Isobares et vents

[Matpo]

Bonjour tout le monde, 

 

J ai une question qui va paraître bête mais bon, je la pose quand même 

 

Pour déterminer en fonction des zones de pression les circulations de surface des vents au niveau synoptique, on a surtout deux éléments : 1 les vents vont des hautes vers les basses pressions, et 2 ils sont deviés par la force de coriolis avec les implications que l'on connaît

 

Maintenant quand je vois les cartes de flux et de pression, je trouve que pratiquement tout le temps les vents suivent les isobares surtout, bien plus qu ils ne fuient les hautes pressions en direction des basses

 

Je ne sais pas comment bien décrire, mais je n ai jamais compris pourquoi les flux sont souvent à ce point là copie presque conforme de la courbure des isobares et les suivent, est ce que l effet de la force de coriolis est à ce point plus important que l'effet du gradient de pression, qui du moins je le pensais est pourtant la cause la plus directe des flux de surface ? 

 

En bref parfois on a quasiment l impression que l'air ne cherche pas du tout à fuir les HP en direction des BP mais se contente de faire le tour des anticyclones en suivant les isobares, ce qui me semble pas du tout logique perso (c est prononcé je trouve surtout sur les anticyclones) 

 

Je ne sais pas si ma question est bien formulée, mais merci d avance ! 

Modifié 21 juillet 2023 par Matpo

[Pan]

.

Modifié 27 août 2023 par Pansa

[Matpo]

Il y a 3 heures, Pansa a dit :

Et ce vent est parallèle aux contours d'iso-pression (en surface) et d'iso-géopotentiel en altitude.

Merci ! 

C est cela que je je comprends pas en fait... Si l air est censé partir des HP vers les BP, comment peut il le faire en suivant les contours d iso pression ? 

J avais compris qu il devait aller vers les basses pressions justement, donc il fait bien qu il traverse les lignes de même pression et non qu il les longe ... 

Il y a un truc que je dois mal piger 

 

Je viens de prendre une carte au pif

A 850 hpa 

 

Quand je vois cette carte, comme souvent, je ne peux pas me dire "le flux part des zones de hautes pressions pour aller vers les zones de basses pressions" 

La on dirait plutôt à l observation qu il est dévié par coriolis et ne conserve plus rien de son mouvement initial, car à la base c est quand même pour équilibrer les pressions que le flux prends naissance donc ça devrait traverser les isobares sinon ça ne fait pas d équilibre...vraiment je ne comprends pas la raison pour laquelle ça suit les isobares aussi strictement en fait 

 

De ce que j avais compris des deux principes de base qui s ajoutent le flux devrait recouper les isobares, pas en perpendiculaire (sinon c est qu il n y a pas de déviation par coriolis) mais pas non plus en parallèle (sinon c est qu il n y a pas de ré équilibrage de pression et de flux HP vers BP) mais de façon oblique avec un angle plus ou moins prononcé 

 

Modifié 22 juillet 2023 par Matpo

[Matpo]

Il y a 3 heures, Pansa a dit :

Proche de la surface, la friction joue et ralentit l'écoulement de telle sorte que le vent peut être davantage orienté vers les basses pressions et traverser les isobares.

Pour moi en fait, tel que je l avais compris, c est la normalité que le vent traverse les isobares... Mais je dois bien voir que dans les faits non

Alors que justement... 

Il y a 3 heures, Pansa a dit :

Le vent à échelle synoptique résulte généralement de l'équilibre entre force de Coriolis et force du gradient de pression

Si c est un équilibre, on devrait retrouver à la fois la composante "HP vers BP" , et la composante "déviation" 

Or là, et bien souvent, j ai l impression que seule la composante "déviation" est observable 

 

J'ai vraiment du louper un truc 

 

Modifié 21 juillet 2023 par Matpo

[Pan]

.

Modifié 27 août 2023 par Pansa

[Matpo]

Il y a 7 heures, Pansa a dit :

Tu ne comprends pas. J'ai expliqué qu'il y a équilibre entre force du gradient de pression et Coriolis. Donc, ce gradient (ce que tu appelles HP vers BP) est généralement totalement compensé (ou équilibré) par la force de Coriolis, et il ne peut y avoir cette "composante HP vers BP" dont tu parles. La somme de ces deux forces est nulle, donc le vent ne peut qu'être parallèle aux isobares.

