Détéction des phénomènes violents sous orages via Signatures radar

[Higurashi]

Voici un tuto,dans lequel on va essayer datteindre un objectif bien précis :

- Détecter la possibilité de phénomènes violents sous orages via les signatures radar et Doppler.

La majorité de ce qui sera exposé ici est tiré des cours du MetEd (source : https://www.meted.ucar.edu/training_module.php?id=193). Les différents post viendront compléter au fur et à mesure ce sujet. Chaque signature est composée de 5 sous parties : a) définition, b ) faux diagnostics, c) modèle conceptuel, d) degrés de sévérité, e) Dangers convectifs associés les plus probables.

I) Les réflectivités de bas niveau

1) Fort gradient de réflectivité de bas niveau

a) Définition

Ceci se réfère à la gradation rapide de faible réflectivité à réflectivité élevée (cur de la tempête) sur quelques kilomètres dans les environs de la région de faible écho (REH) ou de la voute de faibles échos (BWER, que l'on verra plus tard), à l'emplacement du courant ascendant dans un orage fort.

Gradient de réflectivité de bas niveau sur le flanc nord de l'orage.

b ) Faux diagnostics

Pour repérer cette caractéristique il faut faire attention à ce qu'elle se situe bien dans le coin d'alimentation de l'orage. En effet, on peut avoir de fort gradient qui se situent ailleurs que dans la zone d'ascendance de l'orage. Les caractéristiques importantes nécessaires pour confirmer un tel gradient est qu'il soit situé sur le quadrant du courant ascendant de l'orage et que la signature soit persistante dans le temps.

Emplacement approprié de gradient de bas niveau sur le côté nord. On remarque la voute d'écho fort qui le surplombe, signe d'un puissant courant ascendant.

Faux emplacement du gradient de bas niveau, sur le côté gauche. La coupe verticale ne montre pas de noyau de niveau supérieur au-dessus du gradient. Mauvais emplacement pour un gradient qui doit nous indiquer le potentiel violent d'un orage.

c) Modèle conceptuel

Un gradient marqué de réflectivité de bas niveau sur le flanc d'entrée est utilisé comme l'une des nombreuses signatures pointant vers un orage violent. La présence d'un gradient serré indique que la grosse grêle et / ou de fortes pluies sont nettement séparés, de façon abrupte, du courant ascendant de bas niveau. Le gradient est provoqué par de fortes précipitations, cette signature suggère la présence d'un fort courant ascendant et un courant descendant solide. Cela augmente les chances d'apparition de tous les quatre risques de convection, en particulier de la grosse grêle et des vents destructeurs. Cette zone de fort gradient est surplombée par une voute ( WER ) ou une voute d'échos faibles ( BWER ) ( les particules sont maintenus en altitude par le puissant courant ascendant ).

L'image du haut montre une vue en plan de l'orage dans les bas niveaux (des contours ombrés de réflectivité) et le niveau des -20 ° C (contours de réflectivité en pointillés). Les flèches bleues représentent la divergence supérieure. La flèche rouge représente l'afflux. L'image du bas montre une coupe transversale de la tempête, avec les contours de réflectivité en pointillés. Les flèches grises représentent le courant ascendant de la région de bleu ombragé le courant descendant.

d) Degrés de sévérité

-Fort gradient - de grands changements de réflectivité sur une distance spécifique (gradients forts) indiquent généralement des courants ascendants et descendants forts.

Fort gradient de réflectivité de bas niveau sur le flanc nord.

-Longévité du gradient - Plus longue est la présence du gradient serré, plus l'orage ayant cette longue durée de vie est en mesure de nourrir en permanence le courant ascendant avec un fort afflux.

Dans le contexte d'une décision pour un avertissement d'orage sévère, un gradient très serré devrait être considérée comme une bonne preuve d'un orage violent, mais devrait être utilisé en conjonction avec d'autres signatures. Les données radar ne devraient jamais être utilisées dans l'isolement et doivent toujours être considérées en conjonction avec les autres informations environnementales et des rapports des observateurs.

e) Dangers convectifs associés les plus probables

- Vents destructeurs - un tel gradient est une représentation d'un fort courant ascendant, avec un potentiel pour produire un fort courant descendant.

- La grosse grêle - un fort courant ascendant a le potentiel de produire de la grosse grêle, surtout si le courant ascendant s'étend au-delà de la couche de gel, de -10 à -30 ° C. Il faut prendre en considération la température de l'environnement entre la base de l'orage et le sol afin d'identifier le potentiel de fusion de la grêle pendant sa descente vers le sol.

