vent solaire

[mm91]

Bonjour,

Je voudrais savoir s’il existe d’une façon générale une raison pour que le vent tourne en fonction du soleil ?

Je connais bien les phénomènes locaux de brises (de vallée, de mer), mais j’ai constaté chez moi (en plaine), dans certaines conditions (soleil et faible vent météo) une concordance remarquable entre soleil (la température qui monte dans la journée), force du vent et direction du vent.

S’agit-il d’un phénomène général ?

ou provoqué localement : lotissement au milieu des champs par exemple ?

J’ai également pensé à un défaut de ma station : diaphonie entre les mesures par exemple ?

Voir cet exemple

[marco_p]

Sur la force du vent c'est classique: il est maximum en situation anticyclonique vers 12 h TU: cela vient de l'épaississement de la couche de mélange. La matin, il s'agit d'un vent de très basse couche, généralement très faible. Au fur et à mesure que l'inversion s'élève, le vent s'homogénéise, et est donc influencé par les couche plus hautes (à 500 metres par exemple). Il peut aussi y avoir des phénomènes de jet de basse couche au sommet de la couche limite, qui viennent au moment de la rupture de l'inversion accélerer un peu le vent au sol.

Vers midi ou 15 heures, tu a une couche bien épaisse, qui prend alors les caractéristiques d'un vent synotique donc assez fort.

C'est vrai aussi l'hiver car la turbulence thermique tend aussi (meme si elle est faible) à homogénéiser la couche et à diminuer le "frottement".

Pour la direction, c'est plus variable: la direction la nuit est pilotée par des phénomènes très locaux, la pente, la présence de discontinuité (ville campagne, terre mer, ...). Le jour, tu peux juste avoir la direction du vent synoptique, ou une autre influence si le vent est faible (la mer, un lac, la ville, ...)

Pour toi, peut être que les brises urbaines de Paris ont une influence non négligeable. (convergence vers paris au plus chaud )

[jeff29200br]

Sur la force du vent c'est classique: il est maximum en situation anticyclonique vers 12 h TU: cela vient de l'épaississement de la couche de mélange. La matin, il s'agit d'un vent de très basse couche, généralement très faible. Au fur et à mesure que l'inversion s'élève, le vent s'homogénéise, et est donc influencé par les couche plus hautes (à 500 metres par exemple). Il peut aussi y avoir des phénomènes de jet de basse couche au sommet de la couche limite, qui viennent au moment de la rupture de l'inversion accélerer un peu le vent au sol.

Vers midi ou 15 heures, tu a une couche bien épaisse, qui prend alors les caractéristiques d'un vent synotique donc assez fort.

C'est vrai aussi l'hiver car la turbulence thermique tend aussi (meme si elle est faible) à homogénéiser la couche et à diminuer le "frottement".

Pour la direction, c'est plus variable: la direction la nuit est pilotée par des phénomènes très locaux, la pente, la présence de discontinuité (ville campagne, terre mer, ...). Le jour, tu peux juste avoir la direction du vent synoptique, ou une autre influence si le vent est faible (la mer, un lac, la ville, ...)

Pour toi, peut être que les brises urbaines de Paris ont une influence non négligeable. (convergence vers paris au plus chaud )

D'accord avec toi pour la force

mon hypothèse pour la direction serait la suivante :

vu que ta force du vent augmente, coriolis augmente aussi, ton vent aura dons tendance à virer (sens des aiguilles d'une montre). C'est pourquoi on a l'impression que le vent tourne avec le soleil. Qu'en pensez-vous?

[Gombervaux]

S’agit-il d’un phénomène général ?

ou provoqué localement : lotissement au milieu des champs par exemple ?

Perso je pencherai pour du local...avec plein d'exemples ... et plein de contre-exemples

[marco_p]

mon hypothèse pour la direction serait la suivante :

vu que ta force du vent augmente, coriolis augmente aussi, ton vent aura dons tendance à virer (sens des aiguilles d'une montre). C'est pourquoi on a l'impression que le vent tourne avec le soleil. Qu'en pensez-vous?