 

Raisonne en terme de parcelle d'air. Si les deux forces à laquelle elle est soumise s'annulent, alors elle ne peut ni s'éloigner ni s'approcher de la basse pression. Donc si une parcelle est en mouvement, et qu'elle ne peut avoir de mouvement transverse à cause de l'équilibre dont je parle, elle est contrainte à continuer à se déplacer le long d'une ligne de pression constante.

 

Je crois que je commence à comprendre mais c est encore compliqué pour moi de me dire que ce qui est à l'origine du mouvement (traverser les isobares pour équilibrer les pressions) n est au final pas effectué mais que mouvement il y a quand même 

 

En cherchant je suis tombé sur cet article que j'ai trouvé intéressant, même si c est lié moins directement au sujet mais un peu 

https://sciencepost.fr/meteorologie-comprendre-le-fonctionnement-dun-anticyclone-et-ses-etonnantes-caracteristiques/

De @Damien49 ? 

 

À propos du déplacement des masses d air, ayant toujours entendu que l air va des hautes vers les basses pressions j avoue que j ai encore du mal... 

Si il y avait pas de passage à travers les isobares, comment les anti pourraient s atténuer et les dépressions se combler... Je suis un peu perdu 😅

Mais je lis et relis attentivement tes explication @Pansaet merci encore pour celles ci (et pour ta patience 😅) 

 

 

 

 

Modifié 22 juillet 2023 par Matpo

[Matpo]

Il y a aussi ce genre d image qui a façonné ma vision du déplacement des masses d air depuis vraiment longtemps... Pas facile à changer ça me semblait si logique 😅

Ça je l ai vu tant de fois et dans ma tête ça se passait ainsi... 

 

 

[Damien49]

il y a 54 minutes, Matpo a dit :

Je crois que je commence à comprendre mais c est encore compliqué pour moi de me dire que ce qui est à l'origine du mouvement (traverser les isobares pour équilibrer les pressions) n est au final pas effectué mais que mouvement il y a quand même 

 

En cherchant je suis tombé sur cet article que j'ai trouvé intéressant, même si c est lié moins directement au sujet mais un peu 

https://sciencepost.fr/meteorologie-comprendre-le-fonctionnement-dun-anticyclone-et-ses-etonnantes-caracteristiques/

De @Damien49 ? 

 

À propos du déplacement des masses d air, ayant toujours entendu que l air va des hautes vers les basses pressions j avoue que j ai encore du mal... 

Si il y avait pas de passage à travers les isobares, comment les anti pourraient s atténuer et les dépressions se combler... Je suis un peu perdu 😅

Mais je lis et relis attentivement tes explication @Pansaet merci encore pour celles ci (et pour ta patience 😅) 

 

 

 

 

 

Ah non c'est pas moi, désolé 😅

mais j'avais moi-même fait un mini-dossier sur tout ça :

http://www.meteobell.com/__glossaire_p.php#pression

http://www.meteobell.com/__glossaire_c.php#coriolis

Bon ça date un peu (15 ans à peu près), ça mériterait un gros dépoussiérage, mais l'essentiel est là je pense

[Matpo]

il y a une heure, Damien49 a dit :

 

Ah non c'est pas moi, désolé 😅

mais j'avais moi-même fait un mini-dossier sur tout ça :

http://www.meteobell.com/__glossaire_p.php#pression

http://www.meteobell.com/__glossaire_c.php#coriolis

Bon ça date un peu (15 ans à peu près), ça mériterait un gros dépoussiérage, mais l'essentiel est là je pense

Merci ! Je vais prendre un moment pour lire

 

[Cers]

@Matpo tu ne connais pas la règle de Buys-Ballot ?

 

J'ai pourtant maintes fois évoqué l'équilibre géostrophique sur Météo Pratique. En tant que lecteur assidu, çà devrait être connu

 

Pour commencer, évite le mot flux ici, on parle bien de vent, d'écoulement.

