Thêta e

[js13120]

En attendant que la proposition d'un forum orienté plus vers la météo/physique aboutisse je met mon message ici. Constatant qu'à chaque message la thêta e sucite des interrogations voici quelques éclaircissements qui se veulent didactiques :

Thêta e : kesako ?

Les météorologues par thêta parlent de température potentielle alors voici quelques explications concernant ce paramètre :

On peut dire que la température potentielle c’est un peu comme la pression ramenée au niveau de la mer, en fait on ramène la température au niveau 1000hPa. Prenons un exemple, imaginons qu’il fait beau et chaud aujourd’hui à Perpette les oies, le sol s’échauffe puis une parcelle d’air au contact de ce sol chaud va s’échauffer et sa densité diminuant, va s’élever. Elle monte, monte jusqu’à un certain niveau. On veut savoir si elle va pouvoir continuer à s’élever encore un peu ? Là encore y a des histoires de températures et de masse volumique. Si l’air environnant est plus froid que la parcelle considérée elle devrait en principe poursuivre son ascension. Mais qu’est-il arrivé à cette petite parcelle durant son trajet depuis le sol ? Hé bien sa température a subit une diminution, ne serait-ce parce que sa pression est déjà plus basse qu’au niveau du sol.

L’ascension étant supposée adiabatique (sans échange de chaleur avec le milieu extérieur au système : la parcelle) on pourra calculer la température au niveau de pression que l’on veut considérer. Faisons maintenant sens inverse : au lieu de faire remonter notre parcelle on la fait descendre à partir du niveau que l’on voulait, par exemple 850hPa. On la fait glisser vers le bas à l’aide de notre imagination, et là notre particule se réchauffe jusqu’au sol 1000hPa et ce qu’on a alors c’est la Thêta.

Ce qu’on vient de faire répond à la définition moins imagée de la température potentielle :

« Température que prendrait une particule d’air si elle était amenée adiabatiquement et sans connaître de saturation, à une pression standard : 1000hPa » : météorologie maritime et générale cours 14 MF…

Mais prudence il est bien dit « sans connaître de saturation » ça marche donc pour un air humide (non saturé), si notre air était saturé ce serait un tout petit peu plus compliqué.

Température potentielle : facile à lire sur l’émagramme

Comment ramener une particule d’air au sol ? Rien de plus simple sur le graphique car il a était calculé pour ça entre autre…

Voici un extrait d’émagramme, ce sont les lignes vertes que l’on va utiliser et qui représente les transformations adiabatiques des particules d’air non saturé. On peut les assimiler à un petit toboggan que le point A va utiliser pour descendre jusqu’à 100hPa, on trouve ici environ 30°.

On peut se demander qu’est-ce qui arriverait au point A si il était un tout petit peu plus à gauche, ne pourrait-il pas lui aussi prendre un toboggan ? Si mais ce dernier c’est vous qui devez l’imaginer dans votre tête de manière parallèle au toboggan le plus proche. Si notre air était saturé on aurait pas emprunté un toboggan tel que l’adiabatique sèche mais plutôt celui des pseudo adiabatique en pointillés verts et là le réchauffement si l’on redescend serait nettement moins net et si on imaginait une courbe en tiret parallèle à celle à droite du point A on trouverait à peu près 17°C.

Bref la décroissance de la température si on considère une détente plutôt qu’une compression serait un peu moins de deux fois plus rapide que si on suivait une adiabatique sèche.

Et si on effectue un déplacement de la particule d’air saturée jusqu’au sol : 1000hPa on obtient la thêta’w la température pseudo adiabatique potentielle du thermomètre mouillé.

Nous venons d’expliciter la thêta et par la même occasion avons esquisser la notion de température pseudo adiabatique potentielle du thermomètre mouillé ou plus simplement la Thêta’w, parlons maintenant du « e » qui suit la thêta. On comprend qu’il s’agit du « e » de équivalent

La température équivalente ( à ne pas confondre avec la température équivalente au sens du ressenti par exemple facteur éolien) me semble t-il est la température qu’une parcelle d’air aurait après avoir suivit : une détente adiabatique sèche jusqu’à la saturation, puis elle suivrait une pseudo adiabatique jusqu’à ce que toute l’humidité soit condensée et enfin on lui ferait subir une compression en suivant l’adiabatique sèche pour la ramener à la pression initiale. Un peu complexe il est vrai mais c’est juste pour détailler.

Si on a compris le truc de la Te (température équivalente) et l’histoire de la thêta alors on sait que la Thêta e c’est tout simplement le fait que l’on ramène la température équivalente de la particule d’air à 1000hPa, le niveau standard.

Ce qu’il y a de pratique c’est qu’on prend on compte la chaleur ajoutée par le fait qu’il y a libération de chaleur latente.

La thêta e augmente lorsque la température et/ou le pt de rosée augmente.

Autrement dit plus il fait chaud et humide et plus une thêta e est élevée.