[Higurashi]

2) L'écho en crochet

a) Définition

Un écho en crochet est généralement un appendice en forme de crochet dans les réflectivités de bas niveau d'une supercellule. Le crochet est situé à proximité du courant ascendant, généralement sur ​​le flanc arrière gauche d'orages mésocylonique dans l'hémisphère sud ( flanc arrière au SO pour les Sc cyclonique dans l'HN ). Les échos en crochet peuvent posséder une "forme de crochet" classique, mais selon le moment dans le cycle de vie, ils peuvent apparaître comme un "appendice" ou "pendentif" (voir figure ci-dessous). Les crochets en forme d'échos se forment lorsque les précipitations descendent de niveaux plus élevés derrière le courant ascendant principal de la tempête. La plupart, sinon tous les échos de crochet sont associés à une supercellule dans laquelle la précipitation descendante est souvent entraîné dans la circulation du mésocyclone de l'orage. Dans certains cas, cela conduit aussi à une forme de spirale à de faibles niveaux.

Écho en crochet long dans la circulation de bas niveau d'un orage supercellulaire.

Trois supercellules avec écho en crochet co-localisés avec des mésocyclones de bas niveau.

b ) Faux diagnostics

L’écho en crochet est l'une des signatures des orages violents le plus souvent diagnostiqué à tort! Les orages produisent souvent un écho en forme de "queue", qui est souvent confondu avec un crochet en développement.

-Mauvaise position - La meilleure façon de confirmer qu'un appendice de réflectivité pourrait en effet être un crochet est en notant l'emplacement de l'écho. Le crochet doit être colocalisé avec le courant ascendant et, en général, la rotation de bas niveau, ou au moins associé à la rotation de mi-niveau. Il ya un certain nombre de raisons pour lesquelles l'orage produit des appendices de réflectivité, comme par exemple un multicellulaire, à proximité de la «ligne d'alimentation» en développant des tours de cumulus où se forment des noyaux de courant ascendant.

Forme de crochet de bas niveau sur le côté sud de la tempête, alors que le sommet du courant ascendant est sur ​​le côté nord de la tempête.

c) Modèle conceptuel

Un écho en crochet est utilisé comme l'une des nombreuses signatures suggérant un violent orage (généralement une supercellule ). La présence d'un crochet indique souvent que l'orage possède un très fort courant ascendant rotatif .

L' Écho en crochet est une signature de réflectivité radar bien documenté , bien que la formation du crochet est toujours sous enquête . Les premières recherches datent de Fujita (1958 ) qui a émis l'hypothèse que le crochet est formé de précipitations transportées autour du courant ascendant rotatif d'une supercellule , mais des recherches plus récentes ont montré que la formation n'est pas aussi simple. La dernière théorie implique un " noyau de réflectivité descendant (RDC ) " à l'arrière de la région de faibles échos ( Rasmussen et.el. , 2006) . La précipitation se produit sur le flanc descendant arrière du courant ascendant et pourrait être considéré comme une " extension" vers le bas de la région de faibles échos ( BWER ). Généralement, on pense que la précipitation descendante interagit avec le mésocyclone de la tempête de sorte qu'elle descend le long d'un arc .

La présence d'un crochet suggère un orage supercellulaire. Les Sc augmentent les chances des quatre risques graves de convection: des vents destructeurs, la grosse grêle ou géante, de fortes pluies entraînant des inondations soudaines et des tornades. Une croyance commune est que la présence d'un crochet augmente également les chances de l'orage pour produire une tornade, mais maintenant il ya des allégations récentes que les échos en crochet ne sont pas mieux pour indiquer une tornade que la présence d'un mésocyclone (Markowski, communication personnelle , 2010).

d) Degrés de sévérité

Longévité de l'Echo en crochet - Un crochet persistant est un indicateur de la gravité d'un orage.

Un écho en crochet est l'une des rares signatures qui pourraient vous influencer directement dans l'émission d'un avertissement d'orage violent, sur la base du lien étroit à un orage supercellulaire. Généralement, les informations radar ne doivent jamais être utilisées seules et doivent toujours être considérées en conjonction avec l'environnement de la tempête et tous les rapports.

e) Dangers convectifs associés les plus probables

Vents destructeurs - Un crochet est une représentation d'un fort courant ascendant , avec un potentiel pour produire un fort courant descendant .

La grosse grêle - Un fort courant ascendant a le potentiel de produire de la grosse grêle car il est susceptible de fournir beaucoup de liquide en surfusion dans la couche de -10 ° C à -30 ° C, la couche de croissance de la grêle .