Non, le povre Coriolis n'a pas grand chose à voir là dedans: le vent augmente et tourne vers la droite dans l"hémisphère bord sous les rafales, c'est bien connu des marins (le vent adonne tribord dans les grains!) et c'est du à la spirale d'eckman qui se déforme quand le vent augmente. C'est vrai que derrière, il doit y avoir coriolis quand même /emoticons/smile@2x.png 2x" width="20" height="20">

[mm91]

Merci pour vos réponses très intéressantes.

En fait ma question concerne surtout la direction du vent au sol..

Je la poserai autrement :

En l’absence de toute influence locale (relief, étendue d’eau, forêt, constructions, etc.) et de tout vent synoptique (ce que j’ai appelé vent météo), par exemple sur une étendue parfaitement uniforme, existe-t-il une raison pour que le vent (donc du uniquement à la convection) change d’orientation en fonction de l’échauffement (uniforme du sol) ?

Dans un cas comme celui-ci, il s’établit des mouvement verticaux de l’air répartis aléatoirement au sol.

Qu’est-ce qui ferait que globalement, le vent qui était NE passe E au maxi de l’échauffement,

puis revienne NE comme sur mon exemple ?

Ce sens d’évolution du vent est-il statistiquement toujours le même ?

D’autre part, en supposant qu’il s’agisse de l’influence d’une ville proche (ou d’une zone à plus fort échauffement solaire), à partir de quelle échelle peut-on considérer l’influence de Coriolis.

Par exemple :

- soit le vent (au sol) va en ligne droite, de la zone froide vers la zone chaude ?

- soit la zone chaude peut être considéré comme une zone dépressionnaire, auquel cas le vent y tourne dans le sens trigo ?

Mais est-ce vraiment une question d’échelle ?

[Météofun]

Je pense que l'on peut dire plusieurs choses.

Dans ton exemple, il est claire que le synoptique n'est pas nul. Dans ses conditions, j'adhère parfaitement à l'idée de Jeff : le vent est plus fort et plus à droite en altitude et, sous l'influence de la turbulence liée à l'échauffement, le brassage tend à homogénéiser les basses couches. Conséquence direct, le vent se renforce et tend à tourner sur la droite au niveau du sol (spirale d'Eckman). C'est l'inverse le soir. Marco_p avait déjà aussi expliqué cela pour la force. Je pense que statistiquement, dans les conditions synoptiquement stable, cette évolution doit être très largement prédominante. Les conditions locales "adaptent" se principe localement et la réponse de chaque site en terme d'amplitude (force et direction pris séparément) est différente. De ce fait, il faut aussi tenir compte de la topographie locale. J'ai pas de carte sous les yeux là, mais il me semble que la "vallée" de l'yvette est plus ou moins orientée est/ouest voire ENE/OSO, il semble logique dans ce as peut-être logique que le flux accélère sa rotation et sa force pour remonter la vallée. Ensuite, il peut y avoir des causes à échelle beaucoup plus petite (bosquet local, terrain dégagé, maisons, ...).

Ensuite, pour en venir aux effets de brises et de dépression thermique, je pense qu'il faut bien distinguer les deux phénomène. Dans un premier temps, on va évoquer la brise. Premier point, à mon sens primordial, elle est liée à de l'instabilité. Sur les bords de mer, l'échauffement sur la terre provoque une augmentation des épaisseurs de basse couche, d'où l'apparition d'une pente de la terre vers la mer à une certaine altitude. L'air commence en altitude à "glisser" de la terre vers la mer, Coriolis n'ayant pas encore d'influence. Et la brise ne pourra s'établir que si la boucle est bouclée, à savoir notament que l'air au sol puisse monter sans trop demander d'énergie. Et c'est effectivement ce que l'on observe dans la réalité : les conditions anticycloniques stables ne produisent généralement pas de brise de mer. En montagne, c'est un peu différent puisque le chauffage des pente en continue favorise les ascendances, même si l'air est relativement stable au départ (mais tu dois connaître cela, vue l'activité que tu as l'air de pratiquer ...). Or, pour moi, seules des ascendances généralisée en un lieu sont capable de produire de la brise (les petites cheminées locales en plaine, même si elles sont assez nombreuses n'arriveront pas à générer un effet de brise si elles sont bloquées par une inversion trop basse).

