dégâts côtiers).
- Onde de tempête (surcote marine due à la basse pression et aux vents).

Chapitre IX : Météorologie Tropicale en Afrique

L'Afrique étant majoritairement située en zone tropicale, elle présente des caractéristiques météorologiques spécifiques, notamment en Afrique de l'Ouest et Centrale.

Mousson de l'Afrique de l'Ouest (MAO)

La MAO est une réponse dynamique et hydrique de l'atmosphère au différentiel énergétique océan-continent. Elle est caractérisée par :

Conditions de surface : Faibles latitudes, absence de reliefs majeurs, répartition zonale de la végétation, de l'humidité des sols et des albédos.
Déplacement saisonnier de la ZCIT : La zone de pluies se déplace de (hiver boréal) à (juillet-août). L'orographie joue un rôle dans le "saut de mousson".
Structure de l'EM et types de temps en Afrique de l'Ouest : Le FIT est divisé en plusieurs zones (A à D) du Nord au Sud, chacune avec des caractéristiques météorologiques distinctes.
- Zone A (Harmattan) : Ciel clair, fortes variations diurnes de température, lithométéores (chasses de sable, brume sèche).
- Zone B (Mousson convergente) : Épaisseur 600-1000m, 200-400 km de profondeur. Orages isolés.
- Zone C (Mousson la plus active) :
  - C1 : Flux de mousson fortement convergent (1500m), convection intense, lignes de grains, zones orageuses. 400-500 km.
  - C2 : Flux de mousson confluent et très épais (jusqu'à 3000m), pluies de mousson. 400-500 km.
- Zone D (Alizé austral) : Divergent, ciel peu nuageux (St, Sc), pluie faible/bruine. Petite saison sèche pour les pays du Golfe de Guinée.
Jets associées à la MAO :
- Jet d'Est Africain (AEJ) : Jet de moyenne troposphère (600-700 hPa), s'étend sur 10000 km, de fin avril à fin octobre sur le Sahel. Origine thermique (contraste Sahara très chaud / Golfe de Guinée froid). Conditions d'instabilité barotrope et barocline favorisent la formation d'ondes d'Est africaines (AEW). Les lignes de grains se forment souvent sur son flanc Sud.
- Jet d'Est Tropical (TEJ) : Jet de haute troposphère (100-200 hPa), vers entre fin juin et début septembre. Alimenté par la mousson indienne via la cellule de Walker. Son renforcement sur l'Afrique de l'Ouest est dû au chauffage thermique du Sahara et à la libération de chaleur latente par les systèmes convectifs. La bande latitudinale entre l'AEJ et le TEJ est propice à la convection profonde (zone C1 du FIT).
Cycle saisonnier de la MAO :
- Pré-onset (début mai) : La ZCIT migre brusquement de à ("régime guinéen").
- Onset (fin juin) : Second saut de la ZCIT de à ("régime sahélien"). Chute de température de l'eau dans le Golfe de Guinée, renforcement dépression thermique saharienne. L'AEJ migre à , le TEJ s'intensifie.
- Retrait (fin août/début sept.) : Zone de pluie se retire vers le Sud de manière plus linéaire.

Cas Particulier de l'Afrique Centrale

L'Afrique Centrale est une masse continentale autour de l'équateur, bordée par des océans. La météorologie est influencée par l'Anticyclone de Sainte-Hélène et des Mascareignes, et par l'écosystème forestier.

Été boréal : L'EM migre sur le continent africain dans l'hémisphère Nord. On observe une confluence entre les vents de Sainte-Hélène et des Mascareignes, appelée Congo Air Boundary (CAB), source d'instabilité pluvio-orageuse.
Hiver boréal : La confluence des alizés s'établit sur un axe méridien (branche méridienne de l'EM ou thalweg du bassin congolais), source d'humidité et d'instabilité convective à l'Ouest (vents de l'Atlantique Sud).

Mousson Asiatique

La mousson asiatique d'été est la plus intense et étendue au monde, avec des cumuls de précipitations parmi les plus élevés (ex: Cherrapundji). Elle est cruciale pour l'agriculture.

Jets associés : Le Jet d'Est Tropical (TEJ) et le Jet des Somalies (accélération du flux de mousson sur la mer d'Arabie, transportant l'humidité).
Mise en place : En avril, les températures élevées dans la mer d'Arabie et le Golfe du Bengale, combinées à une baisse de pression sur le Pakistan, renforcent le gradient de pression et le flux de mousson.

CAPE et CIN : Indices de Stabilité Atmosphérique

Sous les tropiques, la prévision utilise des indices d'instabilité tels que la CAPE et la CIN.

CIN (Convective INhibition) : Énergie nécessaire pour qu'une parcelle d'air atteigne le niveau de convection libre (LFC). Représente une "barrière énergétique" au déclenchement de la convection. Plus la CIN est élevée, plus la convection sera virulente une fois déclenchée (réservoir latent d'énergie).
CAPE (Convective Available Potential Energy) : Énergie potentielle convective transformable en énergie cinétique. Représente la flottabilité positive d'une parcelle d'air entre le LFC et le niveau de flottabilité neutre (LNB).

Ces indices mesurent l'instabilité, mais sont insuffisants seuls pour la prévision, car ils n'intègrent pas tous les facteurs (subsidences, courant de densité, cisaillement de vent, forçages).

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