A quoi ça sert ? (certaines explications tirées du triplet)

L’intérêt du paramètre est que c’est un bon traceur de masse d’air et qu’il est quasi conservatif et arrive même à résister au foehn !…Avant d’aller plus loin il faut dire que la thêta’w et la thêta e sont deux paramètres très voisins et que ce qui est valable pour l’un est valable pour l’autre, simplement signalons que la thêta e colle mieux à la réalité car elle s’applique aussi bien à une zone humide que saturée mais que la thêta e ayant une formulation plus complexe elle alourdie les calculs. Les anglophones préfère souvent le thêta e à la t’w mais au fond cela a peu d’importance.

Mais n’est pas bon traceur qui veut… les conditions météorologiques sont soumises à de brutales variations : rotation des vents, variations de la tempé…

Il n’y a pas une masse d’air uniforme sur terre à cause du chauffage différentiel, il existe une multitude de masse d’air aux caractéristiques précises (Par exemple : refroidissement par la base à cause du refroidissement IR caractérisant une masse d’air de type « R » : radiative etc…)

De plus les masses d’air subissent des changements de caractéristiques en évoluant sur des surfaces de nature différentes (continentale, océanique…), et subissent aussi des effets mécaniques comme les soulèvements…

On admet que l’atmosphère est donc un fluide hétérogène composé de grandes masses d’air plus ou moins individualisées. Entre qu’entre ces « blocs » on trouve des zones de transition plus ou moins brutales.

Ainsi un traceur devrait répondre aux critères suivants :

-Etre sensiblement différent d’une masse d’air à une autre

-Varier suffisamment lentement dans le temps

- Etre plus ou moins uniforme aussi bien horizontalement que verticalement.

Or la t’w ou thêta e présente l’avantage de différer d’une masse d’air à une autre, d’être plus ou moins constante dans une masse d’air homogène et surtout elle varie lentement car peu sensible aux évolutions les plus rapides générées par les mouvements verticaux. En effet elle ne varie que lorsqu’il y a échange de chaleur entre la particule à laquelle elle se rapporte et le milieu environnant. Ainsi thêta e ou t’w augmente lorsqu’il y a apport de chaleur (par chaleur latente par exemple)/ thêta e ou t’w diminue lorsque la particule cède de la chaleur. Les variations de thêta’w vont indiquer des pertes ou des gains de chaleurs.

Les zones de gradients, de discontinuité de thêta’w ou de thêta e vont donc indiquer des limites de masses d’air, souvent des zones ou il y a activité frontale.

Il est donc essentiel de repérer ces zones sur les modèles qui vont permettre de mieux pouvoir zoner un front, là ou son activité sera maximum.

La thêta e permet de connaître en un coup d’œil les zones qui seront concerné par le secteur chaud d’une perturbation… les zones à fort risque orageux quand le phasage avec d’autres éléments est assuré. Bref on pourrait écrire un livre avec tous les cas type que l’on rencontre tellement l’utilisation de la carte thêta e ou t’w est utile à 850hPa.

Voilà en espérant avoir été suffisament clair.

[Invité Guest]

En attendant que la proposition d'un forum orienté plus vers la météo/physique aboutisse je met mon message ici. Constatant qu'à chaque message la thêta e sucite des interrogations voici quelques éclaircissements qui se veulent didactiques :

Thêta e : kesako ?

Voilà en espérant avoir été suffisament clair.

Félicitations !

Je ne sais si tu te destines à des études en météorologie, mais si ce n'est pas le cas, tu peux aussi aller vers l'enseignement, car tu sais bien vulgariser et ce de façon didactique.

En espérant revoirs d'autres explications de ce type ici et bien sûr aussi sur Météociel.

Olivier.

[John]

excellent, je te remercie pour cette explication! /emoticons/biggrin@2x.png 2x" width="20" height="20">

[calou34]

Merci JS, cette parenthèse pédagogique devrait ravir tous les amateurs en quête de connaissances et de compréhension de notre fluide géophysique préféré.

Très intéressant, mais trop rare;

On en redemande évidemment. /emoticons/biggrin@2x.png 2x" width="20" height="20">

[hailstone]

merci js !

à MF (et ailleurs sûrement), les prévisionnistes utilisent la théta'w, la plupart des cas dans les basses couches de l'atmosphère :

- majoritairement au niveau 850hPa (vers 1500m), en effet à ce niveau on peut bien voir en particulier les limites frontales, l'air chaud de basses couches favorable à la convection, et on s'affranchit des effets de couche limite, notamment les cycles diurnes de turbulence ou de flotabilité (inversions la nuit, pied de RS convectif en journée), etc.. on a donc un marqueur assez pertinent pour la masse d'air.

- parfois aussi au niveau 925hPa ou 950hPa (surtout utilisé pour évaluer l'air chaud et humide favorable à la convection, en particulier pour les orages méditerranéens),

- voire plus rarement à 1000hPa ou 950hPa (quelques centaines de mètres au-dessus du sol, en plaine, dans des conditions anticycloniques), utile pour étudier les stratus et phénomènes de basses couches ou certains phénomènes qui intéressent les très basses couches. => pb: souvent mal modélisé par les modèles de prévision de grande échelle comme Arpège ou CEP car trop sensible aux effets locaux, à l'interface avec le sol ou la mer et la végétation, la couche limite étant délicate à modéliser avec les mailles relativement larges de ces modèles.

