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  1. CAPE, convection et prévisions. C'est un sujet qui revient fréquemment, plus encore en période estivale, propice aux orages. Voici un point que j'essaie être assez complet sans être trop technique. J'espère que le plus grand nombre trouvera des informations intéressantes. J'ai essayé de simplifier sans perdre en finesse. Commentaires et corrections sont les bienvenus ! - Définition théorique - Définition pratique - Analogie concrète - Une brève histoire de convection .... - En résumé - Interprétations - Comment déterminer ces niveaux de pression depuis un radio-sondage ? Définition théorique : La CAPE : L'Énergie Potentielle de Convection Disponile (EPCD en français), Convective Available Potential Energy, en anglais. Sa définition est l'énergie potentielle par unité de masse que possède une particule d'air plus chaude que son environnement. Définition pratique : Étant plus chaude que son environnement immédiat, elle tente de retrouver son équilibre par un mouvement ascensionnelle, équilibre qu'elle retrouvera lorsque sa température sera équivalente à la température de son environnement. Cette énergie potentielle est alors transformée en énergie cinétique, puisqu'en mouvement par rapport aux référentiels terrestre et atmosphérique. Concrètement, une particule d'air est chauffée : cas du soleil qui chauffe le sol ; le sol, en retour, chauffe par contact les particules d'air à son contact (l'air est mauvais conducteur de chaleur, c'est essentiellement par contact que l'air se réchauffe, dans le cas qui nous intéresse). Étant plus chaude à pression constante, son volume s'accroît (loi des gaz parfaits : PV = nRT qui relie Pression, Volume et Température). Elle devient donc moins dense et va s'élever mécaniquement. C'est le fameux principe d'Archimède, ni plus ni moins. Elle s’élèvera jusqu'à se retrouver en équilibre. Selon l'énergie cinétique acquise, elle dépassera plus ou moins ce plafond. Note : cette ascension peut avoir une origine purement mécanique : présence d'un relief, arrivée d'un front, etc. Analogie concrète : Quand on plonge en mer ou en piscine, le corps est moins dense que l'eau, davantage en fonction de la profondeur atteinte. Une fois en bas, il remonte mécaniquement, le corps étant moins dense, jusqu'à la surface. Suivant l'énergie acquise (plongeon plus ou moins profond), il s’élèvera un peu au-dessus de la surface. De même, un ballon empli d'air qu'on plonge dans l'eau et qu'on lâche, s'élèvera jusqu'à la surface puis même en l'air avant de retomber. Son point d'équilibre se situe à la surface de l'eau. Au fond de l'eau, le ballon ou le corps possède une énergie potentielle qui sera « libérée » en énergie cinétique, c-à-d en mouvement vers le haut, dès qu'il sera lâché. Une fois la surface atteinte, l'énergie potentielle devient nulle. Au-dessus de la surface, l'énergie potentielle reprend mais « dans un sens opposé » et le ballon redescendra (énergie cinétique vers le bas) vers la surface, c'est-à-dire vers son point d'équilibre. On verra que la CAPE répond à un mécanisme similaire. Une brève histoire de convection .... Pour la particule d'air plus chaude que son environnement, je vais ajouter quelques subtilités. Une petite définition avant : celle du rapport de mélange. L'idée est simple. Il s'agit du rapport de la masse de vapeur d'eau que contient un volume d'air à la masse d'air sec de ce même volume. Dit autrement, on a un volume d'air (un ballon) qui contient une certaine masse de vapeur d'eau (d'« humidité »). Le rapport de mélange est la division de la masse de vapeur d'eau du ballon par la masse d'air du ballon sans la vapeur d'eau. La particule d'air qui s'élève n'échange pas d'énergie thermique (pas d'échange de chaleur) avec son environnement. Elle ne perd donc pas de chaleur de cette façon. En revanche, en s'élevant, la pression