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Le modèle des ceintures d’écoulement
MétéoSuisse-Blog | 20 novembre 2022
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Vous savez peut-être qu’une dépression des moyennes latitudes, aussi appelée cyclone extratropical, est associée à ce que l’on appelle des fronts, qui marquent les transitions entre les différentes masse d’air qui tournent autour de la dépression. Le front froid représente alors la limite de l’air froid polaire qui, en progressant vers le sud, force l’air chaud subtropical à monter (car l’air chaud est plus léger), créant des nuages et des précipitations parfois soutenues. Le front chaud représente la limite entre l’air chaud subtropical, qui en progressant vers le nord, glisse en dessus de l’air froid, formant également des nuages et précipitations, mais généralement plus étendues et moins soutenues que lors d’un front froid. Découvrez dans ce blog un modèle conceptuel qui permet de mieux comprendre le flux des masses d'air autour d'une dépressions: le modèle des ceintures d'écoulement.

Figure 1 : structure d’un cyclone extratropical . Le « L » représente le centre de la dépression, les lignes grises les isobares (c’est à-dire les contours de pressions égales). La ligne bleue avec les triangles représente le front froid et la ligne rouge avec les ronds, le front chaud. La zone « coincée » entre le front froid et le front chaud s’appelle le secteur chaud (« warm sector » en anglais ).
Figure 1 : structure d’un cyclone extratropical . Le « L » représente le centre de la dépression, les lignes grises les isobares (c’est à-dire les contours de pressions égales). La ligne bleue avec les triangles représente le front froid et la ligne rouge avec les ronds, le front chaud. La zone « coincée » entre le front froid et le front chaud s’appelle le secteur chaud (« warm sector » en anglais ). Ahrens, Meteorology Today, 2009.
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Le modèle conceptuel représenté dans la Figure 1 provient du « modèle norvégien » des cyclones extratropicaux. Ce modèle date de 1919 et est basé sur des observations de surface, mais est toujours utilisé actuellement pour comprendre la structure des précipitations associées aux dépressions. Plus récemment, les modèles numériques ont permis de mieux comprendre comment les masse d’air circulent autour des dépressions. En particulier, en analysant les trajectoires de ces masses d’air, il a été possible d’identifier trois flux d’air distincts ayant des propriétés de température et d’humidité cohérentes tout au long de leur trajectoire. Ces flux d’air sont décrits dans le modèle des ceintures d’écoulement (« conveyor belt » en anglais) et représentés dans la Figure 2.

La ceinture chaude part de la surface dans le secteur chaud et monte le long du front froid en transportant de l’air chaud et humide. En montant, l’humidité condense et forme des nuages et des précipitations. Cette ceinture chaude monte encore plus en traversant le front chaud et atteint la tropopause (la limite entre la troposphère et la stratosphère, vers 10 km d’altitude). Ce faisant, elle rejoint le jet stream et tourne vers l’est (le jet stream est un fort vent qui souffle d’ouest en est vers la tropopause). La ceinture chaude est le principal flux qui génère la plupart des nuages et précipitations associés aux cyclones extratropicaux. Elle peut également générer des précipitations extrêmes et c’est pourquoi beaucoup de scientifiques les étudient.

La ceinture froide part de la surface à l’avant du front chaud et se déplace vers l’ouest en direction du centre de la dépression. Elle monte en s’approchant du centre de la dépression et une partie va rejoindre le jet stream, tandis qu’une autre tourne dans le sens inverse des aiguilles d’une montre autour de la dépression et forme la « tête de la virgule » typique de la structure nuageuse d’une dépression. La ceinture froide crée des précipitations, mais beaucoup moins que la ceinture chaude.

La ceinture sèche est la seule qui commence dans la haute troposphère et part initialement du jet stream. L’air qui la constitue est froid et sec.Une partie de la ceinture sèche descend à l’arrière du front froid, conduisant à un ciel dégagé. Une autre branche va s’écouler à l’intérieur du cyclone et créer une intrusion sèche jusqu’au centre de la dépression, ce qui aide à former cette forme de virgule.
Figure 2 : Modèle conceptuel des ceintures d’écoulement. En rouge, la ceinture chaude, en bleu la ceinture froide et en jaune la ceinture sèche. La structure typique en virgule des nuages autour d’une dépression est représentée en haut en blanc.
Figure 2 : Modèle conceptuel des ceintures d’écoulement. En rouge, la ceinture chaude, en bleu la ceinture froide et en jaune la ceinture sèche. La structure typique en virgule des nuages autour d’une dépression est représentée en haut en blanc.

Bien qu’il s’agisse d’un modèle conceptuel et que par conséquent la réalité puisse s’en éloigner, on peut souvent observer ces ceintures d’écoulement dans l’atmosphère. La Figure 3 montre un exemple avec une dépression qui circulait dans l’Atlantique Nord le 12 novembre.
Figure 3 : Illustration du modèle des ceintures d’écoulement sur une dépression au milieu de l’Atlantique Nord le 12 novembre à 00 UTC. Les couleurs des ceintures et des fronts sont les mêmes que dans la Figure 2. A noter que dans cet exemple, la dépression est à un stade plus avancé et présente un front occlus.
Figure 3 : Illustration du modèle des ceintures d’écoulement sur une dépression au milieu de l’Atlantique Nord le 12 novembre à 00 UTC. Les couleurs des ceintures et des fronts sont les mêmes que dans la Figure 2. A noter que dans cet exemple, la dépression est à un stade plus avancé et présente un front occlus. (Image satellite: Eumetsat, schéma: MétéoSuisse)

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