1.1 Développement des instabilités: cyclogénèseLe schéma général est le suivant.Les ondes planétaires sont des ondulations de grandes longueurs d'onde (3 000 km typiquement) du champ de pression. Elles se déplacent lentement vers l'est.Au sein de ces ondes on trouve donc des perturbations de courte longueur d'onde qui se déplacent beaucoup plus rapidement. La figure jointe montre un tel système (une famille) de dépressions. Si les lignes de pression et les isothermes sont sensiblement parallèles, l'atmosphère est barotrope (isobarres parallèles aux isentropes) et il n'y a pas d'énergie disponible pour provoquer le mouvement des masses d'air. Si, au contraire, les isothermes croisent les isobarres, alors les mouvements des masses d'air qui se font isentropiquement peuvent transformer de l'énergie potentielle en énergie cinétique. Ces zones sont baroclines.

Les perturbations de courtes longueurs d'onde modifient les régimes de pression et donc la position relative des isothermes et des isobarres. Au voisinage de ces perturbations, se forment donc des zones d'instabilité barocline.Couplage avec la circulation en altitude et les jet stramsSans un étroit couplage entre circulation d'altitude et de surface, la perturbation ne peut pas s'amplifier.

Une dépression est une zone de convergence, en surface, le frottement modifie l'orientation du vent par rapport à l'approximation géostrophique et le dirige vers l'intérieur de la dépression tendant ainsi à la combler. De plus, le rotationnel du vent est positif et l'air est donc soulevé vers le haut. Si, en altitude, la dépression est à la verticale de la dépression de surface, elle finira par être comblée et le système ne peut pas se développer. Le raisonnement inverse peut être appliqué aux anticyclones.L'amplification de la perturbation exige qu'en altitude, l'air soit entraîné hors de la zone dépressionnaire: une zone de divergence doit donc se situer au dessus de la dépression. Si la divergence d'altitude l'emporte sur la convergence de surface la dépression se creuse.

Puisque en altitude, les basses pressions sont associées aux basses températures, le centre dépressionnaire est situé en altitude en arrière du front froid, c'est à dire au Nord Est de la dépression de surface. Au niveau 300 hPa, on retrouve au NE de la dépression de surface un thalweg où les isobarres se resserrent. De plus, le vent est plus fort autour des anticyclones qu'autour des dépressions . Donc à l'approche des dépressions, le vent diminue et il y a convergence. Les conditions nécessaires au développement d'une instabilité peuvent alors être réunies: convergence au dessus de l'anticyclone de surface et divergence au dessus de la dépression de surface.Le cycle d'une perturbation est donc plus précisément le suivant:1 le thalweg d'une onde longue est parallèle et directement au dessus d'un front stationnaire en surface. Puisque les isobarres sont naturellement zonaux, un thalweg est une extension vers le sud des basses pressions (geopotentiels moins élevés) qui règnent au Nord. Les isobarres sont donc resserrés au voisinage des thalwegs (sinon les isobarres conserveraient partout la même allure, y compris près de l'équateur). En conséquence, il y a convergence en amont du thalweg et divergence en aval.

2 une onde courte perturbe le flux en altitude ce qui initie une advection de température. L'air froid plus dense a un mouvement descendant qui amplifie les hautes pressions alors que l'air chaud advecté creuse la dépression. Ce mouvement vertical permet le développement de la dépression de surface et de la zone de hautes pressions située sous le front froid. Tant que la divergence d'altitude est supérieure à la convergence de surface, la dépression se creuse.

3 La dépression se comble en surface (occlusion) et laisse une poche d'air froid en altitude 1.2 Rôle du courant jetLe jet est une conséquence (via le vent thermique) d'un fort gradient N-S de température. Il coïncide donc assez bien avec le front polaire qui est la trace en surface de la zone de contraste des masses d'air . Au centre du jet, la vitesse du vent est importante et, lors d'une ondulation du jet, un thalweg (pointe sud) et une dorsale (pointe nord) se forment associés respectivement à l'advection d'air froid et d'air chaud.En amont du thalweg, il y a convergence, en aval divergence ce qui permet d'amplifier l'instabilité. Si une perturbation se forme, elle est entraînée par le courant jet et finit par quitter la zone du thalweg. A ce moment, la perturbation n'est plus amplifiée par le jet. Récapitulons: Pour qu'une perturbation s'intensifie, il doit y avoir un correspondant en altitude (un thalweg) à l'ouest de la dépression de surface. Sous l'influence de la perturbation, le flux général est modifié: les isothermes croisent les isobarres et il y a advection de température ce qui diminue la pression du thalweg en altitude. En même temps, l'ondulation du jet s'intensifie vers le sud.