texte paru sur un blog de l’université de Reading fin 2020 http://blogs.reading.ac.uk/weather-... et qui apporte des compléments utiles pour la compréhension des médicanes. Cette version en français a été finalisée le 23 juin 2021.

Tout ce que je veux pour Noël, ce sont des cartes PV…

Publié le 21 décembre, 2020 par timpoulter
Par : Ben Harvey

Pendant de nombreuses années, les pages Web du département ont hébergé des graphiques en temps réel des conditions atmosphériques à grande échelle sur la base des données d’analyse opérationnelle de l’ECMWF. Au cours des derniers mois, nous les avons réorganisés en une nouvelle page Web et des images en plus haute résolution. J’ai pensé décrire quelques-unes de ces nouvelles intrigues ici, au cas où vous trouveriez du temps libre pendant les vacances de Noël !

Tout d’abord, voici le nouveau lien Web : http://www.met.reading.ac.uk/ ben/c...
Le premier ensemble de pages (« Dynamical Tropopause Maps ») montre une suite de variables au niveau de la tropopause. Plus précisément, ils montrent des variables interpolées à la hauteur où la vorticité potentielle (PV) atteint une certaine valeur. C’est un bon indicateur de la tropopause car le PV, qui combine des informations sur la stratification et la rotation des particules d’air, a tendance à être faible dans la troposphère et élevé dans la stratosphère (voir http://rammb.cira.colostate.edu/wmo... pour une brève introduction au PV).

Mais pourquoi est-ce utile ? Les jets et les systèmes météorologiques de l’échelle synoptique sont intimement liés à la forme de la tropopause. La figure 1 montre un exemple du week-end dernier. Le dimanche 13 décembre, un courant-jet fort mais ondulé traversait l’Atlantique Nord (panneau de gauche) - un phénomène courant à cette période de l’année. L’altitude de la tropopause était de plus de 10 km au sud du jet mais seulement de 5 km vers son nord, la hauteur diminuant très rapidement à travers le noyau du jet (panneau de droite). Il y a souvent d’incroyables structures dans le champs d’altitude de la tropopause ; essayez de cliquer sur les graphiques de la page Web au cours des derniers jours pour explorer la gamme de figures qui s’y produisent.

figure 1

Figure 1  : Vitesse du vent (à gauche) et hauteur géopotentielle (à droite) à la tropopause à partir de 18Z le 13 décembre 2020. L’annotation met en évidence la position du courant-jet.

BH-fig2

Figure 2 : Une coupe transversale nord-sud à travers le courant-jet (contours en gras) montrant également le tourbillon potentiel (ombrage ; unités : PVU), la température potentielle (contours fins) et la tropopause (ligne noire). Cet exemple provient d’un modèle de prévision NWP. La ligne en pointillés montre la trajectoire d’un vol de recherche visant à mesurer la structure de la tropopause au cœur du jet. (adapté depuis Harvey et al., 2020)

Pour vous aider à visualiser ce qui se passe, la figure 2 montre une coupe transversale du courant-jet de l’Atlantique Nord prise à partir d’une campagne aérienne sur le terrain à l’automne 2016. Vous pouvez voir comment la hauteur de la tropopause diminue à travers le courant-jet et comment les vitesses maximales du vent ont tendance à mentir sur la tropopause elle-même. La figure 1 suit effectivement le trait noir de la tropopause dans la figure 2, et a donc tendance à sélectionner les vitesses de vent les plus fortes à chaque endroit.

Les caractéristiques les plus frappantes de la figure 1 sont peut-être les grands méandres nord-sud du jet stream. Ce sont des ondes de Rossby [Rossby waves]. Ces méandres se produisent parce que la rotation de la Terre, combinée à sa courbure, inhibe le mouvement méridien [nord / sud] des particules d’air dans les grandes échelles. Au lieu de cela, ils ont tendance à s’incurver pour revenir à leur latitude d’origine. La figure 3 (panneau de gauche) montre la composante méridienne du vent (toujours au niveau de la tropopause) et le motif alterné vert-violet met en évidence ces ondes de Rossby et leur évolution.

figure 3

Figure 3 : Vent méridien à la tropopause (à gauche) et température potentielle équivalente de basse couche (à droite) à 18Z le 13 décembre 2020. Le panneau de droite montre également la pression de surface (contours gris) et quelques contours de température potentielle sur la tropopause (bleu et noir). Les annotations mettent en évidence la position du jet de la figure 1.

La série de pages suivante (« Cartes de la basse troposphère ») montre les conditions de surface, y compris la pression au niveau de la mer, la vitesse du vent dans la basse troposphère et la température potentielle équivalente. Celles-ci peuvent être comparées aux cartes de tropopause pour comprendre comment les structures de tropopause à grande échelle sont liées au temps de surface que nous subissons, et vice versa. Dans notre exemple, deux cyclones extratropicaux se développent sous les méandres du jet stream (Figure 3, panneau de droite). Vous vous souviendrez peut-être que le cyclone le plus profond situé juste à l’ouest du Royaume-Uni a déversé pas mal de précipitations sur Reading dimanche soir (13 décembre).

Enfin, les « cartes PV isentropiques » montrent le PV lui-même, interpolé sur des surfaces de température potentielles. Pour visualiser cela, suivez l’un des contours de température potentiels de la figure 2 (par exemple celui à 6 km d’altitude sur le bord gauche du tracé). En se déplaçant vers le nord, la surface commence d’abord dans la troposphère mais monte et traverse la tropopause dans la basse stratosphère avec des valeurs beaucoup plus élevées de PV. Les cartes PV isentropiques fournissent un aperçu approfondi de l’évolution de l’atmosphère car, avec une bonne approximation, à la fois le PV et la température potentielle sont conservés par les particules d’air. Cela signifie que les caractéristiques de PV sur ces cartes sont simplement advectées par les vents sur chaque surface (voir Hoskins et al., 1985, pour plus de détails). Tout changement de PV emporté par les vents peut être lié à la présence d’un chauffage diabatique (par ex. changements de phase de l’eau dans les nuages et chauffage / refroidissement radiatifs) ou aux effets de frottement. En tant que tel, la non- conservation du PV s’avère également très utile pour comprendre l’impact de ces processus sur les systèmes météorologiques et le climat en général. Cliquez sur les graphiques des 2 dernières semaines et voyez quelles fonctionnalités de PV vous pouvez suivre dans le temps, et celles qui sont créées ou détruites.

Ces pages Web sont encore en développement et seront ajoutées (lorsque le temps le permettra !). Veuillez envoyer vos suggestions d’améliorations / ajouts à bjharvey@reading.ac.uk .

Hoskins, BJ, McIntyre, ME et Robertson, AW, 1985. Sur l’utilisation et l’importance des cartes de tourbillon potentiel isentropique. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society , 111 (470), pp.877-946.
Harvey, B., Methven, J., Sanchez, C. et Schäfler, A., 2020. Génération diabatique de vorticité potentielle négative et son impact sur le courant-jet de l’Atlantique Nord. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society , 146 (728), pp.1477-1497.

Hoskins, B.J., McIntyre, M.E. and Robertson, A.W., 1985. On the use and significance of isentropic potential vorticity maps. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 111(470), pp.877-946.
Harvey, B., Methven, J., Sanchez, C. and Schäfler, A., 2020. Diabatic generation of negative potential vorticity and its impact on the North Atlantic jet stream. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 146(728), pp.1477-1497.