La situation pour les dépressions thermiques est nettement différente puisque l'air a, là, le droit d'être parfaitement stable. Directement liée à l'échauffement de la masse d'air qui génèrent la dépression relative (alors que pour la brise, c'est les ascendances qui générent la baisse de pression). Il faut faire attention à l'échelle aussi. Si des dépressions thermiques de très petite échelle peuvent se produire sur un parking surchauffé, par exemple, celles qui sont les plus marquantes doivent être au moins locales, voir régionales.

Enfin, je pense que l'on peut faire une liaisons entre effet de brise et dépression thermique. Sur les cotes, on peut avoir d'abord l'établissement d'un régime de brise qui tire vers la dépression thermique en début d'après-midi. Attention toutefois, une brise trop puissant peut nuire à la dépression thermique si l'air frai de l'océan s'enfonce trop profondément dans les terre, auquel cas, l'effet de la dépression thermique ne se ferra essentiellement sentire que dans les terres, à moins qu'elle-meme soit aussi trés puissante.

Pour terminer, évoquons Coriolis. Une brise de mer va progressivement tourner à droite dans l'après-midi sous l'influence de Coriolis. Même chose pour la dépression thermique. Dans les deux cas, la circulation commence perpendiculairement aux isobares et s'ajuste après-coup (Coriolis est un travailleur sans fin, a peine à-t-il fini de ramener le flux comme il le veux que la température baisse, le vent s'effondre et son travail s'écroule : il doit recommencer dès que la situation se stabilise, il a de quoi faire greve quand meme ! /emoticons/tongue@2x.png 2x" width="20" height="20"> ). Plus qu'une question d'échelle spatiale, je pense que c'est une question d'échelle temporelle : si la situation isobarique, le flux s'orientera donc vers la droite en une demi-journée environ (typiquement une après-midi pour les brises par exemple). Mais c'est vrai que les phénomènes d'échelles trop petites ne doivent pas avoir la stabilité nécessaire pour permettre ceci, et peut-être aussi que l'échelle spatiale joue directement.

Michel, je sais pas si cela répond à l'ensemble de tes questions, mais j'en est profité pour fair quelques rappels généraux qui peuvent intéresser du monde.

Plus directement

En l’absence de toute influence locale (relief, étendue d’eau, forêt, constructions, etc.) et de tout vent synoptique (ce que j’ai appelé vent météo), par exemple sur une étendue parfaitement uniforme, existe-t-il une raison pour que le vent (donc du uniquement à la convection) change d’orientation en fonction de l’échauffement (uniforme du sol) ?

Si il n'y avait pas de vent synoptique au départ, forcément si des différences de pressions apparaisent (issues d'ascendences locales ou non, ou de dépressions thermiques), le vent en sera affecté. Pour en connaitre les modalités, je croie que j'ai fait le tour du principal avec Coriolis ou non en fonction des cas.

Dans un cas comme celui-ci, il s’établit des mouvement verticaux de l’air répartis aléatoirement au sol.

Qu’est-ce qui ferait que globalement, le vent qui était NE passe E au maxi de l’échauffement,

puis revienne NE comme sur mon exemple ?

Ce sens d’évolution du vent est-il statistiquement toujours le même ?

Voire le premier paragraphe.

D’autre part, en supposant qu’il s’agisse de l’influence d’une ville proche (ou d’une zone à plus fort échauffement solaire), à partir de quelle échelle peut-on considérer l’influence de Coriolis.

Par exemple :

- soit le vent (au sol) va en ligne droite, de la zone froide vers la zone chaude ?

- soit la zone chaude peut être considéré comme une zone dépressionnaire, auquel cas le vent y tourne dans le sens trigo ?

Mais est-ce vraiment une question d’échelle ?

Voire le dernier paragraphe.@+ /emoticons/tongue@2x.png 2x" width="20" height="20">

[Gombervaux]

Je ne suis pas du tout de cet avis.

Les shémas conceptuels ont ça de bon, qu'ils préviennent la surprise et rassurent chacun dans sa conception du monde.

Quand j'ai appris à faire du bateau, on me disait : le vent de la côte est poussé par le soleil et il le suit toute la journée Ca marche bien sur 99% de nos côte, jusqu'à ce qu'on se trouve à Bastia et là, ça banane. Donc l'explication n'était pas bonne.

Je préférerai donc le concept de Stull :

La nuit la couche basse de l'atmosphère est composée de strates dont plusieurs sont stables (noyaux de gradient de PVU élevé)

Le jour la basse couche est essentiellement mélangée (gradient de PVU faible mais valeurs plus fortes : la tropo baisse).