De fortes pluies entraînant des crues éclair - Un courant ascendant particulièrement fort a le potentiel de produire de grandes quantités de précipitations. Pour les supercellules , plus l'orage se déplace lentement et plus grandes sont les chances de crues éclairs.

Tornades - En raison de l'indication que l'orage est supercellulaire , les tornades sont possibles et le risque doit donc être au moins considéré , en particulier dans des environnements qui combinent haute humidité relative de bas niveau avec un fort cisaillement 0 -1km .

[Higurashi]

3) Convergence de bas niveau

a) Définition

Une forte convergence de bas niveau en dessous du courant ascendant d'un orage peut être un indicateur d'un courant d'air ascendant intense en formation. Pour identifier une convergence il est préférable de le faire en utilisant les données de vitesse radiale d'un radar Doppler.

Convergence de faible niveau associé à un courant d'air ascendant ( l'emplacement du courant ascendant est marquée par un cercle rouge).

Signature de la convergence de bas niveau d'un front froid vers le nord de l'emplacement du radar. Les orages qui parviennent à suivre le rythme du mouvement vers le nord de la limite convergente augmenteraient leurs chances de développement.

b ) Faux diagnostics

Signature non colocalisé avec courant ascendant - Vous pourriez être amené à détecter une convergence, mais pas une convergence alimentant un courant ascendant d'un orage.

c) Modèle conceptuel

Une signature de forte convergence à basse altitude sous le courant ascendant d'un orage peut être utilisé comme l'une des nombreuses signatures qui suggèrent que le courant ascendant associé est susceptible de s'intensifier ou est déjà fort. La raison de cette interprétation est que la convergence au-dessous d'un courant ascendant augmente naturellement le flux de masse de faible niveau dans le courant d'air ascendant, lui fournissant de la vapeur d'eau et de l'énergie.

Motif de vitesse Doppler (à droite), correspondant à l'écoulement axisymétrique convergent (à gauche). Le point noir représente le centre de l'écoulement. d) Degrés de sévérité

-Force de la convergence - plus la convergence est forte , plus le flux de masse dans la base de courant ascendant est fort, et donc plus le courant ascendant est susceptible d'être fort .

-Le temps de séjour d'un courant d'air ascendant dans la zone de convergence - plus le courant ascendant réside dans la zone de convergence de bas niveau, plus le courant ascendant est fourni en air chaud et humide via la couche limite , ce qui devrait augmenter ou au moins soutenir la force du courant ascendant . Cela est particulièrement applicable dans les environnement aux cisaillements modérés à forts où les tempêtes peuvent être de plus longue durée .

e) Dangers convectifs associés les plus probables La grosse grêle - un fort courant ascendant a le potentiel pour produire de la grosse grêle lorsqu'il s'étend dans la couche de croissance de la grêle, de -10 ° C à -30 ° C.

Vents destructeurs - un fort courant ascendant a un potentiel pour produire un fort courant descendant.

Notez que la signature de la convergence à basse altitude sous un courant ascendant permet simplement d'arriver à la conclusion qu'un courant ascendant est susceptible de s'intensifier, ou au moins maintenir son intensité. Les risques énumérés ci-dessus, communes à tout les orages violents, doivent être considérées à la lumière d'une menace permanente, plutôt que d'un lien étroit entre la signature de la convergence et de ce risque particulier.

[Higurashi]

4) Vents violents de bas niveau

a) Définition

Les Vents destructeurs de bas niveau sont la seule signature qui indique directement l'un des quatre risques convectifs à travers les yeux du radar.

Il existe un certain nombre de signatures pouvant être utilisées comme précurseur pour le début et la détection des vents destructeurs. L'une des signatures suggérant la présence d'un fort courant ascendant, pourrait être utilisé comme une alerte à la possibilité d'un fort courant descendant et de vents violents. Pour les microrafales, la présence d'une forte signature de divergence de bas niveau pourrait être une indication sur un temps très court comme précurseur de l'apparition de vents destructeurs. Aussi pour les microrafales, la convergence de niveau intermédiaire à proximité d'un noyau descendant de précipitation pourrait annoncer une formation de microburst (non représenté).

Signature de divergence de bas niveau, un précurseur potentiel de vents destructeurs à la surface pour le cas particulier des micro-rafales.

b ) Faux diagnostics

Les échos parasites pourraient parfois laisser croire à un risque de rafales de bas niveau. Ces signatures n'ont, en général, pas de structures réalistes.