- on l'utilise parfois aussi à 500hPa (vers le milieu de la troposphère) en particulier en situation orageuse, cela permet de voir s'il y a une couche d'air sec et froid en altitude, favorable à la formation de downdrafts.

Remarque: La Théta E à 850hPa est disponible sur Wetterzentrale (lien "Pot. Äquiv. Temp.", ou température potentielle équivalente), voici un exemple de carte de Théta E à 850hPa (avec la Pmer)

[js13120]

merci js !

à MF (et ailleurs sûrement), les prévisionnistes utilisent la théta'w, la plupart des cas dans les basses couches de l'atmosphère :

- majoritairement au niveau 850hPa (vers 1500m), en effet à ce niveau on peut bien voir en particulier les limites frontales, l'air chaud de basses couches favorable à la convection, et on s'affranchit des effets de couche limite, notamment les cycles diurnes de turbulence ou de flotabilité (inversions la nuit, pied de RS convectif en journée), etc.. on a donc un marqueur assez pertinent pour la masse d'air.

- parfois aussi au niveau 925hPa (surtout utilisé pour évaluer l'air chaud et humide favorable à la convection, en particulier pour les orages méditerranéens),

- voire plus rarement à 1000hPa (quelques centaines de mètres au-dessus du sol, en plaine, dans des conditions anticycloniques), utile pour étudier les stratus et phénomènes de basses couches ou certains phénomènes qui intéressent les très basses couches. => pb: souvent mal modélisé par les modèles de prévision de grande échelle comme Arpège ou CEP car trop sensible aux effets locaux, à l'interface avec le sol ou la mer et la végétation, la couche limite étant délicate à modéliser avec les mailles relativement larges de ces modèles.

- on l'utilise parfois aussi à 500hPa (vers le milieu de la troposphère) en particulier en situation orageuse, cela permet de voir s'il y a une couche d'air sec et froid en altitude, favorable à la formation de downdrafts.

Arôme pourrait certainement vous rendre la tâche plus simple pour les toutes basses couches,

merci pour ce complément très intéressant.

Je rajouterais juste les URL du paramètre :

http://www2.wetter3.de/vertikal.html coupes verticales très précieuses : choisir äquivalent potentielle Temperature ainsi que le parallèle désiré ( ce serait bien qu'il rajoute 49°N pour la moitié nord)

http://www2.wetter3.de/animation.html

choisir äquivalent potentielle Temperature à 850hPa

et ici par pas de 3h :

http://www.meteociel.com/modeles/gfs/theta-e-850hpa/3h.htm

avec les départements pour être précis mais étant donné la maille des ptits décallages surviennent vite à l'échelle d'un dpt

Et ici à 1000hPa (t'w et thêta e) :

http://pages.unibas.ch/geo/mcr/3d/meteo/nmm22/THEWS03.JPG

[hailstone]

Arôme pourrait certainement vous rendre la tâche plus simple pour les toutes basses couches,

oui, j'espère que Arome aura bon goût à ce niveau là...

D'ailleurs Aladin est déja un bon compromis pour les phénomènes de basses couches, mais force est de constater que tout ce qui est brouillard et nuages bas, ce n'est pas évident, même avec Aladin.

[Gombervaux]

L’intérêt du paramètre est que c’est un bon traceur de masse d’air et qu’il est quasi conservatif et arrive même à résister au foehn

Justement, si T'w résiste au foehn, c'est pas le cas de la température potentielle.C'est en celà qu'on peut dire que T'w est un paramètre conservatif et pas Théta e.

Par contre , s'i t'avais montré le graphe près de la tropo, on aurait vu les lignes pseudo a sèches et saturées parallèles entre elles.

C'est la raison pour laquelle, on considérera , en haute altitude, que les particules d'air voyagent sur des plans Théta e sans plus de variation que si elles étaient sur des plans T'w,

et que près du sol, c'est les plans T'w uniquement qui seront concernés.

Considérer que les zones baroclines près du sol sont la trace de coupe des plans Théta e n'est qu'une approximation, qu'on met en évidence en présence de Foehn.

[tetaprime]

je ne savais pas que tu me connaissais aussi bien

[Gombervaux]

je ne savais pas que tu me connaissais aussi bien

Et c'est lequel , ton plan?

[js13120]

Justement, si T'w résiste au foehn, c'est pas le cas de la température potentielle.

C'est en celà qu'on peut dire que T'w est un paramètre conservatif et pas Théta e.

Par contre , s'i t'avais montré le graphe près de la tropo, on aurait vu les lignes pseudo a sèches et saturées parallèles entre elles.

C'est la raison pour laquelle, on considérera , en haute altitude, que les particules d'air voyagent sur des plans Théta e sans plus de variation que si elles étaient sur des plans T'w,

et que près du sol, c'est les plans T'w uniquement qui seront concernés.

Considérer que les zones baroclines près du sol sont la trace de coupe des plans Théta e n'est qu'une approximation, qu'on met en évidence en présence de Foehn.