diminue. Selon la loi des gaz parfaits, son volume va alors augmenter et sa température « intérieure » (la température à l'intérieur de la particule d'air) va baisser. C'est ce qu'on appelle la détente adiabatique. Cependant, son rapport de mélange demeure constant (pas d'ajout ou de perte de vapeur d'eau durant l'ascension). Or, l'air ne peut contenir qu'une certaine masse de vapeur d'eau, la valeur maximale dépend de la température : plus elle est froide, moins elle peut en contenir. Logiquement, en s'élevant, la particule d'air finira par atteindre son niveau de saturation. Ce niveau de pression où la particule atteint sa température de saturation est le niveau de condensation par convection NCC (si l'origine de son ascension est la convection) ou le niveau de condensation par ascension NCA, dans le cas d'un soulèvement dynamique. Dit autrement, ce niveau de pression est atteint lorsque l'humidité relative de la particule d'air parvient à 100%. Le NCC (CCL en anglais, Convective Condensation Level) n'est par définition présent que lorsque l'atmosphère est instable (convection !). Le NCA (LCL, Lifted Condensation Level) se rencontre également en atmosphère stable. CCL et LCL se trouvent au même niveau de pression si l'atmosphère est saturée. Autrement, le CCL est à un niveau de pression inférieur (donc une altitude supérieur). Bien entendu, ces niveaux peuvent n'être jamais atteint si la particule est suffisamment sèche ou le niveau d'équilibre atteint avant la saturation. L'humidité relative étant à 100%, c'est à ce niveau de pression que les nuages convectifs apparaîtront. (En réalité ces nuages se forment très légèrement plus haut (de l'ordre de quelques mètres) au terme d'une légère sursaturation en présence de noyaux de condensation (aérosols divers et variés)). Niveau de convection libre, NCL (Level of Free Convection, LFC). Une fois le LCL atteint, la particule continue de s'élever jusqu'à atteindre ce niveau de condensation libre à partir duquel la température de la particule d'air, plus chaude que la température de son environnement (environnement saturé, on est à l'intérieur du nuage convectif) acquiert un supplément d'énergie cinétique. Comme précédemment, température plus chaude dit volume plus grand et densité plus faible. Son mouvement ascensionel s'accélère. Cependant, la particule subira là encore un refroidissement progressif jusqu'à rencontrer la même température de son environnement. Ce niveau de pression où les deux températures (de la particule et de son environnement) sont égales est le niveau d'équilibre, NE (Equilibrium Level, EL). Niveau d'équilibre, NE. À ce niveau de pression, la poussée d'Archimède flottabilité devient nulle. L'énergie cinétique acquise lui permet de s'élever encore un peu bien que sa température devienne du coup plus froide. Elle redescendra vers le NE. Ce mouvement oscillant s'amortit. C'est le sommet du nuage convectif. En pratique, dû notamment aux frictions entre particules et aérosols, le sommet peut être légèrement inférieur au NE. Le NE est toujours présent, dans une masse d'air sèche ou humide. Ouf ... ! En résumé : - Une particule, plus chaude que son environnement, s'élève. - Si elle est suffisamment chaude et/ou humide, elle atteindra le niveau de condensation (LCL) : elle devient saturée et le nuage se forme (base du nuage). - Elle continue à s'élever jusqu'au niveau de convection libre (LFC) où son énergie cinétique augmente. - Enfin, lorsque les deux températures sont égales, le niveau d'équilibre EL est atteint. C'est le sommet du nuage. (wikipedia) Interprétations : Si le LCL est plus bas que le LFC, la convection aura besoin d'un moteur supplémentaire tel qu'un front froid, un réchauffement solaire, une convergence de surface, un apport d'humidité, etc. La masse d'air est potentiellement instable. L'inverse traduit un manque d'humidité. L'atmosphère