Les mouvements vont vont être induits par le bilan radiatif des particules d'air et par les conditions de leur déplacement:

bilan radiatif :

flux solaire incident

flux solaire réfléchi

flux IR émis par la surface

flux IR reçu par la surface

flux turbulents de chaleur sensible échangé avec l'atmosphère (H et LE)

flux de chaleur échangé avec le sous-sol.

Le bilan va donc déterminer des déplacements verticaux sur les isentropes (très inclinés comme décrits précédemment) et donc du tourbillon à axe vertical, mais à sens opposés suivant le bilan (cas de la brise)

Les conditions de déplacement qui vont influer :

divergence en altitude, convergence au sol vont déclancher les mouvements.

Rugosité variable en fonction de la température et de l'endroit vont engendrer du tourbillon à axe horizontal dans les accélérations et les coup de freins....

C'est pour celà que je ne serai pas catégorique sur le géostrophisme de ton vent.

Quand t'auras un anémo 3D, tu riques d'avoir des surprises

[mm91]

Passionnant !

Mais inutile de me refaire toute la théorie des mouvements de l'atmosphère, ça alourdi un peu vos réponses.

Merci de vous limiter à mes questions.

Je retiens:

-La difficulté de savoir l'échelle d'une influence: l'exemple que je donne est-il du à une influence locale ou à un phénomène général ?

Pour le savoir il faudrait regarder la direction du vent en de nombreux points dans un rayon de 50 ou 100 Km le même jour (il n'y a encore pas assez de stations amateur pour ça !)

-accélération du vent, quelqu'en soit la cause (locale ou synoptique) = tourne vers la droite (hémisphère nord) = coriolis: OK.

Je rajouterai, à propos de l'exemple de la brise de mer sur la côte d'azur:

Si l'orientation vers la droite (donc semblant toujours venir du soleil) lors de son renforcement en journée était due uniquement à Coriolis, sa direction reviendrait perpendiculaire à la côte quand il faiblit le soir.

Or ce n'est en général pas le cas: la brise diminue le soir en venant du soleil couchant et non de la mer (confirmé par Gombervaux)

Il y a une autre explication:

Sur la côte (perpendiculaire au sud), les vallées y débouchant sont donc orientées NS.

Ce sont les versant face à l'Est (brise de pente) qui le matin renforcent la brise de mer, et les versants face à l' Ouest qui la renforce le soir.

En général la brise de mer tourne donc avec le soleil sans revenir au neutre.

Quand j'ai appris à faire du bateau, on me disait : le vent de la côte est poussé par le soleil et il le suit toute la journée Ca marche bien sur 99% de nos côte, jusqu'à ce qu'on se trouve à Bastia et là, ça banane. Donc l'explication n'était pas bonne

Ta phrase prète à confusion: j'ai cru que tu allais à Bastia en suivant toujours la côte !

(pour Bastia, voir explication ci-dessus)

[Météofun]

Décidément, Gombervaux, tu es un véritable puit de science ! Je reconnais que je ne connaissais pas cette explication, et je ne m’étais d’ailleurs jamais posé la question pour envisager autre chose que l’explication classique. Il me semble pourtant que cette explication, trop classique à ton goût, est celle retenu dans le Malardel. Mais j’irai vérifier. Ca me laisse un peu perplexe …

Je ne connais pas la situation de Bastia en particulier, mais la géographie de la Corse est quand même bien particulière et explique un certains nombre d’excentricités, pourquoi pas celle-là ? Je m’explique. Premier point, les brises de pentes ne sont pas soumises à Coriolis de façon notable (mouvements ascendants, et aussi à cause de la canalisation), on peut donc envisager que la présence des montagnes donne sorte de situation ambigu entre brise de mer qui est immédiatement reprise en brise de pente sur les terre : la course est trop courte pour que Coriolis fasse sont travail correctement. Ensuite, la Corse est souvent concernée par une dépression thermique : et là c’est normal qu’avec Coriolis le vent ne tourne pas trop à droite. J’arrête maintenant de défendre Coriolis, mais j’avoue être incapable d’apporter des commentaires dignes de ce nom concernant ton explication. Je m’interroge simplement sur la complémentarité des deux solutions.