Heu... Pas si sur, la thêta'w se lit aussi sur une surface isobare de 1000hPa comme toute thêta et malgré son côté : "potentielle", elle est invariable aux cours des transformations adiabatiques et pseudo. Le fait qu'il y ai "potentielle" ne vient que du ramenage à 1000hPa de la température équivalente adiabatique. C'est par ailleurs pour ça que l'on devrait parler de température équivalente potentielle et non température potentielle équivalente comme ton message le faire penser.

La thêta e ne me semble pas exclue du club très prisé des paramètres quasi conservatifs. On peut même le lire sur le site de la NOAA c'est dire...

"The theta-E of parcels are conservative with respect to dry and moist processes, so it is a useful diagnostic tracer of air trajectories. Theta-E is very sensitive to increases in water vapor content so layers on a sounding where theta-E (or theta-W) decreases with height are said to be convectively unstable."

Mais si tu as des coupes verticales de thêta'w à montrer peut être qu'on pourra comparer?

[Gombervaux]

Heu... Pas si sur,

Bon, je ne veux pas polémiquer, puisqu'apparament on ne parle pas de la même chose.J'ai pas envie, à mon âge de me casser la tête à créer un exemple d'élévation de particule, en partant du sol, jusqu'au dessus d'une montagne, puis de la faire redescendre, pour te démontrer que la T'w est invariante, alors que la température potentielle (et c'est le seul nom que je lui donne) aura pris quelques degrés, et donc n'est pas conservative dans ce cas.

Les sorties d'école doivent encore avoir celà dans leurs bagages.

Mon intervention précédente était juste pour dire, que c'est pas la même chose en haute altitude, et qu'on le voit très bien car les lignes vertes, pointillées ou pas, sont alors parallèles entre elles: ma remarque est simplement une prise de conscience par le graphisme.

En haute atmosphère (au dessus de la 400hPa, pour nos TT moyennes), Théta prime w et Température potentielle sont des paramètres conservatifs.

Les équations le démontrent aussi, mais c'est moins parlant.

[hailstone]

Bon, je ne veux pas polémiquer, puisqu'apparament on ne parle pas de la même chose.

J'ai pas envie, à mon âge de me casser la tête à créer un exemple d'élévation de particule, en partant du sol, jusqu'au dessus d'une montagne, puis de la faire redescendre, pour te démontrer que la T'w est invariante, alors que la température potentielle (et c'est le seul nom que je lui donne) aura pris quelques degrés, et donc n'est pas conservative dans ce cas.

Les sorties d'école doivent encore avoir celà dans leurs bagages.

Mon intervention précédente était juste pour dire, que c'est pas la même chose en haute altitude, et qu'on le voit très bien car les lignes vertes, pointillées ou pas, sont alors parallèles entre elles: ma remarque est simplement une prise de conscience par le graphisme.

En haute atmosphère (au dessus de la 400hPa, pour nos TT moyennes), Théta prime w et Température potentielle sont des paramètres conservatifs.

Les équations le démontrent aussi, mais c'est moins parlant.

j'ai comme l'impression à vous lire qu'il y a eu une sorte de quiproquo entre js13120 et Gombervaux :

js13120 parlait de la température potentielle équivalente (Théta E) et non de la température potentielle (Théta), à ne pas confondre au final, tous les deux ont raison.

La Théta n'est que conservative pour les processus adiabatiques (dès qu'on parle de nuages, il faut oublier la conservativité de ce paramètre et plutôt regarder la Théta E ou la Théta'w).

La hausse de Théta au passage d'une montagne n'est autre que le célèbre effet de foehn.

Les caractéristiques de la Théta E et de la Théta'w sont très proches comme cela a été dit.

Je me suis amusé à faire une petite correspondance très empirique (pas théorique a priori) entre Théta'w et Théta E à 850hPa (c'est quasiment linéaire):

(en °C)

ThetaE Theta'w

60 20-21 (air très chaud et humide, situations convectives estivales)

50 16-17

40 12-13

30 8-9

20 4-5

10 0-1 (air très froid et sec, comme en ce moment chez nous !)

Il y a même des ThetaE de -10 vers la Mer Noire en ce moment....

...

on a grosso-modo une relation linéaire qui donne à peu près ça : ThetaE = 10.5 + 2.5 Théta'w

je ne vois pas trop à quoi ça peut servir à part comparer deux cartes qui seraient l'une exprimée en Theta E et l'autre en Theta'w....

voilà c'était pour le fun /emoticons/smile@2x.png 2x" width="20" height="20">

[Gombervaux]

js13120 parlait de la température potentielle équivalente (Théta E) et non de la température potentielle (Théta), à ne pas confondre

Ah bon, sans explications /emoticons/ohmy@2x.png 2x" width="20" height="20"> , juste une affirmation?

[hailstone]

Ah bon, sans explications /emoticons/ohmy@2x.png 2x" width="20" height="20"> , juste une affirmation?

explications sur quoi? quelle affirmation? sur le quiproquo? sur la différence entre Théta E et Théta ?c'est comme ça que j'ai senti les choses (que vous ne parliez pas du même paramètre, d'ailleurs tu le dis toi-même que vous ne sembliez pas parler de la même chose..).

