Dipôle de Rotation Supercellulaire avec Cisaillement Tournant

[Damien49]

Bonjour,

 

J'ai une question un peu technique concernant la formation des supercellules dans un contexte de cisaillement tournant. J'ai lu pas mal de bouquins sur le sujet et je n'arrive pas à trouver d'explication claire. Si des gens de l'ENM par exemple ou d'autres, ont la réponse, ça m'intéresse grandement, sachant que j'aimerais une réponse de manière conceptuelle sans équations.

 

La théorie dit ceci :

 

Lorsqu'un cisaillement est unidirectionnel et que la vitesse relative par rapport à l'orage est parallèle, il y a création d'un dipôle de rotation en équilibre cyclostrophique par basculement de la vorticité d'axe horizontal créé par ce cisaillement, en vorticité d'axe vertical, grâce aux ascendances, sous la forme de 2 tourbillons (l'un cyclonique, l'autre anticyclonique) : on appelle ça un basculement par roulis.

 

Lorsqu'un cisaillement est unidirectionnel et que la vitesse relative par rapport à l'orage est perpendiculaire, il y a création d'une rotation en équilibre cyclostrophique par basculement de la vorticité d'axe horizontal créé par ce cisaillement, en vorticité d'axe vertical, grâce aux ascendances, sous la forme d'un seul tourbillon (dont le sens va dépendre du sens du cisaillement) : on appelle ça un basculement par tangage.

 

Là-dessus aucun problème, pour moi, c'est très clair.

 

Lorsque le cisaillement devient tournant en revanche ça se complique. Si j'en réfère aux notions d'hélicité relative, alors la vitesse relative est perpendiculaire au cisaillement, donc on fonctionne par système de basculement par tangage, ce qui parait logique. La déviation de l'orage sera favorisé dans un sens dépendant du sens de rotation sur l'hodographe, augmentant encore cette hélicité relative. Je passe sur les notions de pression induite qui favorisent un côté de l'orage plutôt que l'autre.

 

C'est un peu plus compliqué, mais ça reste clair pour moi.

 

En revanche, dans les bouquins je lis que lorsque le cisaillement est tournant il y a quand même création d'un dipôle de rotation, sans qu'on en explique les raisons. Et là moi je bloque car du coup ça contredis un peu la théorie. Pour qu'il y ait création d'un dipôle, il faut un basculement par roulis, donc une vitesse relative parallèle au cisaillement, or dans un cisaillement tournant la vitesse relative est perpendiculaire. Donc il y a un problème.

 

J'émets donc 2 hypothèses (complémentaires), par déduction et sans l'avoir lu, que :

 

1. Dans un cisaillement tournant on peut aussi avoir une vitesse relative parallèle (et dans un cisaillement unidirectionnel avec vent tournant aussi), par exemple quand le vent moyen est proche de celui du sol. J'ai construit ces 2 schémas pour pouvoir me le démontrer à moi-même :

 

 

Ensuite après division de la cellule-mère, quand la cellule fille commence à dévier du flux moyen, la vitesse relative devient perpendiculaire au cisaillement et nous retrouvons bien la théorie du début avec augmentation de l'hélicité relative.

 

2. Dans la réalité la vitesse relative par rapport au cisaillement n'est jamais ni totalement parallèle ni totalement perpendiculaire, mais en biais. Donc il peut y avoir à la fois basculement par roulis et tangage en même temps. Nous avons donc bien aussi un basculement par roulis qui se superpose dans le cas d'un cisaillement tournant et donc création d'un dipôle de rotation d'axe verticaux. Dipôle qui sera - toujours par déduction perso - déformé par le basculement par tangage, qui a lieu en même temps et favorisera donc plutôt un des 2 tourbillons (ça fait bcp d'hypothèses du coup).

 

Voilà voilà, si quelqu'un peut me renseigner, me corriger ou me rassurer, ça m'aiderait

 

Cordialement

[Sebaas]

Un petit poke @kami par exemple

[Pan]

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Modifié 26 août 2023 par Pansa

[Damien49]

Salut, merci pour ta réponse, bien plus complète que ma question ^^

 

Crosswise = roulis

Streamwise = tangage

 

J'avais compris un peu tout ce que tu expliques. Je retiens donc ceci :

 

Citation

En ce qui concerne la formation d'un dipole maintenant, elle est possible pour un cisaillement modéré (hodographe linéaire jusqu'à hodographe quart de cercle

 

C'est donc bien la forme d'un hodographe intermédiaire entre "linéaire et demi-cercle" qui explique le mieux la formation d'un dipôle avec un cisaillement tournant. Donc j'en déduis que mon hypothèse n'est pas fausse ?