Aliasing dans les données radar. Mis à part ces échos parasites, la signature générale est tout de même caractéristique de vents violents de bas niveau.

c) Modèle conceptuel

Identifier une signature de vents destructeurs de bas niveau indique directement que l'orage est sévère . La présence de vents destructeurs de bas niveau suggère généralement un fort courant descendant . Le mécanisme le plus commun pour les vents violents est une rafale descendante ou microrafale où l'air a une flottabilité négative avec une forte dynamique verticale qui atteint la surface . La flottabilité négative est principalement généré par l'évaporation et les précipitations. Dans les orages concernés par une couche de cisaillement profonds , en particulier dans les supercellules , les rafales peuvent être renforcées grâce à des accélérations de particules dues aux gradients de pression verticales dynamiquement induits .

D'autres mécanismes qui génèrent des vents destructeurs de surface comprennent le transfert vers le bas du mouvement horizontal d'en haut, généralement à partir d'un jet , ramené à la surface par un courant descendant ou le mélange vertical .

Enfin, de très forts vents de surface peuvent être créés à proximité de supercellules par des gradients de pression horizontales dues à la formation d'un mésocyclone de faible niveau .

d) Degrés de sévérité

Ampleur des vitesses radiales mesurées - Plus le renforcement des vitesses radiales le long du faisceau radar est fort, plus la probabilité de flux violents en surface est forte.

Plus la stabilité statique de l'environnement au-dessous du faisceau radar est faible, plus la probabilité que la dynamique verticale peut être transférée vers le bas est forte.

Étendue horizontale des vents destructeurs - Plus la zone de vents destructeurs est grande, plus le risque de dégâts est grand.

Longévité des vents destructeurs - Plus la signature de vents violents perdure, plus l'orage est susceptible de causer des dégâts.

e) Dangers convectifs associés les plus probables

Vents destructeurs.

[RobinR]

Moi j'aimerai bien avoir la source de tout ça...

[Higurashi]

Je l'ai marqué dans le premier message, ça vient des cours du MetEd /emoticons/smile@2x.png 2x" width="20" height="20">

https://www.meted.ucar.edu/training_module.php?id=193#.U0VP01dGmM8

[Vincent-86]

Merci Higurashi pour ces tutos !

Ceci-dit, ils soulèvent la question de l'accès à de tels moyens de détection dans nos contrées.

[Higurashi]

Oui c'est vrai, mais ça a au moins l'avantage de permettre une meilleure compréhension des phénomènes

[Sebaas]

Ce qui est quand même un peu troublant, c'est que toutes les images d'illustration sont d'origine hémisphère Sud

[Higurashi]

Oui, c'est précisé dans la description du module d'ailleurs : The majority of the examples shown are southern hemisphere storms in Australia; examples from the northern hemisphere are noted.

[Higurashi]

5) Bow-écho

a) Définition

Cette signature est basée sur l'organisation de l'orage à méso-échelle. Un Bow Echo est un type d'orage multicellulaire linéaire caractérisé par une ligne de 20-120 km de cellules convectives en forme d'arc (ou de forme concave). Celles ci peuvent être soit sous la forme d'une ligne isolée ou sous la forme d'une ligne noyée dans un système plus grand (par exemple, une ligne de grains).

Un Bow Echo approche Darwin (Australie) à partir du sud-est; un front de rafales est évident juste devant la ligne, et un Rear inflow Notch ( entaille d'afflux arrière ) derrière le sommet de l'arc.

Une des caractéristiques reconnaissables d'un Bow Echo est un RIN. Un RIN est un canal de réflectivités faibles situés bien derrière le noyau de l'arc et il peut signifier l'emplacement d'un fort jet d'afflux arrière (RIJ). Un RIN est une caractéristique particulièrement utile pour les prévisionnistes qui n'ont pas accès aux données Doppler.

Un RIJ est une signature de vitesse que l'on trouve couramment avec un écho en arc. Un RIJ est un jet élevé de l'arrière vers le bord avant de la ligne de cellules convectives en descendant vers la surface (et l'atteint à l'occasion).

Exemple d'un écho en arc à travers des coupes transversales de la réflectivité radar et de la vitesse absolue.

b ) Faux diagnostics

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c) Modèle conceptuel

Une signature de Bow Echo peut être utilisé comme l'une des nombreuses signatures pointant vers orage fort . La présence d'une signature persistante de Bow Echo devrait être associée à la présence d'un RIJ qui, si il descend à la surface , est susceptible d'être associé à des vents destructeurs .