Si l'orientation vers la droite (donc semblant toujours venir du soleil) lors de son renforcement en journée était due uniquement à Coriolis, sa direction reviendrait perpendiculaire à la côte quand il faiblit le soir.

A non, pas vraiment, lorsque le vent a pris « le pli de Coriolis », lorsque la différence de pression baisse, la force de Coriolis devient trop important, résultat, le vent tourne encore plus à droite. C’est donc tout à fait logique que la brise de mer s’essouffle sur la droite.@+

[Gombervaux]

Preuve (s'il en est) qu'il n'y a pas qu'une source ou qu'un puit.

Sûr que les brises spéciales sont : la brise classique + quelquechose d'autre, et peut être en l'occurence une brise de pente.

C'est juste pour dire que chaque phénomène local mérite d'être analysé finement avant de conclure à un shéma très général. (cas de Sagro justement).

Ce serait trop beau si la variation de direction du vent en plaine d'IdF ne dépendait que d'Eckman ou Coriolis. Le gouvernement le saurait, et MF n'existerait plus.

C'est juste pour dire qu'il y a d'autres pistes...

[mm91]

Si l'orientation vers la droite (donc semblant toujours venir du soleil) lors de son renforcement en journée était due uniquement à Coriolis, sa direction reviendrait perpendiculaire à la côte quand il faiblit le soir.

A non, pas vraiment, lorsque le vent a pris « le pli de Coriolis », lorsque la différence de pression baisse, la force de Coriolis devient trop important, résultat, le vent tourne encore plus à droite. C’est donc tout à fait logique que la brise de mer s’essouffle sur la droite.

@+

A si, vraiment !

La force de Coriolis ne s'applique que sur des masses en mouvement.

Une masse immobile sur terre ne subit aucune force de Coriolis.

Cette force n'a rien à voir avec la pression mais uniquement avec la vitesse (et la masse)

Elle est proportionnelle à la vitesse du vent

Si la vitesse du vent diminue, la force de Coriolis (qui le dévie vers la droite dans l'hémisohère nord) diminue obligatoirement.

Donc si la déviation vers la droite de la brise de mer sur la côte d'azur était due à la force de Coriolis, quand cette brise diminue elle devrait obligatoirement être moins déviée vers la droite.

De la même façon que le vent près du sol (vitesse plus faible) est moins dévié que plus haut (vitesse plus grande).

C'est comme celà que se dirigent les mongolfières: en changeant d'altitude.

Et que le nuage de grain (situé plus haut) qui semble arriver sur nous avec le vent au niveau du sol ou de la mer passera en fait sur notre gauche.

[Gombervaux]

Ce que nous explique justement mm91, c'est ce que disent les américains depuis 20 ans:

reprenons les théories à la base et raisonnons "dynamique".

Quand on a un déplacement d'air, faut chercher les jets, les écoulements.

si on commence à raisonner "dépression x" on va être conduit à penser que le déplacement suit les isobars. Ou pas : des hautes pressions, vers les basses pressions (on n'est pas à une contradiction près du moment qu'elle nous arrange). Oublions.

Les anciens avaient bien vus que le déplacement du vent, parfois, ne collait pas avec les isobars. S'ils avaient superposé les isentropes, ils auraient bien vu que ça collait mieux.

Dans les situations qu'ils appelaient barotrope (isobars parallèles aux isothermes) le vent géostrophique est nickel.

Dans leurs situations "barocline", ils situaient des difficultés. Ou pas de vent ; ou trop de vent par rapport aux isobars.

Aujourd'hui, les chercheurs pensent "énergie" : la particule d'air en mouvement va chercher à moins faire varier son "énergie", tant qu'elle peut. ou plutôt par analogie à une sorte "d'énergie potentielle": un tourbillon et une température entropique.

C'est pour celà qu'il faut considérer la particule : en mouvement et sur son isentrope.

Et Coriolis, dans tout ça : comme l'a dit mm91 la déviation vers la droite est proportionelle à la vitesse.

Question : si la particule est déviée elle va changé d'isentrope?

Ben non : comme les zones de Coriolis important sont des zones de vent fort, et que les zones de vent fort sont des zones fortement baroclines, la particule va monter (ou descendre), pour respecter Coriolis, et glisser sur son isentrope.

