Gradient thermique entre la température à 850 hpa et l'iso 0

[Arnaudbn]

Bonjour à tous,

 

En cette période estivale, je me penche souvent sur les modèles pour savoir où se situe l'iso 0°C. Je me suis fait plusieurs fois le remarque de situation ou l'iso monte très rapidement sur une vaste zone alors que la masse d'air à 850 hpa ne grimpe pas de manière homogène. Rien de mieux qu'une explication avec des cartes:

 

Dans cette situation on se retrouve avec une masse d'air chaude pour dimanche à 17 heures mais sans excès. On a de grosses fluctuations allant de 12 à 21 degrés sur les alpes.

 

 

Cependant, l'iso 0°C prend son envol à 5000 mètres et de manière généralisé alors qu'il fait seulement 12 à 1500 mètres proche de paris. Les hauts géopotentiels y sont pour quelque chose je suppose, mais du coup le gradient de température ralentit fortement à certain endroit pour compenser ? 

Modifié 2 juillet 2020 par Arnaudbn

[_sb]

Même échéance, même modèle, même sortie. La T500 te donne déjà une première réponse

 

 

Le vent au même niveau de pression en apporte une seconde :

 

 

et l'orographie utilisée par le modèle offre une piste supplémentaire

 

 

Attention aux mirages des T850. Mieux vaut prendre les cartes d'épaisseurs 500-1000 hPa, ce sera déjà plus efficace bien qu'encore très perfectible.

[Cers]

Bonjour,

 

Le niveau 850 hPa se situe approximativement à 1,5 km d'altitude. On l'utilise en météorologie pour caractériser les conditions de basses couches tout en s'affranchissant des effets du relief. En l'absence de relief élevé, la température à 850 hPa est en effet celle de l'atmosphère libre, habituellement juste au-dessus de la couche limite ; elle n'est donc pratiquement pas influencée par la surface terrestre aux échelles temporelles intéressant la météorologie, contrairement à la T2M dont le champ est très bruité. Mais en montagne, les effets de la surface se font ressentir. Par évolution diurne, on sait que la température augmente près du sol, ce réchauffement se transmettant petit à petit aux couches d'air situées au-dessus. Dans des conditions stables et plutôt ensoleillées, la température à une altitude donnée en montagne est supérieure de jour à celle qu'on mesurerait à la même altitude au-dessus de la plaine ou de la mer. Prenons l'exemple du Grand Ballon dans les Vosges, qui est un sommet d'altitude modeste (1424 m), proche de 850 hPa : la température qui y est mesurée lors d'une chaude après-midi d'été est sensiblement supérieure à la T850, mais le champ de T850 sur une carte reste homogène car c'est un sommet isolé et l'altitude moyenne du relief vosgien est bien inférieure. Maintenant, les Alpes sont des montagnes étendues et hautes, avec de nombreux sommets au-dessus de 2000 m ! On peut facilement en déduire que la T850 est par endroit sur la carte ... fictive, la Z850 est sous le massif montagneux ! Dans les modèles, le relief est pris en compte (différemment selon la résolution) et l'atmosphère est discrétisée en plusieurs couches. La coordonnée verticale utilisée n'est pas l'altitude Z, ni exactement la pression P mais une coordonnée pression normalisée (appelée pression-sigma) qui permet de calculer les variables atmosphériques sur des niveaux épousant fortement dans les couches inférieures la forme du relief terrestre. Ainsi, le niveau standard 850 hPa n'est pas vraiment un niveau du modèle et les paramètres atmosphériques sont calculés par des techniques d'interpolation et d'extrapolation afin de produire des cartes.  

 

Ces raisons expliquent les hétérogénéités observées parfois en journée, principalement sur les Alpes et les Pyrénées, sur les cartes de température à 850 hPa. La nuit, la couche de surface se refroidit et le champ de T850 redevient homogène, comme on peut le voir par exemple en comparant les deux cartes ci-dessous. Le problème ne se pose pas à 500 hPa : à ce niveau (~ 5500 m), on est largement dans l'atmosphère libre.