La Théta E est une sorte de Théta'w, mais calculée un peu différemment sur l'émagramme (pour dire les choses rapidement), mais elle représente grosso modo la même grandeur physique.

La Théta diffère des deux autres par le fait qu'elle n'est conservative que pour des processus adiabatiques.

D'une part j'avais déjà un peu détaillé dessous au sujet de la théta e et de la théta'w et surtout, d'autre part, js13120 a longuement parlé dans le premier message de ce paramètre, je n'ai pas trop envie d'en rajouter (paraphrase inutile).

voilà. désolé si je ne suis pas clair, ça m'arrive!

[js13120]

Oui Gombervaux, il serait bien d'aller au bout de tes idées car je n'ai rien compris...

J'ai pas envie, à mon âge de me casser la tête

Tu m'as pourtant l'air de pas être pris d'une démance sénile ni même atteint alzheimer au point de ne plus savoir ou sont les touches du clavier?

[Gombervaux]

1, mon premier message pour dire que la tempé potentielle n'est pas conservative dans la montée saturée, mais qu'elle l'est dans la descente sèche (foehn)

Donc globalement pas conservative.

2, pour dire que dans l'exposé du premier message, je ne vois pas la différence entre la tempé potentielle et la téta e.

3, que je ne comprends pas la position du grêlon qui refuse de donner les définitions, et se contente d'approximations.

[js13120]

Parce que Gombervaux la différence entre la theta E et la theta est énorme...

En fait le terme theta est accéssoire quand on y pense, ce qui compte c'est qu'on détermine la température adiabatique équivalente (peu connue en France), qui resprésente le E du thêta qui est la température qu'aurait une particule d'air après avoir subit une détente adiabatique sèche puis la particule arrive à saturation en rencontrant une iso Rw je crois. Et finit ensuite par suivre la pseudo adiabatique jusqu'à la condensation de toute l'humidité. Une fois toute l'humidité condensée, on suit une adiabatique sèche jusqu'au niveau de pression

initial P et on a la Te : température équivalente. Si on veut la thêta E, à ce moment là, on ramène la température à 1000hPa au lieu du niveau P (si il est autre que 1000hPa bien sur). Y a quand même une grosse différence non?

Voici un ptit schéma qui illustre les étapes :

[Gombervaux]

Parce que Gombervaux la différence entre la theta E et la theta est énorme...

Y a quand même une grosse différence non?

NONOu effectivement Alzeimer me guette, ou j'ai manqué une étape; je cite le site de MF :

la lettre grecque θ ("thêta") représente par définition la température potentielle de la parcelle (Π) : c'est donc la température qu'acquerrait cette parcelle, après déperdition préalable de sa vapeur d'eau, chaque fois qu'elle aurait été ramenée verticalement au niveau de pression 1 000 hPa sans avoir échangé de chaleur avec le milieu extérieur.

[Cop de Sormiou]

J'ai déjà vu des schémas de diagramme représentant la Theta et Theta ' w avec en axe vertical la pression et en axe horizontal la température. Ce genre de diagramme devant permettre d'étudier la structure verticale de l'air en particulier des masses d'air. Un genre d'émagramme mais avec des axes perpendiculaires. (vu sur des documents de vulgarisation de MF)

Ce type de diagramme est il disponible comme restitution de radiosondage en complément des restitutions par un émagramme classique ?

COP

[Météofun]

Bonjour à tous. Très intéressant ce débat (merci à vous !) et j’aimerai y apporter quelques informations pour rentrer au cœur du concept.

Tout d’abord :

NON

Ou effectivement Alzeimer me guette, ou j'ai manqué une étape; je cite le site de MF :

CITATION

la lettre grecque θ ("thêta") représente par définition la température potentielle de la parcelle (Π) : c'est donc la température qu'acquerrait cette parcelle, après déperdition préalable de sa vapeur d'eau, chaque fois qu'elle aurait été ramenée verticalement au niveau de pression 1 000 hPa sans avoir échangé de chaleur avec le milieu extérieur.

OK, cette définition est tout à fait exacte (heureusement, c’est MF quand même !) mais elle n’est peut-être pas très claire pour le passionné qui aime se faire des nœuds au cerveau ! En effet, quand ils disent : « après déperdition préalable de sa vapeur d’eau », c’est juste par hypothèse, en considérant de l’air sec, et non par le « chemin » pseudoadiabatique qui sert à calculer la θe. On notera surtout que la θ est une notion qui reste parfaitement valable pour de l’air humide non saturée. En faite, la θ sert principalement comparer les températures mesurées par un thermomètre en les ramenant au niveau de référence 1000hPa. Mais js13120 a déjà très bien expliqué cela. A un endroit donné (position et altitude), les variations de la θ dans le temps correspondent aux variations de chaleur sensible, mesurables au thermomètre, (variations lors de transformations isobares). Les variations de θe (ou de θ’w) dans le temps et à un endroit donné correspondent aux variations de chaleur latente ou/et sensible.