est instable mais ce manque d'humidité empêchera la formation d'un nuage. Si les deux sont au même niveau de pression, la masse d'air est naturellement convective. Le CCL permet d'évaluer le niveau de la base des nuages lors d'une convection par réchauffement diurne ou les ascendances thermiques (thermiques bleues notamment). Si le LCL et CCL sont égaux, l'atmosphère est saturée. Si le EL atteint la tropopause, la particule d'air peut continuer sa progression et former un dôme au-dessus de l'enclume du Cb. Et la CAPE dans tout ça ? La CAPE a deux composantes, une positive et une négative. Généralement, leur somme est nulle au niveau d'équilibre. La CAPE fournit sur les cartes est la CAPE « positive ». On se rappelle du ballon qui a une énergie « positive » sous l'eau et « négative » dans l'air ... La CAPE, dans le sens usuel (positive), s'exerce à partir du niveau de convection libre, LFC, jusqu'au niveau d'équilibre, EL. En-dessous du LFC, la CAPE est négative. C'est la CIN (Convective INhibition). Au-dessus de EL, la CAPE devient également négative (CIN). Une autre façon de présenter est de dire que lorsque la poussée d'Archimède flottabilité s'exerce vers le haut, la CAPE est positive. Lorsqu'elle s'exerce vers le bas, la CAPE est négative. Une couche limite planétaire haute et sèche conduira à une valeur de CIN élevée. À l'inverse, une humidité relativement moindre à l'étage moyen favorisera la CAPE. Comment déterminer ces niveaux de pression depuis un radio-sondage ? Je suppose que la signification des courbes présentes sur un RS sont connues. LCL : On part de la température initiale (courbe rouge) et on trace une ligne (verte, 1) qui suit l'adiabatique sèche (courbe fine noire). On part du point de rosée (ligne bleue pâle) et on trace une ligne parallèle (verte, 2) passant par ce point de départ et au rapport de mélange le plus proche (lignes fines brunes droites penchées pointillées). L’intersection des deux est au LCL. LFC : On part du LCL et on trace une ligne (verte, 3) qui suit la courbure de l'adiabatique humide (lignes noires courbées en pointillées). L'intersection avec la courbe des températures (rouge) donne le LFC. NE : On continue la ligne précédente (verte, 4) en continuant de suivre l'adiabatique humide. Lorsqu'elle recoupe la courbe des températures (rouge), on obtient le NE. Plusieurs éditeurs de RS fournissent ces niveaux directement sur le graphique. CAPE : La CAPE est donc la zone entre le LFC et le NE comprise entre la courbe des températures et l'adiabatique humide (hachures vertes). CIN : La CIN est la zone sous le LFC et comprise entre ces deux mêmes courbes. Une autre CIN est présente bien qu'elle n'apparaisse pas sur les cartes, est la zone au-dessus du NE, entre l'adiabatique humide (verte, 4) toujours et la courbe de températures (rouge). LI : Le LI, Lifted Index ou, en français, Indice de soulèvement, est la ligne noire épaisse que j'ai tracé au niveau 500 hPa, entre l'adiabatique humide et la courbe de températures. Sa définition est la différence entre la température de l'environnement (rouge) et la température d'une particule « soulevée » adiabatiquement (verte) au niveau de 500 hPa. Ceci dit, suivant le contexte, on peut abaisser ce niveau si le niveau moyen de la couche instable est plus bas (voire plus haut mais c'est plus rare, 500 hPa représentant déjà le niveau moyen de la troposphère). En février dernier, dans le topic de Prévisions Méditerranéennes, j'avais écrit une sorte mémo sur les différents indices d'instabilité (surtout en seconde partie du post) qui peut compléter ce message.:
  2. Bonsoir, N'ayant jamais l'occase de sortir du live, les images apparaitront petit à petit, non chronologiquement. En vidant les cartes mémoires de ce soir, il y a quelques petites choses... Première scène le matin du jeudi 17 juin 2021. Impact touchant Neuilly-sur-Marne (93): Belle nuit.
