Intensité d'un orage

[Thomas_35]

Bonjour,

Supposons que l'on néglige tous les paramètres de la prévision orageuse à l'exception de la CAPE.

On sait que: l'intensité d'un orage dépend en partie de la CAPE, on peut donc établir une corrélation entre intensité de l'orage et valeur de la CAPE.

Problème: Est-ce que cette corrélation est linéaire ?

A savoir, si dans un contexte, on a une CAPE à environ 1000 j/kg qui produit un orage d'intensité R (on entend par intensité, l'intensité des rafales convectives, l'intensité de la pluie, l'activité orageuse et la grêle), est-ce qu'une CAPE de 5000 j/kg produirait un orage 5 fois plus fort cad un orage d'intensité 5R ? Ou au contraire est-qu'une CAPE de 5000 j/kg produirait un orage d'intensité kR (avec k<5 ou k>5) ?

[Arkus]

J'imagine que tu considères un jeu de paramètres de prévisions (hors CAPE) constants, plutôt que de les négliger.

Dans ce cas la question reste ambiguë car tu veux un résultat numérique (le facteur k) mais tu ne définis pas explicitement ce que tu entends par intensité. L'intensité des rafales est-elle la vitesse max atteinte, l'énergie libérée ? L'intensité de la grêle est-elle le diamètre des plus gros grêlons, leur volume, le volume total de grêle ? etc ...

^(*) Dans le modèle très simpliste de la CAPE, la seule donnée physique qui lui est reliée directement, découlant directement de sa définition est la vitesse maximale des courants ascendants, par la formule :

vitesse max ascendante = racine carrée ( 2 x CAPE )

Mais en pratique, c'est une formule largement fausse à cause des nombreuses hypothèses simplificatrices qu'utilise le calcul de la CAPE en négligeant :

- la contribution aux vitesses verticales des perturbations du gradient de pression vertical

- la présence d'hydrométéores

- le mélange de la parcelle d'air avec son environnement

- les forces de friction

- les changements de phase liquide/solide

En plus de cela les profils verticaux issus de sondages ou de modèles sur lesquels se base le calcul sont rarement représentatifs de l'environnement réel de l'orage.

Mais quand bien même on établirait des relations avec d'autres effets physiques de l'orage, elles resteraient des simplifications trop déconnectées de la réalité dans la mesure où, comme tu le dis toi-même l'intensité de l'orage ne dépend qu'en partie de la CAPE. Les cisaillements de vent entre autres entrent largement en jeu puisque par exemple les vitesses verticales dans le courant ascendant d'une supercellule sont supérieures à celles présentes dans cellule classique, à CAPE égales.

^(*) On peut trouver ces infos dans la thèse de J. Dahl, 2006 disponible sur Estofex

[Flieg]

De la même façon que notre ami Arkus, je pense qu'il impossible de poser la fonction f®=kR et de déterminer le paramètre k, même dans un intervalle restreint, à cause de la trop grande complexité du fluide que constitue la troposphère, et donc des trop nombreuses interactions physico-chimiques qui ont lieu dans celle-ci

En théorie, si l'on considère les paramètres propres à la dynamique atmosphérique comme constants (exceptée bien sûr la CAPE) pour n'importe quelle valeur de R, on pourrait s'imaginer que l'énergie "cinétique" libérée par l'orage serait proportionnelle à l'énergie potentielle que représente la CAPE, et donc établir une relation entre la CAPE et R.

Après, quelle unité physique utilisera-t-on pour décrire cette intensité ? Celle-ci sera fondamentale pour décrire la relation que l'on suppose pouvoir exister, si celle-ci existe...

[Invité Guest]

D'après Wikipedia :

0 à 1000 J/kg : marginalement instable donnant des averses ou des orages ordinaires ;

1000 à 2500 J/kg : modérément instable donnant des orages qui peuvent être violents ;

2500 à 3500 J/kg : très instable donnant des orages violents ;

3500 J/kg ou plus : extrêmement instable et très favorable à des orages violents généralisés.

Si on pose dans ce cas le degré de séverité de 1 à 4 sans se soucier du reste des paramètres atmosphériques.

On obtient alors une courbe ressemblant fortement à une droite. L'équation la plus "approprié" (coeff. R²=1) est du troisième degrés du style ax^3+bx²+cx+d. Mais si on veut une évolution encore plus vague ont pourra estimé que c'est une droite d'équation y=kx

k dont l'unité sera des kg/joules (Car joules/kg * kg/joules donne aucune unité) et k sera forcément <1

Sur excel cette équation serait : Indice de séverité de 1 à 4 =0,0008*CAPE

Biensur cette équation est très grossière, et donne une approximation très très vague du risque orageux.

