Pourquoi la température monte alors que le champ de pression baisse

[_sb]

Il y a 22 heures, Dumbo a dit :

j ai une question qui titille mon esprit quand on regarde le champ de pression  il baisse tout au long de la semaine sur le modèle gfs  et les températures continueront à être élevées.Quelle en est la raison?

 

Salut !

 

Tu as raison, pression et température sont effectivement liées mais ce n'est pas aussi direct que ça dans l'atmosphère.

La première chose à regarder est la trajectoire de la masse d'air qui passe sur le pays : d'où vient-elle et par quelle « chemin » ?

J'ai pris une carte de GFS pour le milieu de la semaine (mercredi) :

 

 

1. Les plages de couleurs représentent l'altitude du niveau de pression 500 hPa : plus la couleur tend vers le violet, plus cette altitude est élevée ; plus elle tend vers le bleu nuit, plus cette altitude est basse. Le niveau 500 hPa est à peu près à la mi hauteur de la troposphère. La troposphère est la « tranche » la plus basse de l'atmosphère, celle où la plupart des phénomènes météorologiques se déroulent.
    
2. Plus l'altitude est haute (orange à violet), moins la masse d'air est dense (elle est relativement plus légère), donc elle est plus chaude. En effet, une même masse d'air occupe un volume plus grand lorsqu'elle se réchauffe.
   Inversement, lorsque l'altitude du niveau 500 hPa est basse (vert à bleu), plus la masse d'air est dense (elle est relativement plus lourde), donc elle est plus froide. En effet, une même masse d'air occupe un volume plus petit lorsqu'elle se refroidit.
    
3. Ainsi, tu peux observer que la masse d'air est relativement plus froide (niveau du 500 hPa plus bas) autour de l'Islande et du Groënland : couleur verte. De même, sur l'Europe de l'Ouest, la masse d'air est chaude (niveau du 500 hPa plus haut) : couleur rouge à violet.
    
4. En altitude, les masses d'air se déplacent en suivant à peu près les lignes de même hauteur, c'est-à-dire le long des bandes de mêmes couleurs sur la carte.
   Si tu pars de Paris et que tu « rebrousses » le chemin en suivant le bord violet, tu arrives sous les Açores, le petit archipel juste à droite du « H 1027 ». La masse d'air qui nous concernerait, si cette modélisation se réalise telle quelle, viendrait donc de cette région (flèche jaune), une masse d'air subtropicale.
    
5. Si tu suit le même raisonnement pour d'autres journées, tu constateras que la masse d'air garde une origine subtropicale : la masse d'air chaude est renouvelée par une même masse d'air chaude.
    
6. Je ne t'ai pas perdu ? Bon, alors rappelles-toi le point 2 où j'écrivais à propos de températures, de densité, d'air plus lourd et plus léger. Je n'avais pas tout dit ! 😁 Plus la masse d'air est chaude (rouge - violet) plus elle a tendance à descendre vers le sol, ce qu'on appelle un mouvement subsident. En s'approchant du sol, elle se comprime, se densifie et se réchauffe. Du coup, la masse d'air qui était déjà chaude au départ, se réchauffe encore !
    
7. Au sol, la carte montre la pression, ce sont les lignes blanches. On y retrouve les mêmes principes que précédemment : plus la valeur de pression est élevée, plus l'air à tendance à descendre et donc à se réchauffer. La France est également sous un anticyclone de surface, la subsidence en altitude se corrèle avec celle en surface. L'air chaud se réchauffe !
    
8. D'autres facteurs interviennent comme le vent (ici, il serait faible de composante est au sol, l'air serait très peu brassée) et l'humidité, au sol comme en altitude, qui intervient dans de nombreux processus qui agissent sur les mouvements verticaux des masses d'air.

 

Voilà déjà un résumé qui, j'espère, te permettra d'y voir plus clair. D'autres intervenants ajouteront des compléments !

[Dumbo]

Merci beaucoup de ta réponse , c était un phénomène qui m avait marqué lors des grosses chaleurs de l année dernière. Habitants dans le grand ouest pas très habitué à observer ce genre de  situation météorologique cordialement bonne soirée à tous 

😉

[Dumbo]

Pardon dans le nord ouest 

[Higurashi]

quand on regarde le champ de pression  il baisse tout au long de la semaine sur le modèle gfs  et les températures continueront à être élevées.Quelle en est la raison?

 

En règle générale, il est compliqué de maintenir des pressions élevées en surface quand l'atmosphère se réchauffe nettement.

C'est le principe d'une dépression thermique : chauffage -> gonflement de la colonne d'air (hausse du Z500) -> divergence en altitude -> baisse de pression en surface. 