Petit rappel sur la chaleur latente. (c’est claire que c’est déjà connu par un grand nombre d’entre vous, mais c’est primordiale pour la compréhension de la θe ou de la θ’w)

La chaleur latente ne peut pas être mesurée par un thermomètre, elle est cachée. C’est en quelque sorte de la chaleur « potentielle » puisqu’elle n’est libérée que dans des conditions adéquates.

C’est un peu comme un objet que l’on tient dans une main au-dessus du sol. Cet objet possède une énergie potentielle de pesanteur. De plus, on a un appareil qui mesure l’énergie acquise par l’objet par le biais de sa vitesse (une sorte de radar, par exemple) si on connaît sa masse (énergie cinétique).

Nous, on a une parcelle d’air qui possède de la chaleur latente et un appareil qui mesure la température de la masse d’air (le thermomètre).

L’appareil qui lit la vitesse de l’objet n’est absolument pas au courant de l’énergie potentielle de pesanteur. Pour lui, elle n’existe pas et ne la prend pas en compte dans sa mesure. Par contre, si on lâche l’objet, sa vitesse, donc son énergie cinétique, va augmenter et l’appareil va le détecter. Normal, puisque comme l’énergie potentielle diminue, l’énergie cinétique doit augmenter. En effet, l’énergie totale (mécanique, c’est-à-dire cinétique+potentielle) du système doit rester inchangée si on néglige l’influence du milieu extérieur (tel que les frottements, par exemple). La conservation de l’énergie est fondamentale dans la physique en générale et la météorologie en particulier.

Pour nous, le thermomètre n’est absolument pas au courant de la chaleur latente. Mais qu’est-ce que cette chaleur latente ? En faite, dans l’atmosphère, la chaleur latente est liée à l’eau qu’elle contient. Chacun sait que l’eau est présente sous trois état (solide, liquide, gazeux (vapeur)) et pour passer de l’un à l’autre (dans l’ordre de lecture), il faut fournir de l’énergie (par exemple, il faut chauffer l’eau pour la faire bouillir), inversement, le passage du gazeux au liquide, du liquide au solide ou du gazeux au solide cède de l’énergie. La vapeur est donc l’état le plus énergétique de la matière. Si on passe à l’état condensé, on a moins de chaleur latente et si on passe à l’état solide, on n’a plus du tout de chaleur latente. On va donc avoir une augmentation de la chaleur sensible, donc une augmentation de la température mesurable par un thermomètre. Finalement, on peut dire que l’on a deux chaleurs latentes : la chaleur latente de condensation et la chaleur latente de congélation (solidification). Mais ces histoires de θ, θe et θ’w ne concerne que la chaleur latente de condensation. Pour la suite, on ferra comme si la chaleur latente de solidification n’existait pas. On remarquera aussi que ce qui nous intéresse principalement pour la suite est l’énergie sous forme de chaleur : par exemple, on ne s’intéressera pas aux rayonnements

Mais revenons à la θe (température équivalente potentielle) …

On laisse tomber l’objet jusqu’au sol. A l’instant précédent l’impact, l’énergie potentielle de l’objet devient nulle et son énergie cinétique maximale : on a rendu entièrement visible à notre appareil l’énergie qui lui était initialement cachée.

Pour notre parcelle d’air, c’est exactement la même chose. On lui fait subir une détente adiabatique qui la refroidi (de façon imagée : moins de pression, donc moins de chocs entre les molécules, donc une température en baisse). En se refroidissant, fatalement, le point de condensation va être atteint. Passé ce stade, la condensation libère de la chaleur (ce qui ne veut pas dire que la parcelle d’air va se réchauffer puisque sinon on se retrouve sous saturé, et donc avec évaporation ! En faite, la parcelle d’air continu de se refroidir, mais de façon moins rapide …). On a donc transformation de la chaleur latente en chaleur sensible. Le refroidissement a donc lieu selon la pseudoadiabatique. Chacun a en mémoire cette courbe de la tension de vapeur saturante de l’eau en fonction de la température.

Plus la température est élevée, plus l’atmosphère peut contenir d’eau sous forme de vapeur et ce selon une exponentielle. On en déduit que, si la parcelle d’air est condensée, plus elle est chaude plus la quantité d’eau condensée pour un refroidissement donné augmente, donc plus l’apport de chaleur sensible augmente. C’est ce que montre le réseau des pseudoadiabatiques sur l’émagramme : plus on va vers des températures élevées, moins le taux de décroissance de la température en fonction de l’altitude de la courbe en tirets verts est fort. C’est aussi la raison pour laquelle ce ne sont pas des droites : plus on monte en altitude, plus la température descend (selon la pseudoadiabatique puisque on suppose notre parcelle saturée) et moins l’air contient d’humidité, donc a un refroidissement donné, il y a de moins en moins de vapeur qui se condense. L’apport de chaleur sensible est de plus en plus faible, donc le taux de refroidissement augmente avec l’altitude. Il arrivera un moment où l’air est tellement froid (donc tellement sec) que les pseudoadiabatiques et adiabatiques sont quasiment parallèles.