[Thomas_35]

J'imagine que tu considères un jeu de paramètres de prévisions (hors CAPE) constants, plutôt que de les négliger.

Dans ce cas la question reste ambiguë car tu veux un résultat numérique (le facteur k) mais tu ne définis pas explicitement ce que tu entends par intensité. L'intensité des rafales est-elle la vitesse max atteinte, l'énergie libérée ? L'intensité de la grêle est-elle le diamètre des plus gros grêlons, leur volume, le volume total de grêle ? etc ...

^(*) Dans le modèle très simpliste de la CAPE, la seule donnée physique qui lui est reliée directement, découlant directement de sa définition est la vitesse maximale des courants ascendants, par la formule :

vitesse max ascendante = racine carrée ( 2 x CAPE )

Mais en pratique, c'est une formule largement fausse à cause des nombreuses hypothèses simplificatrices qu'utilise le calcul de la CAPE en négligeant :

- la contribution aux vitesses verticales des perturbations du gradient de pression vertical

- la présence d'hydrométéores

- le mélange de la parcelle d'air avec son environnement

- les forces de friction

- les changements de phase liquide/solide

En plus de cela les profils verticaux issus de sondages ou de modèles sur lesquels se base le calcul sont rarement représentatifs de l'environnement réel de l'orage.

Mais quand bien même on établirait des relations avec d'autres effets physiques de l'orage, elles resteraient des simplifications trop déconnectées de la réalité dans la mesure où, comme tu le dis toi-même l'intensité de l'orage ne dépend qu'en partie de la CAPE. Les cisaillements de vent entre autres entrent largement en jeu puisque par exemple les vitesses verticales dans le courant ascendant d'une supercellule sont supérieures à celles présentes dans cellule classique, à CAPE égales.

^(*) On peut trouver ces infos dans la thèse de J. Dahl, 2006 disponible sur Estofex

Ah oui en effet, je suis plutôt imprécis par ce que j'entends en terme "d'intensité" . Disons en fait qu'il faudrait pour chaque paramètre étudié ce qui est le plus représentatif de la force d'un orage. Et c'est d'ailleurs tout le problème, c'est que nous ne savons pas véritablement définir l'intensité d'un orage. Certains organismes comme keraunos ont utilisé un système très intéressant (l'ISO il me semble), mais qui se concentre aussi sur l'étendue des zones touchées ce qui ne nous intéresse pas vraiment ici.

Ainsi si on voulait quelque chose de vraiment complet, il faudrait prendre en compte une multitude de paramètres. Par exemple pour la grêle, il pourrait être intéressant de prendre en compte les 3 critères que tu énonces.

Mais en même temps et comme tu le dis, on a aucun moyen de tester ou même de vérifier l'exactitude d'une relation puisqu'il y a toujours d'autres paramètres qui interviennent et je doute même qu'un laboratoire soit en mesure de reconsitituer l'atmopshère et un système orageux...

De la même façon que notre ami Arkus, je pense qu'il impossible de poser la fonction f®=kR et de déterminer le paramètre k, même dans un intervalle restreint, à cause de la trop grande complexité du fluide que constitue la troposphère, et donc des trop nombreuses interactions physico-chimiques qui ont lieu dans celle-ci

En théorie, si l'on considère les paramètres propres à la dynamique atmosphérique comme constants (exceptée bien sûr la CAPE) pour n'importe quelle valeur de R, on pourrait s'imaginer que l'énergie "cinétique" libérée par l'orage serait proportionnelle à l'énergie potentielle que représente la CAPE, et donc établir une relation entre la CAPE et R.

Après, quelle unité physique utilisera-t-on pour décrire cette intensité ? Celle-ci sera fondamentale pour décrire la relation que l'on suppose pouvoir exister, si celle-ci existe...

En effet, je me rends compte de la difficulté de la chose.La première chose à faire serait peut être de classer les différents paramètres que nous étudions lors d'un orage et dont le résultat est mesurable par un appareil et non pas par un humain (dont l'observation peut être ternie par un manque d'objectivité).

Si on considère les grandes catégories on peut avoir:

GRELE, VENT, TORNADE, PLUIE, ACTIVITE ELECTRIQUE

Pour les tornades, la mesure n'est pas bien compliquée grâce à l'échelle de Fujita mais là encore on est dans l'approximatif, de plus on se base sur les dégats pour estimer l'intensité d'une tornade (il me semble), donc paramètre à nuancer. De même, on en sait tellement peu sur les tornades, qu'il est à mon avis bien trop imprudent de lier la CAPE à l'intensité de la tornade. Il me semble d'ailleurs qu'une étude Américaine montrait que les plus fortes tornades survenaient suite à une inhibition convective (CIN) ...