 

 

 

 

 

 

Enfin, on retrouve des effets similaires pour d'autres paramètres que la température, comme le vent. Par exemple, les surfaces 925 hPa et 950 hPa sont en majeure partie au-dessous des massifs montagneux. Les cartes ci-dessous représentent les prévisions ARPEGE du vent lors du passage de la tempête Inès, le 13 février dernier. Le vent à 925 hPa est modélisé faible en montagne sur Vosges, Jura et Forêt Noire, pourtant le vent à 10 m y est véritablement fort (les rafales maximales en montagne y sont d'ailleurs logiquement plus élevées qu'en plaine). Entre le Morvan et le Jura, le vent en basses couches subit une accélération. Sur une grande partie de la France, le vent maximal à 10 m est inférieur au vent à 925 hPa : ce sont les effets de la friction. A 700 hPa (~ 3000 m), excepté sur les Alpes dont l'altitude moyenne reste élevée, l'écoulement atmosphérique n'est plus influencé par la surface terrestre (dernière carte).

 

 

 

 

 

Modifié 3 juillet 2020 par Cers

[Arnaudbn]

Un grand merci pour vos explications, je comprends beaucoup mieux. Du coup la température à 850 Hpa n'est pas forcément un bon indicateur pour chercher l'iso en été car elle est beaucoup trop influancée par l'échauffement du sol dès les premiers reliefs, elle est donc non représentatif de la témpérature en air libre. Mieux vaut regarder directement la T 500, chose pas forcément intuitif à premier abord.  Il me semble qu'il s'agit d'un biais que j'ai l'hiver de regarder seulement la T850 pour estimer rapidement l'altitude de l'ISO, période ou le lien est plus évident car il n'y a pas ou peu de réchauffement solaire.   

[Cers]

Il y a 21 heures, Arnaudbn a dit :

Cependant, l'iso 0°C prend son envol à 5000 mètres et de manière généralisé alors qu'il fait seulement 12 à 1500 mètres proche de paris. Les hauts géopotentiels y sont pour quelque chose je suppose, mais du coup le gradient de température ralentit fortement à certain endroit pour compenser ? 

 

Et pour répondre à une autre partie de la question, un gradient thermique de ~ -4 °C/km n'est pas rare.

 

On a un réchauffement entre samedi et dimanche :

 

 

Ce réchauffement est maximal vers 650 hPa (+ 6 °C environ en 24 h) et le profil vertical de température change, ce qu'on peut voir en comparant les sondages aux deux dates. Dans le même temps, la T850 évolue un peu moins, passant de 10.6 °C à 12.5 °C. L'isotherme 0 °C passe lui de 3828 m à 4922 m. Le gradient thermique vertical de l'atmosphère entre 850 hPa et 650 hPa diminue en valeur absolue : la couche est encore plus stable du point de vue de la flottabilité. 

 

 

 

Modifié 3 juillet 2020 par Cers

[Cers]

Il y a 5 heures, Arnaudbn a dit :

Un grand merci pour vos explications, je comprends beaucoup mieux. Du coup la température à 850 Hpa n'est pas forcément un bon indicateur pour chercher l'iso en été car elle est beaucoup trop influancée par l'échauffement du sol dès les premiers reliefs, elle est donc non représentatif de la témpérature en air libre. Mieux vaut regarder directement la T 500, chose pas forcément intuitif à premier abord.  Il me semble qu'il s'agit d'un biais que j'ai l'hiver de regarder seulement la T850 pour estimer rapidement l'altitude de l'ISO, période ou le lien est plus évident car il n'y a pas ou peu de réchauffement solaire.   

 

Je ne comprends pas toute ta question en fait, car la T500, la T850 et l'isotherme zéro sont trois paramètres distincts ayant chacun une utilité différente.

 

Les champs de température à 850 et 500 hPa ou les champs d'épaisseur permettent essentiellement de mettre en évidence les masses d'air froid/chaud, de repérer les régions dynamiques de l'atmosphère, les zones de fort gradient et les zones d'advection lorsqu'on combine avec le champ de géopotentiel. Globalement, la T850 est peu influencée par la surface terrestre et le cycle diurne, sauf en montagne. La température "vraie" est juste un mauvais traceur, car elle n'est pas conservée lors du mouvement des masses d'air, raison pour laquelle on utilise la température potentielle. Quant à l'iso-0, il peut servir en hiver pour déterminer la limite pluie-neige, ou encore être utile en situation orageuse.

 

Dans tous les cas, tu ne pourras pas estimer l'isotherme zéro à partir de la T500 ou de la T850. La situation météo et le profil thermique vertical de l'atmosphère changent continuellement. En hiver, l'isotherme zéro est naturellement plus proche de 850 hPa car il fait froid. En été, il monte au-dessus de 3000 m parce qu'il fait plus chaud.