Les RIJ sont formés à partir du moment ou l'air chaud ascendant est transporté vers l'arrière de la ligne dans l'enclume par les principaux courants ascendants ( voir figure ci-dessous ) . La chaleur latente est libérée formant un creux hydrostatique sous l'enclume, mais au-dessus du bassin d'eau froide en surface . L'air circule latéralement à la fois à l'arrière et à l'avant de la ligne. La présence d'un gradient horizontal de pressioncà méso-échelle à l'avant et à l'arrière au-dessus du bassin d'eau froide contribue à l'accélération de particules d'air dans le bas près de la pointe du système, d'arrière en avant . Le refroidissement diabatique de ce jet d'afflux arrière sous la pluie stratiforme contribue à sa descente lorsqu'il approche l'avant du système .

Schéma d'une ligne de grains matures avec une zone de précipitations stratiformes arrière. La ligne épaisse indique le contour approximatif du système sur le radar. Les Zones de remplissage en pointillées et solides marquent les régions de la hausse des réflectivités radar.

Parallèlement au RIJ, les Bow échos sont caractérisés par l'existence d'un tourbillon cyclonique (vers les pôles) et d'un tourbillon anticyclonique (vers l'équateur). En plus, la force de Coriolis favorise le développement du fort du tourbillon vers les pôles. Le sommet de l'arc est une région privilégiée pour les vents violents en surface.

L'évolution typique d'un orage sur l' écho radar d'un orage basique (a), dans un bow écho (b, c), et dans un écho en virgule (d). La ligne pointillée indique l'axe du plus grand potentiel de rafales descendantes. Les flèches indiquent l'écoulement du vent par rapport à la tempête. En particulier C est capable de soutenir le développement de tornades dans certains cas.

Schéma d'un bow écho dans l'hémisphère sud. Les contours de réflectivité sont présentés, avec la couleur de remplissage vert indiquant des valeurs de réflectivité dans les 30 (dBZ), et les couleurs rouges dans les 50 (dBZ). La région au sommet le long du bord d'attaque du Bow Echo est souvent une zone de vents destructeurs de surface. Les extrémités nord et sud du Bow Echo sont généralement caractérisés par des tourbillons.

Un autre point de vue remarquable expliquant les propriétés cinématiques et dynamiques des Bow Echoes : Weisman (1992 ) a conceptualisé la formation du RIJ par l'interaction des centres de tourbillon horizontales de signes opposés près de l'arrière de la région stratiforme et du système de bassin d'air froid .

Un Bow écho peut être soit une entité en soi ou un petit segment d'une ligne de grains . Le segment courbé se développe en raison du fort apport d'air du jet arrière contribuant de manière significative à un bond en avant du système, en forme d'arc.

Les Bow échos sont pour la plupart constitués de cellules ordinaires , non rotatives ou faiblement rotatives, mais ils peuvent contenir des supercellules. Ces supercellules embarqués ne sont pas aussi longue que celles isolées , car leur apport tend à être perturbé par d'autres cellules voisines dans la ligne . Ces supercellules ont tendance à être favorisées aux extrémités de la ligne grâce à un meilleur accès non modifié dans l'afflux de bas niveau . Si une supercellule est détecté dans un écho en arc, un risque accru existe pour tous les quatre risques graves convectifs: des vents destructeurs , la grosse grêle, de fortes pluies entraînant des crues éclair, des tornades.

d) Degrés de sévérité

La probabilité de vents destructeurs en surface augmente avec :

La grandeur de la vitesse radiale à l'intérieur duRIJ ( visible en mesure Doppler ).

Une diminution de la hauteur du RlJ - plus la hauteur des vents destructeurs radiales est faible , plus il est probable que la plupart de cette dynamique soit transférée à la surface augmente la probabilité de vent destructeurs en surface.

Une diminution de la stabilité statique entre le sol et le RIJ - une piscine d'air froid pré- existant près de la surface rend moins probable que le RIJ peut transporter des vents forts à la surface .

Signatures radar individuelles au sein du Bow Echo - comme le Bow Echo est une signature à méso-échelle , il peut posséder l'une des signatures , comme par exemple :

BWER ( voute d'échos faibles )

Mésocyclones

Fortes réfléctivités radar

Divergence au sommet

TBSS

Entaille d'afflux

e) Dangers convectifs associés les plus probables

Vents destructeurs.

[Ben27]

Merci infiniment Higurashi !! Ça m'a l'air extra tout ça (lu seulement dans les grandes lignes pour l'instant) !

Bon bah, plus qu'à commander un Doppler au papa Noël maintenant...

[du 25]

C'est quand même dommage de ne pas avoir accès à ces données en France, peut être que c'est encore trop expérimental?