 

Quand des advections sont présentes, la divergence d'altitude peut être concurrencée donc c'est moins trivial. Mais globalement, dès que la chaleur se généralise, la pression de surface finit par diminuer sur le mode évoqué plus haut.
 

Je ne sais pas si ça éclaire la question. Dans tous les cas, @_sb a été pédagogue.

[Yves70]

Le 19/06/2020 à 19:04, _sb a dit :

Plus la masse d'air est chaude (rouge - violet) plus elle a tendance à descendre vers le sol, ce qu'on appelle un mouvement subsident

Pourrais-tu m’expliquer cela ? Pourquoi un air chaud moins dense descendrait vers le sol ?
D’autre part, qui dit subsidence dit augmentation de pression au niveau du sol mais ici c’est l’inverse qui est observé. 
Merci

[Cers]

Le 25/06/2020 à 20:28, Yves70 a dit :

Pourrais-tu m’expliquer cela ? Pourquoi un air chaud moins dense descendrait vers le sol ?
D’autre part, qui dit subsidence dit augmentation de pression au niveau du sol mais ici c’est l’inverse qui est observé. 
Merci

 

Je pense que la volonté de _sb était de simplifier au maximum les choses, mais tu as raison de te poser des questions. 

 

En effet, les écarts de densité (masse volumique) entre une particule d'air et son environnement localement se traduisent spontanément par des mouvements verticaux. Mais à l'échelle synoptique, l'atmosphère est en équilibre hydrostatique et en équilibre géostrophique. L'équilibre hydrostatique, résultant de l'équilibre entre forces de pression et de gravité, relie la température T au champ de pression P (dP/dz = - pg/RT) sur la verticale : la pression diminue d'autant plus rapidement avec l'altitude que la colonne d'air est froide. Ainsi, une zone de hauts géopotentiels par exemple peut très bien surmonter une dépression en surface (cas d'une colonne chaude), et inversement des bas géopotentiels peuvent surmonter un anticyclone thermique de surface (cas d'une colonne froide, par ex aux pôles). L'équilibre géostrophique relie le champ de pression et le vent V = RT/pf . k x grad P : le vent géostrophique résultant de l'équilibre exact entre les forces horizontales de pression et de Coriolis s'écoule le long des isobares (ou le long des iso-Z si on se place en coordonnée pression), laissant les basses pressions (ou bas géopotentiels) à sa gauche dans l'hémisphère boréal.

 

L'approximation géostrophique est bien vérifiée dans l'atmosphère libre. Quand on combine les équilibres vertical et horizontal, on obtient l'équilibre du "vent  thermique" qui relie la température et le cisaillement de vent géostrophique dans l'atmosphère. Le vent thermique n'est rien d'autre qu'un vent fictif qui laisse dans l'hémisphère nord les basses températures à sa gauche, et est d'autant plus fort que le gradient de température est élevé. Il permet d'expliquer notamment l'existence du courant jet d'ouest d'altitude dans la zone barocline des latitudes moyennes, où l'on observe un fort gradient méridien de température pôle-équateur, surtout en hiver. Ce qu'il est important de comprendre, c'est qu'à grande échelle l'atmosphère cherche constamment à se rapprocher de l'équilibre du vent thermique : dès qu'une perturbation ou anomalie (de pression, tourbillon, température ...) fait s'en écarter, l'atmosphère réagit en créant du mouvement horizontal et du mouvement vertical (circulations a-géostrophiques) pour tenter de se rapprocher des grands équilibres.  

 

A l'échelle globale, la formation de la ceinture anticyclonique subtropicale peut être expliquée par le modèle tri-cellulaire simple de la circulation planétaire. L'air humide surchauffé et instable au niveau de la zone de convergence inter-tropicale tend à s'élever, une surpression se crée à la tropopause où l'air diverge de part et d'autre de l'équateur pour assurer la conservation de la masse. En se dirigeant vers le pôle, cet air subit une déviation vers la droite (HN) en raison de la force de Coriolis, à l'origine du jet subtropical vers 30 ° latitude par conservation du moment angulaire. Conformément à la conservation de la masse, l'air à ce niveau n'a d'autre choix que de descendre et de se réchauffer par compression. Il en résulte un anticyclone en surface, l'air est chaud, sec et divergent.