 

En revanche quand tu dis que le cas 1 avec crosswive est "très" défavorable, je suis assez étonné, car c'est celui qui explique le mieux le splitting justement lorsque les précipitations permettent de diviser les 2 tourbillons. Certes l'hélicité relative est nulle sur la cellule mère avant division, mais quand les cellules filles commencent à dévier, l'hélicité relative du coup augmente grâce au changement de direction du storm motion. On est d'accord sinon que ce ne sont pas les scénarios pour des supercellules très puissantes et/ou tornadiques.

 

Enfin peut-être que la confusion vient du mot "dipôle" qui pour moi s'appliquait uniquement dans le cas crosswise. Car pour un streamwise, l'axe du tourbillon avec flux descendant devient quelques-peu caduque dans l'évolution de l'orage, j'ai donc du mal avec la terminologie "dipôle" dans ce cas. Peut-être que du coup je l'interprétais mal en lisant ce mot dans les livres sur ce cas de figure.

 

Pour le PGF, oui j'ai compris que c'est un élément important pour expliquer pourquoi un des 2 tourbillons disparait et l'autre devient renforcé, mais dans ma question précisément, je ne voyais pas où cela rentrait en jeux.

 

Pour mieux préciser ma question, voici un schéma que j'ai réalisé (d'après klemp) :

 

 

 

Ce schéma concerne le PGF justement et c'est la formation du dipôle de tourbillon que je n'arrive pas à bien expliquer sur celui-du dessous (cisaillement tournant). J'ai rajouté un hodographe, en haut à droite, en demi-cercle.

 

Et vu ta réponse : "pas de dipôle quand hodographe en demi-cercle", je pense que j'appréhende mieux où ça bloquait dans mon raisonnement du coup. Mais donc ce schéma est-il juste du coup ?

 

En te remerciant.

 

[Pan]

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Modifié 26 août 2023 par Pansa

[Damien49]

En fait tu m'as mal compris, et en te lisant je t'ai mal lu. Double quiproquo donc. ^^ Je reprends.

 

Tes 2 schémas correspondent à un cisaillement unidirectionnel avec vent tournant. La différence entre le 1er et le 2eme vient du storm motion. Tes explications apportent des précisions intéressantes et je t'en remercie. D'ailleurs tu me fait mieux comprendre comment savoir à l'avance dans quelle direction cela va dévier dans une telle configuration.

 

Quant à ma réponse sur le splitting, elle portait non pas sur ce que tu as présenté (désolé donc), mais sur un cas de figure dont tu n'as pas parlé : un cisaillement unidirectionnel avec vent unidirectionnel et vitesse relative parallèle au cisaillement. Voir le schéma suivant :

 

 

Mais mes questions ne portaient pas là-dessus, je t'avais juste mal lu.

 

________________

 

Ensuite, concernant ma question à proprement parler, je ne suis toujours pas satisfait et je ne sais toujours pas si j'ai bien compris ^^

 

On va donc enlever mes hypothèses et je repose ma question différement :

 

Sur le schéma de mon précédent message (sans parler de la pression dynamique), comment expliques-tu la présence de ce dipôle de rotation dans le cas d'un cisaillement tournant en expliquant les choses avec crosswise et streamwise ? Autrement dit, comment un basculement crosswise (car c'est bien ça qui est représenté sur le schéma en fait par Klemp) est-il possible dans le cas d'un cisaillement tournant. Pour moi un cisaillement tournant génère plutôt un basculement de streamwise vorticity, pas de crosswise. Donc je ne comprends pas la présence de ce dipôle sur ce schéma de Klemp (Dipôle qui d'ailleurs n'a pas la même orientation à moyenne et haute altitude).

 

Après oui j'ai bien compris ces histoires de pressions linéaires, mais la présence de ces dipôles a lieu avant ou alors il y a un truc qui m'échappe.

 

 

[Pan]

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Modifié 26 août 2023 par Pansa

[Damien49]

Citation

Sur le schéma de Joe Klemp maintenant, je vois où est la confusion. En fait, je suppose qu'il considère que dans ce cas les effets dynamiques nonlinéaires rotationnels dominent devant les effets linéaires dus au cisaillement. Et effectivement dans ce cas, l'inflow et le storm motion changent et permettent de créer de la streamwise vorticity.