Autrement dit, la parcelle d’air ne contient quasiment plus d’humidité : on pourra considérer que toute la chaleur latente a été transformée en chaleur sensible (celon le principe de conservation de l’énergie), donc mesurable par un thermomètre (même si du fait de l’altitude, elle est très froide). Pour permettre les comparaisons de température il ne reste plus qu’à ramener notre parcelle d’air au niveau de référence 1000hPa. On notera que pour ne pas s’encombrer de l’inertie thermique des gouttelettes, on suppose qu’elles précipitent instantanément lors de leur condensation. (Remarque : on notera le problème que pose cette approximation dans le cas d’un « foehn non précipitant ». Normalement, le réchauffement est quasi nul puisque l’énergie libérée par la condensation est exactement reprise pour l’évaporation des gouttelette lors de la descente de l’autre côté de la montagne, ce que ne met pas en valeur cette approximation qui suppose le foehn nécessairement précipitant…). On en déduit que la compression pour ramener la parcelle d’air à 1000hPa se fait selon l’adiabatique. On notera qu’au niveau de pression initiale la différence entre la température T et la température équivalente Te est directement dû à la transformation de la chaleur latente en chaleur sensible (donc à la différence du taux de variation de température en fonction de l’altitude entre la pseudoadiabatique lors de la détente et de l’adiabatique lors de la compression). Cette différence restera inchangée à 1000hPa entre la θ et la θe puisque les adiabatiques sont parallèles.

En résumé, pour la θe : détente adiabatique jusqu’au point de condensation, puis détente pseudoadiabatique jusqu’à ce que l’humidité de la parcelle d’air soit quasiment nulle, et enfin une compression adiabatique jusqu’à 1000hPa (mais js13120 avait très bien expliqué ce résumé, notamment avec le schéma de son dernier message)

Et la θ‘w (température pseudoadiabatique potentielle du thermomètre mouillée –vive l’abréviation !-) dans tout ça ?

En fait, c’est juste une question de rapport de comparaison. Il faut s’interroger sur ce que veulent montrer ces paramètres. La Te est défini comme le température équivalente et avec ce que l’on expliqué plus haut, on comprend aisément que l’on ne se rapporte plus seulement à la chaleur sensible, mais à la « chaleur totale ». Autrement dit, on inclut la chaleur latente dans le calcul. Pour l’inclure, on l’a transformée en chaleur sensible pour la θe. C’est, comme le disait js13120, très naturel. Pour la θ’w, la chose st plus compliquée. Pour inclure la chaleur latente, on ne la fait pas « disparaître », mais, au contraire, on la rend maximum. Autrement dit, on transforme de la chaleur sensible en chaleur latente (mais au final, il reste de la chaleur sensible). Mais peut importe dans le fond, ce qu’il faut, c’est une base commune de référence. Le problème est que l’on a deux variables (la chaleur latente et la chaleur sensible) et que ce qui nous intéresse est leur somme en quelque sorte. L’idée est donc d’en fixer une et de comparer la deuxième. Le problème avec la θ’w, c’est que la quantité maximale de chaleur latente que peut contenir une parcelle d’air (c’est-à-dire qu’elle est à la limite de la saturation) varie avec la température (souvenez-vous du graphique de tension de vapeur saturante), donc avec la chaleur sensible. La θ’w ne fixe donc pas vraiment un paramètre. Mais on est quand même sauvé puisque la quantité maximum de chaleur latente que peut contenir une parcelle d’air augmente avec la température. On a donc réussi à lier les deux paramètres. Cela semble bien compliqué, mais notre émagramme est conçu pour nous montrer cela de façon plus claire que la théorie ! En effet, comme déjà expliqué par js13120, la détermination de la θ’w est très facile sur l’émagramme : détente adiabatique jusqu’au point de condensation (rien que du très classique) puis à ce point de condensation, on lui fait subir une compression pseudoadiabatique (autrement dit on transforme de la chaleur sensible en chaleur latente), donc, par hypothèse, on suppose que l’on ajoute en continu de l’eau pour maintenir la parcelle à la limite de la saturation. On recroise le niveau de pression initial à la T’w et on continu jusqu’au niveau de référence 1000hpa. La θ’w augmente donc avec la « chaleur totale » : essayez avec des cas simple en fixant l’humidité et en faisant varier la température ou l’inverse.

Quelques remarques à propos de la T’w

La T’w (température du thermomètre mouillé) est un paramètre très important en météo et notamment dans les sondage. Dans les sondages présentés sur Infoclimat et Météocentre, c’est la courbe continue bleu. Dans la légende, il est expliqué que la surface jaune qui sépare cette courbe de la courbe d’état rouge est une représentation de l’humidité relative. On comprend maintenant pourquoi : plus l’écart est grand, plus l’air est sec car il a fallut monté haut pour trouver le point de condensation. Lorsque les deux courbe sont superposées, c’est que l’on est en situation de saturation (T=T’w) et que l’on n’a pas suivie de détente adiabatique avant de trouver le point de condensation. On notera que la courbe en tirets bleus est la courbe du point de rosé (qui est donc confondu avec les deux autres en cas de saturation). On remarquera que cette courbe est assez éloignée de la courbe d’état en haute atmosphère, et ce malgré une surface jaune très réduite. Cela est dû au fait que l’air froid a une tension de vapeur saturante très faible (les adiabatiques et pseudoadiabatiques sont presque parallèles, d’où une surface jaune réduite) et que suivant le graphique en forme d’exponentielle, on remarque qu’il faut très fortement baisser la température pour faire condenser la parcelle d’air (d’où un point de rosée très éloigné de la température T). En revanche très peu d’eau en plus suffi à la faire condenser.

