Le tourbillon potentiel

[Q3me]

Bonjour, j'étudie en ce moment le tourbillon potentiel mais certains points persistent à être flou pour moi. Voici l'article en question qui me sert de support :

Article de Philippe Arbogast "L'inversion du tourbillon potentiel" de La Météorologie, n°38, aout 2002

Il est dit que la tourbillon potentiel se conserve pour une particule sur les surfaces isentropes, autrement dit sur les surfaces iso-temp.potentiel. Donc sur des surfaces d'iso-theta on devrait avoir une valeure fixe du tourbillon potentiel (PV) si j'interprète cela correctement. Cependant voici la répartition climatologique du PV (en hiver) en rouge limite dynamique strato-tropo

Ce n'est clairement pas le cas... Une raison ? une mauvaise interprétation de ma part ?

De plus, seconde question, sur ce schéma on voit bien que les valeures de plus grand PV se trouvent dans la strato là ou la stabilité est bien plus importante et là ou le gradient de temp.potentiel est le plus important. Cependant la PV de Ertel (formule présente dans l'article) est en effet proportionnel au gradient de temp.potentielle mais egalement au tourbillon ! or on sait (ou en tout cas c'est très bien expliqué dans l'article) que + les iso-théta sont espacés plus le tourbillon est important !

Donc ce serait la valeure du gradient de température potentielle qui serait prépondérante dans le valeure du PV ?

Je vous remercie pour vos eventuelles futures réponses,

Quentin

[gaet34]

Bonjour,

La raison c'est que le tourbillon potentiel se conserve pour une particule. Dès lors qu'on ne suit plus cette particule, il n'y a plus de raison qu'une autre particule n'ait pas une autre valeur de tourbillon.

Pour illustrer avec quelque chose de moins complexe que le tourbillon potentiel, tu dois savoir que la température potentielle se conserve pour une particule tant qu'il n'y a pas de changement d'état (et s'il y a changement d'état, c'est la theta'w qui devient conservative), ce qui n'empêche pas de voir des variations de ces paramètres dans les trois dimensions, et notamment au niveau des fronts.

En bref les météorologues ont introduit la notion de particule pour l'étude d'une parcelle d'air dans son environnement, mais cette parcelle est de dimension bien réduite comparés aux grands mouvements de l'atmosphère.

Pour la formule du tourbillon potentiel d'Ertel, c'est en effet la variation de la température potentielle qui est la plus grande source de tourbillon potentiel dans la stratosphère (car c'est une couche très stable donc la theta augmente fortement) et non le tourbillon absolu /emoticons/wink@2x.png 2x" width="20" height="20">

[Q3me]

Merci pour ta réponse précise et très claire /emoticons/wink@2x.png 2x" width="20" height="20">

Donc si je peux me permettre, j'aimerais discuter un peu plus de cet article. j'ai pu lire qu'il y avait un rapport avec le courant jet et les anomalies de PV... mais l'aspect du courant jet n'est pas du tout tourbillonaire... Or qui dit anomalies positives dit fort tourbillon potentiel dit fort tourbilon. En quoi c'est lié ?

Merci

[Cotissois 31]

Il est dit que la tourbillon potentiel se conserve pour une particule sur les surfaces isentropes, autrement dit sur les surfaces iso-temp.potentiel. Donc sur des surfaces d'iso-theta on devrait avoir une valeure fixe du tourbillon potentiel (PV) si j'interprète cela correctement.

C'est une mauvaise interprétation

La conservation nous dit ce qu'il se passe en cas de mouvement, soit un calcul pronostique.

Mais la conservation ne nous dit absolument pas que les surfaces doivent coïncider.

Comme dit gaet34, la relation diagnostique, comme montre la coupe verticale, c'est que le PV est lié au gradient vertical de theta.

Donc si je peux me permettre, j'aimerais discuter un peu plus de cet article. j'ai pu lire qu'il y avait un rapport avec le courant jet et les anomalies de PV... mais l'aspect du courant jet n'est pas du tout tourbillonaire...

Le courant-jet, dans une vision lissée de grande échelle, est quand même un "serpent qui ondule", chaque ondulation est liée à de la rotation.