Tout jet est donc animé d'une hélice (spirale) de brassage.

Et c'est pareil pour les écoulements plus larges des brises marines.

Et c'est pour celà qu'il faudrait, comme je l'ai signalé plus haut, généraliser la mesure de vent en 3D.

[Météofun]

Mince, j’ai mal du m’exprimé … Ce que je voulais dire, c’est que dans les conditions où l’on peut appliqué le géostrophime, on a l’équilibre vectoriel :

Force de pression + Force de Coriolis = 0

Or, ces forces sont faible comparée à la masse d’air a mettre en mouvement : l’inertie est donc grande. C’est typiquement la raison de la lenteur de l’établissement du géostrophisme. On est tout à fait d’accord que la force de Coriolis augmente avec la vitesse du vent. Cependant, si à la fin d’une journée de brise, le vent baisse, c’est qu’avant la pression a baissée. L’équilibre précédent peut donc être tout à fait respecté une fois que la vitesse du vent s’est normalisée et que la force de Coriolis a baissée d’autant. Ceci dis j’admet volontiers que c’est un peut léger concernant la brise marine (voire les posts précédents). Comme le dit très justement Gombervaux, ce n’est pas exactement vrai tout le temps, et notamment dans le cas des brises.

En fait Michel, je suis tout à fait d’accord avec tes explications, c’est juste ta conclusion sur la fin de brise qui me chiffonne un peu.

Pour les frottements sur terre, on a l’expression vectorielle :

Force de pression + Force de Coriolis + Force de frottement = 0

On a donc bien un équilibre, avec le vent plus faible que le vent géostrophique (opposition des frottements) et donc une force de Coriolis elle aussi plus faible. Mais cette situation n’a rien à voire avec l’affaiblissement de la brise.

Pour conclure et aller dans le sens de l’excellent précédent post de Gombervaux, négliger les mouvements verticaux de rééquilibrage (pour le suivie des isentropes (iso-θ pour un petit rappel)) amène quelques fois à des différences avec la réalité …

[Previ83D]

Pour les frottements sur terre, on a l’expression vectorielle :

Force de pression + Force de Coriolis + Force de frottement = 0

On a donc bien un équilibre, avec le vent plus faible que le vent géostrophique (opposition des frottements) et donc une force de Coriolis elle aussi plus faible. Mais cette situation n’a rien à voire avec l’affaiblissement de la brise.

Oui , si tu considères que les forces de frottement ne sont que sur terre.

Or, les anciens ont observé que tout vent circulant sur une mer froide n'a aucune chance de durer.

(Mayençon-Delorme collègues du 83 /emoticons/biggrin@2x.png 2x" width="20" height="20"> )

Traduit autrement, si la différence de température entre l'air et la mer est positif, le vent s'arrête.

Pourquoi? Y'a pas encore de publication là dessus, mais l'hypothèse la plus vraisemblable, c'est que la couche limite chaude crée une telle évaporation sur la mer froide, que cette couche se transforme en une pâte de rugosité énorme.

Dans le cas de la brise (cycle), la détente adiabatique sur la mer (subsidence) crée une élévation telle de la température, que celle-ci est bientôt plus forte que la tempé de la mer et se crée une couche de rugosité bien plus importante que celle du rivage.

Alors on entre en contradiction avec ton affirmation, car la présence d'air chaud sur l'eau anihile tout vent existant et la brise en particulier (le soir, quand l'air en altidude est bien chaud).

[Météofun]

Merci prévi83 pour ces précisions (mais je pense que s’était compression que tu voulais écrire et non détente …). Sinon, c'est vrai que tu as d'illustres collègues (tout comme toi certainement )! Je connaissais un phénomène similaire lorsqu’un vent de terre chaud, donc relativement turbulent arrive sur une mer très froide. La très forte stratification de basse couche est capable de faire perdre quelques kt au vent en quelques centaines de mètres. L’épaisseur du phénomène augmentant avec l’éloignement de la côte. Par contre, effectivement, jamais entendu parlé de la pâte à modelé d’air humide !

En tout cas, je croie que tous ces messages montre bien qu’un phénomène, à priori simple, peut en faite être influencé par toute une série de phénomènes parallèles. Dans tout les cas, c’est absolument passionnant.