  3. Bonjour à tous, Longtemps que je n’avais pas posté un sujet photographique, il faut dire que la saison orageuse 2020 est un peu en dent de scie sur le 06. Très peu de dégradations photogéniques, rien de très organisé. Néanmoins les retours d’Est, comme à leur habitude ne déçoivent que rarement. Une situation intéressante semblait se profiler pour la fin de journée du 03 aout et la nuit suivante. Une masse d’air froide et dépressionnaire glisse dans le Golfe de Gênes, classique convergence entre Mistral et Lombarde, instabilité très élevée, tous les ingrédients sont là pour engendrer du lourd entre la Ligurie et le 06. Journée de boulot finie, je rejoins mon compère Varois à Antibes, lieu où nous sommes rarement déçus car étonnement très peu concerné par les précipitations dans ce genre de situation. Le jour tombe peu à peu alors que les orages concernent déjà l’Italie et le Mercantour. Les modèles sont unanimes, de fortes cellules devraient se développer ans les prochaines heures et rapidement le ciel se charge sur la zone. La convection se met en place et les premières averses se déclenchent. Néanmoins il y a un problème, celles-ci ne parviennent pas à véritablement exploser et se démarquer, tout reste assez mou pendant de longues heures. Seuls quelques flashs se font voir de temps à autre sous de fortes averses, rien de photogénique. Les heures passent et nous commençons à vraiment douter de la situation, il manque quelque chose. Seule une petite cellule se démarque devant Menton vers 01h00 du matin, nous gratifiant de nombreux flashs et de quelques impacts dont ce bel extranuageux. 1/ Puis la cellule se meurt peu à peu et le ciel perd son aspect instable sur la zone, d’autant que le vent d’Ouest parvient maintenant à se propager jusqu’à notre secteur, synonyme d’air sec. Nous prenons donc la route du retour... Très déçu de cette chasse qui semblait pourtant bien s’annoncer sur le papier je scrute le ciel en quête du moindre signe prometteur. Au détour d’un virage un congestus bien compact attire mon attention devant Cannes, me décidant à faire un petit détour par le littoral pour voir de quoi il en est même si le radar n’indique aucun écho. Ce sera la meilleure intuition de la nuit ! 10min plus tard je me retrouve face à une magnifique convection isolée derrière les îles de Lérins, le radar ne me fait pas hésiter plus longtemps, il faut rapidement installer le matos car l’orage est imminent. En effet cela ne tardera pas, rapidement l’activité devient frénétique en haut de la colonne : 2/ Déjà les canaux électriques ont tendance à s’échapper vers le ciel étoilé, la convection est tellement puissante et étroite que les impacts extranuageux sont inévitables, plus qu’à attendre. Ça ne sera pas long. 3/ La cellule flash toutes les 2/3 secondes, il n’y a pas un bruit autour excepté celui des vagues et le son du tonnerre des puissants impacts extranuageux frappant devant le cap d’Antibes : 4/ C’est magnifique, la cellule ne bouge pas et est complètement isolée. Les extranuageux tapent parfois bien loin de l’orage : 5/ Plus à gauche ? 6/ Ou alors au milieu : 7/ La cellule alterne par la suite entre phases plus actives ou plus calmes selon les poussées convectives, quelques extras à se mettre sous la dent à nouveau mais l’orage semble peu à peu s’éloigner : 8/ Tout ceci dure une grosse demi-heure puis les nuages parasites prennent le dessus. Je prends la décision de rentrer, ayant tellement hâte de traiter tous les clichés de la dernière heure. Arrivé chez moi je m’empresse de commencer le post-traitement mais rapidement de nouveaux flashs se réverbèrent entre les volets, de nouvelles puissantes cellules se sont formées devant le littoral du 06. Celles-ci sont un peu plus lointaines mais deviennent frénétiques. Je tente quelques clichés depuis la fenêtre mais de la convection plus aboutie sur l’Est du département me fait prendre la décision de bouger à nouveau. Le jour ne va pas tarder à se lever mais j’ai encore un peu de marge. Après 10min de route j’arrive sur mon point de vue, l’activité électrique est démentielle avec une ligne d’orage partant du large et remontant peu à peu sur Nice. 9/ Une cellule se forme devant moi près de Vence, elle ne tardera pas à donner de lourds impacts, me permettant de composer avec le village de Bar-sur-Loup au premier plan : 10/ Le spectacle est toujours aussi plaisant vers le large : 11/ Les flashs prennent le dessus et la cellule la plus proche peine à vraiment exploser, quelques bons impacts sporadiques se font voir de temps en temps : 12/ Le jour se lève peu à peu alors que l’orage plonge vers le littoral, ne donnant maintenant que des flashs. Rapidement les lumières deviennent impressionnantes : 13/ La cellule se décale petit à petit, donnant pendant quelques minutes de bonnes salves d’impacts sous son courant ascendant, signe d’un regain d’activité. Le rideau de grêle est très marqué. 14/ Cet orage finira par s’échouer sur le littoral cannois aux alentours de 7h du matin, puis mourir en venant buter contre l’air sec. Quelle nuit !
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