Néanmoins, plus fondamentalement, le tourbillon est très lié au cisaillement (cf. formule mathématique), or un courant-jet est forcément associé à un fort cisaillement (gradient horizontal de vent).

Une autre réponse est que la notion d'anomalie est liée à la notion de filtrage (on soustrait le flux moyen) et une ondulation correspond à une anomalie nettement tourbillonnaire. C'est dans ce contexte surtout qu'on étudie le PV, en terme d'anomalies. Car les perturbations météorologiques sont liées à des anomalies, pas au flux moyen.

[Q3me]

D'accord, donc si on étudie une carte de l'altitude de la surface 1,5 PVU (tropopause dynamique) on observera qu'en lieu et place du jet on a une longue bande d'anomalie positive ? Et les creux les plus importants de cette bande sont là où les dépressions vont se créer ?

Pour en revenir à cette création de dépression, j'ai pu lire ici ou là qu'il y avait des phénomènes en amont et en aval de l'anomalie. Le creusement de la dépression c'est assez intuitif, mais le developpement de précipitation un peu moins... En effet, on a certe une recrudescence du gradient horizontale de température potentiel induisant des pentes de ses surfaces et donc une possible ascendance des particules d'atmosphère (car celle-ci suivent les surfaces iso-theta) et donc de possibles précipitations, mais pourquoi on aurait pas une subsidence plutot qu'une ascendance ? les particules peuvent très bien descendre sur ses surfaces inclinés, mais pourquoi montent-elles ?

Merci !

[Cotissois 31]

Les surfaces isentropes ne donnent pas toute la solution, il faut en effet savoir la direction du vent.

Par définition de la theta, la surface isentrope est haute dans l'air froid, plonge au sol dans l'air chaud et remonte en altitude dans l'air froid.

Dans un cas simplifié (la perturbation est stationnaire et la particule traverse la perturbation) , la particule fait exactement la même chose : elle plonge au sol lorsqu'elle se rapproche de l'air chaud et remonte en altitude lorsqu'elle réaborde l'air froid.

Evidemment, ce genre de modèles suppose des surfaces isentropes quasi-stationnaires. Mais les calculs d'échelle (approximation quasi-géostrophique) nous disent que cette hypothèse peut être justifiée pour étudier au premier ordre les perturbations.

Ceci aboutit à la règle suivante : chute des isentropes dans le sens du flux = advection froide = subsidence et remontée des isentropes dans le sens du flux = advection chaude = ascendances.

[Q3me]

D'accord et pour ça ?

D'accord, donc si on étudie une carte de l'altitude de la surface 1,5 PVU (tropopause dynamique) on observera qu'en lieu et place du jet on a une longue bande d'anomalie positive ? Et les creux les plus importants de cette bande sont là où les dépressions vont se créer ?

car j'ai vu ces deux cartes :

http://www.infoclimat.fr/modeles-meteorologiques.html?model=gfs/france&cat=dyna&param=pvu15&term=3&aSpeed=0.5&aStep=3&aStart=3&aEnd=192&selectedRun=2014050112

http://www.infoclimat.fr/modeles-meteorologiques.html?model=gfs/france&cat=dyna&param=jet&term=3&aSpeed=0.5&aStep=3&aStart=3&aEnd=192&selectedRun=2014050112

Et ils ne sont pas tout à fait superposé... pourquoi est-il sur le coté de l'anomalie positive ? pourquoi ce coté et pas l'autre ?

[Cotissois 31]

Le mieux pour voir la forme du cisaillement c'est de regarder le tourbillon relatif.

Le PV est très lié (comme déjà dit) au gradient vertical de theta, donc ce n'est pas le meilleur paramètre.

Le PV a un peu la même forme que le géopotentiel (ceci se montre mathématiquement quand on travaille sur des anomalies), donc la règle est la suivante, qualitativement, pour l'hémisphère nord :

dépression / bas géopotentiels / PV positif sur le flanc gauche du jet

anticyclone / hauts géopotentiels / PV négatif sur le flanc droit du jet.