En résumé

θe, θ’w, finalement, c’est juste une différence de point de vu.

En fait, la θ ne prend pas en compte les flux de chaleur latente, d’où son caractère non conservatif lorsque la condensation entre en jeu (cas du foehn, par exemple), au contraire de la θe et de la θ’w.

Applications

On pourrait encore en écrire des pages, mais je croie que mon message est déjà assez long comme ça ! On va juste se contenter d’énumérer les principales :

* Globalement, la θ, la θe et la θ’w servent surtout à comparer des températures (uniquement sous forme de chaleur sensible pour la θ)

*Etude des masses d’air pour la θe et la θ’w grâce à leur caractère conservatif (js a déjà dit l’essentiel dans son premier message)

*Etude de l’instabilité (CAPE, CIN, …). Si il n’y a pas de condensation, on prend la θ, sinon, on passe avec la θe ou la θ’w.

*Etude de l’activité frontale et notamment précipitante avec l’analyse de la mise en phase des différents éléments (champs de θe ou de θ’w à différentes altitudes, ascendances maximum, jets, anomalies de tropo, …)

*…

Juste un dernier point :

J'ai déjà vu des schémas de diagramme représentant la Theta et Theta ' w avec en axe vertical la pression et en axe horizontal la température. Ce genre de diagramme devant permettre d'étudier la structure verticale de l'air en particulier des masses d'air. Un genre d'émagramme mais avec des axes perpendiculaires. (vu sur des documents de vulgarisation de MF)

Ce type de diagramme est il disponible comme restitution de radiosondage en complément des restitutions par un émagramme classique ?

COP

Oui, effectivement, MF présente des diagrammes avec la θ’w pour les études de masse d’air. A défaut d’avoir la θ’w, tu peux te contenter de la T’w qui est assez similaire puisque tu remarquera sur l’émagramme (avec les températures inclinées à 45°), les pseudoadiabatiques sont quasiment verticales autour de 20°C. On va dire que ça donne un résultat correct pour les températures supérieur à 0°C. Plus généralement, tu remarqueras que l’évolutions des isoθ’w en fonction de la température n’est pas extrêmement rapide. Pour une approche succincte, l’utilisation de la T’w reste le plus souvent correct pour donner les variations, et ce d’autant plus que les limites de masses d’air sont souvent très nettes. Pas toujours parfait, mais mieux que rien !

Pour les sondages de θ, voici un lien pour les archives :

http://www.arl.noaa.gov/ready/amet.html

et voici un lien pour les prévisions :

http://www.arl.noaa.gov/ready/cmet.html

voili voilou

[js13120]

No comment, excellent...

Des posts qu'on devrait voir plus souvent

Merci Météofun !

[vinçounet]

Oui, chapeau Météofun

[Gombervaux]

On notera surtout que la θ est une notion qui reste parfaitement valable pour de l’air humide non saturée.

Sauf que je ne vois toujours pas de différence entre la Théta de MF et la Théta E.Dans les 2 cas la particule a précipité, et a subi une descente adiabatique sèche.

Théta ou Théta E ne sont donc conservatives que pour des particules sèches; et pas pour de l'air humide.

[Météofun]

No comment, excellent... /emoticons/biggrin@2x.png 2x" width="20" height="20">

Des posts qu'on devrait voir plus souvent

Merci Météofun !

Merci, … C’est dingue, mais c’est plutôt moi qui devrai te remercié d’avoir lancer le débat ! Et puis avec tous les messages que tu écris, je te dis bravo pour ta contribution sur le forum en général. Tant qu’on y est, on peut aussi remercier Hailstone, Marco-p, Gombervaux, … et tout ceux que j’oublis pour leurs contributions scientifiques !

Sauf que je ne vois toujours pas de différence entre la Théta de MF et la Théta E.

Dans les 2 cas la particule a précipité, et a subi une descente adiabatique sèche.

Théta ou Théta E ne sont donc conservatives que pour des particules sèches; et pas pour de l'air humide.

Je suis tout à fait d’accord avec toi, dans le cas de la θ pour l’air sec comme dans le cas de la θe, on a fait précipité la parcelle d’air. Sauf que, et c’est là la différence fondamentale, pour la θ on fait précipiter la parcelle sans en récupérer l’énergie alors que pour la θe on récupère l’énergie libérée par la condensation (par le transfère de la chaleur latente en chaleur sensible, comme expliqué dans mon message). Au final, pour la θ, on néglige la chaleur latente (par exemple l’énergie libérée par la condensation). Donc, quand il y a condensation, il n’y a plus de conservation. Par contre, pour la θe, on prend en compte cette énergie, donc il y a conservation.Je ne suis pas très pédagogue et souvent assez confus, alors si quelqu’un veut expliquer différemment … /emoticons/biggrin@2x.png 2x" width="20" height="20">

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