 

Le vent à l'échelle synoptique suit quasiment les isobares ou les isohypses, en laissant les basses pressions sur sa gauche dans l'hémisphère nord. Il tourne dans le sens des aiguilles d'une montre autour des anticyclones, dans le sens opposé autour des dépressions. C'est une notion élémentaire que tout passionné de météo devrait connaître quand même.

 

Prenons une particule d'air initialement au repos. Si elle est soumise à un gradient de pression, c'est à dire une différence de pression sur une distance donnée, elle va subir une accélération en direction des basses pressions. Mais en plus de la force due au gradient de pression, cette particule est soumise à la force de Coriolis dans le référentiel terrestre (tournant). La force de Coriolis n'est qu'une force apparente faisant dévier vers la droite le mouvement dans l'hémisphère nord.

 

Pour simplifier, dans le référentiel terrestre, on a le bilan suivant :

 

accélération horizontale = force due au gradient de pression + force de Coriolis

 

On peut montrer qu'à grande échelle la force de Coriolis domine l'accélération horizontale.

 

Qu'est-ce qu'une accélération ? C'est une variation de vitesse par unité de temps : dU/dt. Donc çà a la dimension d'une vitesse U par unité de temps T : U/T. Qu'est-ce qu'une vitesse ? C'est une variation de distance par unité de temps : dX/dt = U. Donc çà a la dimension d'une distance L par unité de temps T, soit U = L/T => U/L = 1/T. On en déduit qu'un ordre de grandeur de l'accélération horizontale est U/T = U * 1/T = U²/L. Le terme de Coriolis lui est proportionnel au paramètre de Coriolis f et à la vitesse du vent, donc f*U.

 

A l'échelle synoptique, U est de l'ordre de 10 m/s, L est de l'ordre de 1000 km = 1000000 m (dimension horizontale caractéristique) et f vaut 2 * vitesse angulaire de rotation de la terre * sin (latitude) ~ 10^-4 /s aux moyennes latitudes.

 

On a donc :

 

• accélération horizontale ~ U²/L ~ 10*10/1000000 = 0.0001 SI

• force de Coriolis ~ f*U ~ 0.0001*10 = 0.001 SI

 

Le rapport entre les deux définit un nombre appelé nombre de Rossby, ici égal à 1/10.

 

On vient de montrer qu'à l'échelle synoptique, le terme de Coriolis est de l'ordre de 10 * l'accélération horizontale (10^-3 = 10 * 10^-4). Par conséquent, l'accélération est négligeable dans l'équation du mouvement à grande échelle, et la force de pression équilibre quasiment la force de Coriolis.

 

L'équilibre exact, théorique, entre force de pression et force de Coriolis s'appelle l'équilibre géostrophique :

 

force due au gradient de pression = force de Coriolis

 

 

Il en découle le vent géostrophique, qui a les propriétés suivantes dans notre hémisphère :

 

- parallèle aux isobares et aux isohypses ;
- laissant les basses pressions à gauche et les hautes pressions à droite ;
- vitesse inversement proportionnelle à l'espacement des isohypses.

 

Pour comprendre, imaginer un ballon imprimé d'un mouvement initial rectiligne, tenu par deux personnes qui marchent dans la même direction et le même sens. Une personne tire le ballon de son côté, ce qui représente la force de pression. L'autre personne tire le ballon du côté opposé en exerçant la même force, ce qui représente la force de Coriolis. Dans ce cas, la trajectoire du ballon demeure rectiligne.

 

A grande échelle, le vent géostrophique est une très bonne approximation du vent réel, celui qu'on observe et qui peut être représenté sur des cartes. Le vent réel est quasi-géostrophique, il s'en écarte un petit peu (de l'ordre de 10 % seulement), mais surtout dans les zones les plus perturbées de l'atmosphère. Ce sont ces écarts au géostrophisme qui d'ailleurs gouvernent les changements atmosphériques, car l'atmosphère lorsqu'elle est déséquilibrée se ré-ajuste.

 

Si le vent allait directement des hautes vers les basses pressions, les dépressions et anticyclones seraient rapidement comblés, ils n'existeraient pas ! Dans la zone équatoriale, le champ de pression est plus uniforme, car la force de Coriolis tend justement vers zéro et le vent est éloigné du vent géostrophique (infini).