 

Si Klemp avait voulu représenter de la streamwise vorticity, alors pourquoi mettre une flèche rouge ascendante sous la rotation anticyclonique (tourbillon vert) ? En fait avec ce schéma on comprend en effet que l'effet dynamique non linéaire va changer l'orientation de la vitesse relative permettant de générer de la streamwise vorticity, mais pas comment ce dipôle rotationnel qui semble représenter de la crosswive vorticity est créé avant. Et là je bloque toujours

 

Note : je parle bien du CB du dessous sur ce schéma :

 

 

 

Dans un bouquin j'ai lu ceci qui allait en commentaire avec un schéma similaire :

 

"La présence de dipôle de pressions active la formation, dans le nuage, de couple de tourbillons à axe vertical et de sens contraires (l'un cyclonique, l'autre anticyclonique). L'observation et la modélisation de ces processus de division de cellules dans le cas d'un cisaillement tournant mettent bien évidence ces créations de dipôles, à axe perpendiculaire à celui des anomalies de pression."

 

Donc, compte tenu de cette citation et de ce que tu as écrit, comment "La présence de dipôle de pressions, active la formation, dans le nuage, de couple de tourbillons" dans ce cas ? On ne parle plus de streamwise/crosswise vorticity ? La phrase semble suggérer que le dipôle devient une conséquence du PGF et donc la streamwise/crosswise vorticity n'est plus la cause de la présence de ce dipôle ?

 

Désolé d'être aussi insistant et merci de tes réponses dans tous les cas

[Pan]

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Modifié 26 août 2023 par Pansa

[Damien49]

Ok

 

C'est donc bien avec le mot lui-même "dipôle" que j'ai un problème pour le cas streamwise-antistreamwise et que je trouve donc inapproprié dans la littérature scientifique, ce schéma de Klemp rajoutant d'ailleurs de la confusion (bon il date de 1987 ceci dit). La dénomination de "dipôle" ne devrait, selon moi, stricto sensu s'appliquer que pour du crosswise vorticity car finalement dans le cas du streamwise vorticity seul le tourbillon ascendant au niveau de l'inflow a de l'importance. Alors que dans le cas d'un crosswise, les deux tourbillons ont autant d'importance, donc le fait d'utiliser ce mot "dipôle" garde du sens.

 

Bref, si je reprends cette phrase

 

Citation

"La présence de dipôle de pressions active la formation, dans le nuage, de couple de tourbillons à axe vertical et de sens contraires (l'un cyclonique, l'autre anticyclonique). L'observation et la modélisation de ces processus de division de cellules dans le cas d'un cisaillement tournant mettent bien évidence ces créations de dipôles, à axe perpendiculaire à celui des anomalies de pression."

 

Ils parlent en fait d'un "dipôle" streamwise-antistreamwise tel que décrit sur le schéma ci-dessous, si je comprends bien, tout simplement. D'ailleurs ils parlent de dipôle de pression d'abord, puis de couple de tourbillons (streamwise donc) pour finalement revenir sur la dénomination de dipôles de tourbillons et d'anomalie de pression. Bref la phrase est mal tourné et mélange un peu tout à mon sens. Quand on maîtrise déjà bien le sujet c'est sans doute clair, mais quand on apprend, ça manque de clarté.

 

 

 

 

Je pense avoir mes réponses. Je te remercie donc pour toutes tes précisions, tu as d'ailleurs expliqué beaucoup plus de choses que ce que je demandais en fait. Ca aidera pas mal de gens passant sur le forum.

 

PS : la raison pour laquelle je me montre aussi pointilleux, c'est que je suis en train d'écrire un dossier sur tout ça et j'ai besoin donc de bien comprendre les choses. Je buttais donc sur cette notion de "dipôle" avec streamwise.

Modifié 1 décembre 2021 par Damien49

[_sb]

Il y a 1 heure, Damien49 a dit :

Ca aidera pas mal de gens passant sur le forum.

 

Loin d'avoir tout compris, ces explications ouvrent des portes vers des notions dont je ne soupçonnais pas l'existence et qui seront donc à creuser dans un avenir plus ou moins lointain. Je les ai rajoutées à ma todo list. Merci à vous deux !

[Damien49]

Si tu peux attendre 2022, je prépare une surprise sur ce thème. Vous avez déjà un petit aperçu avec les quelques schémas présentés ici. Il ne me restait que cette satanée question sur le "dipôle" à élucider, dernier verrou à faire sauter dans ma compréhension générale de tout ça. 😄