Au niveau de la pluie, je pense que le relevé pluviométrique serait le plus représentatif (avec éventuellement les intensités maximales)

Au niveau de l'activité électrique, on est toujours confronté au même problème, on serait obligé de mettre de côté l'activité intra ou inter-orageuse qui ne peut être mesurée, au profit des impacts de foudre au km² par exemple.

[Arkus]

Il me semble d'ailleurs qu'une étude Américaine montrait que les plus fortes tornades survenaient suites à une inhibition convective (CIN) ...

Ah tiens, cette phrase me rappelle qu'il y a en fait une autre publication sur le site Estofex qui donne des éléments de réponse à ta question par une étude statistique quantitative, en cherchant des corrélations entre des données de radiosondages et des occurrences de vents violents, grêle et tornade, sur un échantillons d'événements aux Pays-Bas.Thèse de Pieter Groenemeijer

[Christophe30]

Bonjour,

Supposons que l'on néglige tous les paramètres de la prévision orageuse à l'exception de la CAPE.

Le blem c'est que si tu négliges les autres paramètre de la prévi convective, comme la mesure du cisaillement, tu ne pourras établir aucune corrélation. En plus de ça, il n'en existe probablement pas.

Admettons une configuration relativement instable avec 1000 J/Kg de CAPE et fortement cisaillée en profondeur (BRN shear élevé), le risque d'orage violent sera nettement plus présent qu'avec 2000 J/Kg de CAPE mais de faibles cisaillements. C'est simpliste comme explication mais ça montre qu'on ne peut isoler le facteur instabilité pour faire une prévi convective.

Les cisaillements de vent entre autres entrent largement en jeu puisque par exemple les vitesses verticales dans le courant ascendant d'une supercellule sont supérieures à celles présentes dans cellule classique, à CAPE égales.

Yep.

Les deux branches de la prévi SCllaire c'est l'instabilité et la mesure du cisaillement.

D'ailleurs, que ce soit dans la prévi SCllaire ou autre, on ne peut faire abstraction du cisaillement comme l'indique si bien Arkus.

[Damien49]

On sait que: l'intensité d'un orage dépend en partie de la CAPE, on peut donc établir une corrélation entre intensité de l'orage et valeur de la CAPE.

Problème: Est-ce que cette corrélation est linéaire ?

En fait tu répond toi-même à ta question. Puisque l'intensité de l'orage ne dépend qu'en partie de la CAPE, alors cette corrélation n'est pas linéaire.

En plus de ce qu'on dit les autres, même si tu avais pu faire ce genre de corrélation, ce n'est pas tant la valeur absolu de la CAPE en elle-même qui serait prépondérante, mais surtout en fait sa configuration verticale. Par exemple tu auras plus de probabilité d'avoir un orage violent (forte pluie, voir tornade) avec une valeur de CAPE absolu faible mais forte à bas niveau, qu'avec une valeur de CAPE absolu forte, mais faible à bas niveau. Même chose si tu as une CAPE forte mais une CIN également forte, ton potentiel orageux devient faible. C'est pour ça qu'en prévision orageuse on ne regarde que peu la valeur de la CAPE, on préfèrera de loin étudier tout le radiosondage.

[Thomas_35]

En fait tu répond toi-même à ta question. Puisque l'intensité de l'orage ne dépend qu'en partie de la CAPE, alors cette corrélation n'est pas linéaire.

En plus de ce qu'on dit les autres, même si tu avais pu faire ce genre de corrélation, ce n'est pas tant la valeur absolu de la CAPE en elle-même qui serait prépondérante, mais surtout en fait sa disposition verticale. Par exemple tu auras plus de probabilité d'avoir un orage violent (forte pluie, voir tornade) avec une valeur de CAPE absolu faible mais forte à bas niveau, qu'avec une valeur de CAPE absolu forte, mais faible à bas niveau. Même chose si tu as une CAPE forte mais une LCL également forte, ton potentiel orageux devient faible. C'est pour ça qu'en prévision orageuse on ne regarde que peu la valeur de la CAPE, on préfèrera de loin étudier tout le radiosondage.

Ah oui d'accord, je comprends. Merci pour ta réponse.

Merci également aux autres et à Arkus pour la thèse qu'il me fournit (thèse qui a l'air bien compliqué mais qui m'aidera peut être à y voir encore plus clair).