 

La dernière figure que tu montres est tout à fait correcte. @Pansa t'a déjà répondu sur le rôle de la friction, qui intervient dans le bilan des forces. Près de la surface, dans la couche limite, il y a des frottements qui ont pour effet de réduire la vitesse du vent et de dévier l'écoulement vers les basses pressions : le vent coupe donc les isobares et l'air est convergent et ascendant au niveau d'une dépression, divergent et descendant au niveau d'un anticyclone.

 

 

 

Sur mer, les frottements sont moins importants qu'au dessus des terres.

Plus on s'éloigne de la surface, moins il y a de friction, et plus le vent est proche du vent géostrophique.

 

A 10 m, le vent au nord-ouest de la France par exemple coupe les isobares :

 

 

A 850 hPa, le vent suit bien les isohypses, il est quasi-géostrophique :

 

 

Modifié 22 juillet 2023 par Cers
figures

[Pan]

.

Modifié 27 août 2023 par Pansa

[Damien49]

Le sujet de mon texte c'était la pression

Et j'évoque bien ce que tu dis

Citation

On parle d'approximation géostrophique car le gradient de pression combiné à la force de Coriolis, n'est pas la seule façon de créer du vent et en raison de la force de frottement avec le sol terrestre, ce vent géostrophique et thermique est beaucoup moins évident à étudier en surface.

 

Après oui c'est outdated, j'interviens ici uniquement parce qu'on m'a cité

[Cers]

1 hour ago, Damien49 said:

On parle d'approximation géostrophique car le gradient de pression combiné à la force de Coriolis, n'est pas la seule façon de créer du vent et en raison de la force de frottement avec le sol terrestre, ce vent géostrophique et thermique est beaucoup moins évident à étudier en surface.

 

C'est le gradient horizontal de pression qui crée le vent. Si on se place dans un référentiel absolu (non lié à la Terre en rotation sur elle-même) et qu'on néglige la force de frottements visqueux, il n'y a que la force due au gradient de pression dans l'équation du mouvement horizontal. La force de Coriolis dévie le mouvement dans un référentiel lié à la Terre et la friction modifie le vent (d'autant plus qu'on est près de la surface). L'approximation géostrophique vient du fait que dans l'atmosphère libre, donc suffisamment loin de l'influence de la surface, le vent géostrophique Vg est une bonne approximation du vent réel V qui s'en écarte peu : V  ~ Vg. On parle d'équilibre quasi-géostrophique : si la composante agéostrophique du mouvement peut être négligée à l'échelle synoptique, elle n'est en revanche pas nulle, c'est elle qui pilote les évolutions atmosphériques ! Le vent thermique, c'est une variation de vent géostrophique entre deux niveaux atmosphériques, il s'agit donc d'un vent fictif, parallèle aux iso-épaisseurs et laissant l'air froid sur sa gauche. L'équilibre du vent thermique implique le géostrophisme et l'hydrostatisme, deux grands équilibres auxquels l'atmosphère perturbée tente de s'ajuster en permanence à l'échelle synoptique.

[Damien49]

Non mais stop, je vais finir par supprimer mon vieil article écrit en 2007 de mon site si vous continuez à le commenter. Tu veux que je commente tes écrits en 2007 Cers ? 😄

Je sais même pas pourquoi on m'a poké ici 😅

[Cers]

Je me permettais juste de commenter la citation, j'arrête là. 🙂

Et toi Mat' ne poke pas les gens au hasard ! 😅

 

 

[_sb]

Il y a 23 heures, Cers a dit :

Pour commencer, évite le mot flux ici, on parle bien de vent, d'écoulement.

 

Un abus de langage courant que Cers et Pansa m'ont fait prendre conscience il y a quelques années (?), puisqu'un flux est un transport de « quelque chose » (parcelle d'air, vapeur d'eau, composé chimique, ... mais aussi d'une propriété mathématique ou physique, etc) au travers d'une surface dans un environnement fluide. C'est donc une notion très générale. Ainsi, le flux est généralement qualifié (flux thermique, flux de vapeur d'eau, par exemple).