 

Aux latitudes moyennes, l'atmosphère est sans cesse perturbée par des ondes de Rossby de sorte que des zones de HG (crêtes) alternent avec des zones de BG (talwegs), comme on peut fréquemment le voir sur les cartes des modèles. Les dépressions et les anticyclones ont des origines thermique (chauffage/refroidissement, advections de T) et dynamique (convergence/divergence, advections de tourbillon, etc.). Les dépressions sont associées à du tourbillon positif, les anticyclones à du tourbillon négatif. Les advections de température et de tourbillon par le vent géostrophique tendent à détruire l'équilibre du vent thermique cité précédemment : l'atmosphère y répond en créant du mouvement pour en contrebalancer les effets et rétablir les grands équilibres !

 

En dynamique atmosphérique, on montre qu'en réponse à une advection de tourbillon positif an altitude, il y a création de mouvement ascendant dans les basses couches. Inversement, une advection de tourbillon négatif (donc anticyclonique) favorise la subsidence de l'air. Divergence, tourbillon et vitesse verticale sont reliés dans l'atmosphère : au sein des perturbations atmosphériques, le tourbillon n'est pas conservatif et les mouvements de l'air modifient le tourbillon par étirement. Ainsi, les ascendances et la convergence au sol augmentent le cyclonisme, la subsidence et la divergence en surface (convergence en altitude) ont l'effet opposé. Considérons une onde à 500 hPa : à l'ouest de l'axe du talweg, la convergence d'altitude et l'advection de tourbillon anticyclonique induisent de la subsidence et donc un anticyclone en surface. L'air en descendant se comprime, se réchauffe et diverge dans les niveaux inférieurs ce qui assure la conservation de la masse. Les advections de tourbillon permettent également aux anomalies de se propager vers l'est.

 

Maintenant, supposons que le chauffage est important, cas habituel en période estivale : la modification du champ de température modifie la structure du champ de pression, à l'origine de vent a-géostrophique et de divergence en altitude, puis par conservation de la masse une circulation fermée se met progressivement en place : ascendance au niveau de la zone de chauffage, convergence et zone de basse pression au sol. Le rôle de cette circulation est de contrer l'augmentation de température, par advection a-géostrophique d'air plus frais. On parle d'ajustement hydrostatique. La force de Coriolis intervenant, l'atmosphère s'ajuste aussi au géostrophisme. C'est le principe de formation des dépressions thermiques. La dépression de surface s'efface progressivement avec l'altitude et, dans les niveaux inférieurs, les mouvements ascendants s'opposent à la subsidence de grande échelle : l'air se réchauffe moins, la pression n'augmente plus. La réalité est complexe, car de nombreux mécanismes sont impliqués.  

 

Voilà, c'était peut-être un peu technique, mais le sujet n'est pas simple.  

 

Modifié 27 juin 2020 par Cers

[_sb]

Merci Cers.

En restant simple, j'ajouterai ce qui est familièrement nommé « effet couvercle » ou « effet chape ».

Comme précisé ci-dessus, température et pression sont liées : loi des gaz parfaits, PV = nRT. Le volume V disponible n'est pas infini. Plus la pression en altitude croît, plus la température à cette même altitude est élevée. Dans ce cas (HG élevés et statiques en altitude), la subsidence s'accentue et s'oppose plus vigoureusement aux ascendances de surface et le gradient thermique vertical s'affaiblit (différence de T entre le sol et l'altitude considérée). Le sol, surchauffé par le Soleil, réchauffe la pellicule d'air à son contact qui elle-même réchauffe par conductivité, l'air situé au-dessus. Il y a mouvement ascendant pour « libérer » cet excès chaleur vers l'« espace ». Du moment que le gradient vertical devient insuffisant, cette chaleur de basses couches (BC) n'est pas évacuée(*) et créée alors un cercle vicieux : la masse d'air en BC emmagasine l'excès tandis que le sol continue d'alimenter en chaleur. On obtient alors une configuration caniculaire et 2019 en fut un exemple.

Si cela dure un jour ou deux, l'effet sera faible. C'est généralement le cas avec une circulation dynamique : alternance de crêtes de HG et de creux de BG. À l'inverse, la synoptique peut se bloquer avec une réalimentation permanente de la crête de HG au même endroit : la situation perdure et l'effet décrit est cumulatif (cf 2019 entre autres).

 

(*) : une part est évacuée mais plus la température en altitude est élevée, plus cette part diminue (cf message de Cers).

[Pan]

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Modifié 26 août 2023 par Pansa

[Yves70]

@Cers

@_sb

@Smercz

Merci pour vos commentaires précieux. J’ai tendance à me poser beaucoup de questions, surtout quand j’ai l’impression que des propose se contredisent. C’est important pour moi de bien tout comprendre. Je ne souhaite pas utiliser des concepts  mécaniquement mais surtout bien comprendre ce qu’il y derrière.