 

De plus, le vent est plus « parlant », plus « intuitif » que le flux. Le vent que l'on ressent en marchant est le déplacement d'une parcelle d'air. Quand on fait un sport aérien, on ressent aussi ce déplacement en atmosphère libre et on a exactement la même sensation que les deux pieds sur Terre. 850 ou 700 hPa ne changent pas cette donne. Le vent réel a sa composante horizontale (majoritaire à échelle synoptique) et verticale (négligeable mais influente) et ces composantes se retrouvent aussi en surface (avec des origines multiples). Il n'y a donc aucun souci à écrire « le vent à 500 hPa » plutôt que « le flux à 500 hPa ».

 

Je comprends Matpo, les concepts de (a)géostrophisme ne paraissent simples qu'une fois compris et compris aussi l'approximation qu'ils sous-tendent par rapport au réel. Sur le forum, c'est souvent mélangé ce qui entretient la confusion.

Edit : je n'aurais pas atteint la clarté des explications apportées, c'est important que des intervenants qualifiés continuent à contribuer ...

Modifié 23 juillet 2023 par _sb

[Matpo]

Merci à vous Pansa, Adrien, Damien et Sb, pour vos explications et votre contribution (et pardon pour le poke Damien)

Je viens de lire seulement maintenant suite à une complète indisponibilité 😅 j'ai bien compris je pense 

Je n avais pas compris du tout en effet avant cette bonne différence entre la façon dont les forces en présence influent sur le vent de surface ou d altitude a l'échelle synoptique, merci, j en ai appris en vous lisant

 

[Chloroplaste]

En fait, bien que j'appréhende mieux le principe théorique d'équilibre géostrophique, le concept de "force" de Coriolis reste difficile à imaginer pour moi en situation réelle au delà de la pure théorie.

 

Citation

elle va subir une accélération en direction des basses pressions.

ça c'est simple à comprendre et à visualiser.

 

Citation

Le rapport entre les deux définit un nombre appelé nombre de Rossby, ici égal à 1/10.

On vient de montrer qu'à l'échelle synoptique, le terme de Coriolis est de l'ordre de 10 *

La terre tournant sur elle même à 1600km/h à l'équateur et 1100km/h à nos latitudes cela s'entends. A moins que je ne fasse de mauvaises associations ici.

 

Mais imaginer l'impact de cette rotation sur des parcelles d'air en fonction de la direction du gradient de pression... Je sens que je ne suis pas loin de me faire ma visualisation, mais il faut que je trouve encore quelques schémas vulgarisant le concept.

 

[EDIT] : bon finalement la page wikipedia a été suffisante Force de Coriolis — Wikipédia (wikipedia.org)

notamment la partie Définition avec le gif

Citation

En mécanique newtonienne, on qualifie la force de Coriolis de force fictive, ou inertielle, en vertu du fait qu'elle n'existe que parce que l'observateur se trouve dans un référentiel en rotation alors qu'aucune force ne s'exerce pour un observateur dans un référentiel galiléen (ou référentiel inertiel).

L'animation à droite montre la différence entre, en haut, le point de vue d'un observateur immobile dans un référentiel inertiel hors du système et, en bas, celui d'un observateur qui se déplace avec un disque en rotation dans le même référentiel. Dans les deux cas, il n'y a pas de friction entre la bille noire et le disque et donc aucune force réelle. Pour le premier observateur, la bille ne fait que se déplacer avec une vitesse constante depuis le centre du disque vers sa bordure. Pour lui, il n'y a pas de force en jeu et la bille se déplace en ligne droite⁵.

Pour le second, le point rouge, le disque est immobile et la bille se déplace le long d'un arc de cercle, vers sa gauche, changeant constamment de direction. Il faut donc une force pour expliquer ce déplacement. Cette pseudo-force est la force de Coriolis �→�. Elle est perpendiculaire à l'axe de rotation du référentiel et au vecteur de la vitesse du corps en mouvement. Si le corps s'éloigne de l'axe de rotation, �→� s'exerce dans le sens contraire de la rotation. Si le corps se rapproche de l'axe de rotation, �→� s'exerce dans le même sens que la rotation⁵.

 

Modifié 26 juillet 2023 par Chloroplaste