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Météorologie élémentaire
Météorologie tropicale Nous avons vu dans le chapitre consacré aux masses d'air le schéma classique de la circulation générale. Il se représente comme un sillon dépressionnaire équatorial enfermé dans une double ceinture de hautes pressions tropicales. Les vents qui circulent sur la face équatoriale des anticyclones tropicaux sont dénommés les alizés ("trade winds"). On distingue l'alizé de Nord-Est pour l'hémisphère Nord et l'alizé de Sud-Est pour l'hémisphère Sud. Entre les deux se trouve la zone de convergence intertropicale (ITCZ) souvent dénommée le front intertropical. Ce schéma simplifié de la circulation générale est notablement compliqué par les facteurs suivants : - Le schéma de circulation générale implique une perte d'air dans les régions tropicales, perte qui ne peut être compensée que par des invasions d'air polaire à travers les anticyclones subtropicaux. Il est donc nécessaire que la zone de hautes pressions subtropicale soit fractionnée en cellules contingües. - Nous savons que la composante horizontale de la force de Coriolis diminue avec la latitude (2wVsinj) et s'annule à l'équateur. Ceci explique l'existence, dans la zone intertropicale, de très faibles gradients de pression d'où résulte une zone de "calmes équatoriaux" ("doldrums"). - D'autre part, la composante verticale de la force de Coriolis (2wVcosj) est maximum à l'équateur et explique l'importance des mouvements verticaux de l'atmosphère dans ces régions. - La position de la dépression équatoriale suit le mouvement apparent du Soleil; il en résulte une oscillation du front intertropical autour de l'équateur géographique. - La circulation générale est encore compliquée par la disparité thermique entre l'hémisphère Nord et l'hémlisphère Sud. Le second est sensiblement plus froid que le premier à cause d'une part de l'existence dans l'Antarctique d'une source froide considérable et de la faible importance des continents dans l'hémisphère Sud d'autre part. Il en résulte que sur l'Atlantique et l'Afrique, le front intertropical demeure toute l'année au nord de l'équateur. - Enfin, les continents ont une influence perturbatrice sur la distribution thermique du globe. Ils sont plus chauds que les mers en été et plus froids en hiver. Il en résulte des effets de mousson particulièrement importants sur l'ouest de l'Afrique. Les masses d'air Bien que ce sujet soit complexe et encore mal connu, on peut classer les masses d'air intertropicales en trois catégories principales : - 1. les masses d'air tropical, - 2. les masses d'air équatorial, - 3. les masses d'air froid. 1. Les masse d'air tropical Ces masses d'air, issues des anticyclones subtropicaux sont, au début de leur déplacement, semblables aux masses d'air tropical des régions tempérées. Elles constituent essentiellement les alizés et sont caractérisées par une inversion de subsidence en altitude : l'inversion d'alizé. Ces masses d'air deviennent rapidement très instables par réchauffement à la base. Toutefois, les développements verticaux sont limités par l'inversion d'alizé à l'exception de quelques protubérances qui percent cette inversion. Les masses d'air tropical se modifient très rapidement en fonction des facteurs locaux rencontrés sur leur passage (air saharien très sec, air tropical atlantique). 2. Les masses d'air équatorial Il s'agit de masses d'air d'origine tropical dégénérées par leur longue stagnation dans la région équatoriale. Ces masses d'air chaud et humide sont caractérisées par leur grande homogénéité; elles sont constamment en instabilité conditionnelle et favorables au développement de puissants mouvements convectifs. Le cumulonimbus est le nuage type de ces masses d'air mais les nuages moyens n'y sont pas rares par suite de l'existence de couches stables (résidu de l'inversion d'alizé). De nuit sur terre, l'arrêt de la convection thermique entraîne l'étalement des cumulonimbus; les nuages résultants sont souvent à l'origine de pluies importantes et se dissolvent généralement en fin de nuit. 3. Les masses d'air froid Ce sont des masses d'air polaire très dégénérées par suite de leur long parcours sur une surface plus chaude qui parviennent jusqu'aux régions équatoriales par suite du fractionnement de la ceinture anticyclonique subtropicale. Ces masses d'air fortement réchauffées à la base sont très instables et ne possèdent aucune couche stable en altitude. Les masses d'air froid conservent leurs caractères originels plus longtemps dans l'hémisphère Sud que dans l'hémisphère Nord. Phénomènes associé à ces masses d'air Les fronts froids Les fronts froids marquent la limite des invasions d'air froid; ils sont marqués le plus souvent par des lignes de grains suivies d'une instabilité qui s'atténue peu à peu; ils peuvent donner des vraies tempêtes. Ils sont plus importants dans l'hémisphère Sud que dans l'hémisphère Nord comme nous l'avons vu précédemment.
Les fronts alizés Les fronts d'alizés sont des structures semi-permanentes séparant les cellules anticycloniques subtropicales. Dans l'hémisphère Nord, la pente de la surface frontale s'élève vers l'ouest; cette surface marque la séparation entre des vents relativement frais de composante Nord (les alizés) et, au-dessus, des vents à composante Sud (alizés réchauffés par un long parcours sur la face équatoriale des anticyclones). Ces fronts d'alizés sont le plus souvent marqués par des nuages moyens et des précipitations qui s'évaporent avant d'atteindre le sol. L'évolution éventuelle de ce type de front est fonction principalement des conditions locales. La zone de convergence intertropicale Ce front ou zone de convergence intertropicale (ITCZ) sépare les alizés venant de l'un ou l'autre hémisphère. Il est souvent mal marqué, surtout dans la zone équatoriale. Voyons en détails sa structure. La zone de convergence intertropicale, ITCZ L'ITCZ, particulièrement bien marquée sur la moitié occidentale de l'Afrique, sépare la mousson de sud-ouest, chaude et humide, de l'Harmattan, vent saharien très sec et plus chaud encore, à forte composante est. Il est faux de s'imaginer la zone de convergence intertropicale comme une ligne continue se développant autour du globe. Elle est très généralement interrompue sur les continents et le front maritime se relie souvent difficilement au front continental déformé par les effets de mousson et de relief. En Afrique en particulier, cette zone ne traverse que très rarement le continent d'ouest en est.
Sur les continents, l'ITCZ marque souvent la limite de pénétration de la mousson et on le dénomme parfois "front de mousson". La quantité de vapeur d'eau contenue dans ces masses d'air joue un rôle prépondérant dans leur masse spécifique. Contrairement à ce que l'on pourrait croire de prime abord, la mousson reste dans les basses couches rejetant l'air saharien en altitude. L'instabilité frontale est ainsi très limitée en altitude où se trouve de l'air sec, si bien que le front intertropical est peu actif alors que les manifestations orageuses sont très fréquentes et souvent très intenses au sein de la mousson. Phénomènes associés à la zone de convergence intertropicale Dans l'hémisphère Nord, au 1er janvier l'ITCZ se situe grosso-modo entre 10°S et 3°N, et au 1 août entre 4°N et 25°N.
La figure ci-dessous représente une coupe verticale perpendiculaire à la zone de convergence intertropicale donnant les phénomènes qui s'observent généralement sur l'Afrique occidentale. On distingue en gros quatre zones de temps nettement liées à la trace au sol du front intertropical : Zone A Au nord du front intertropical se trouve une zone où le ciel est généralement serein ou peu nuageux avec des formations cirriformes. On peut y observer quelques rares nuages moyens ou quelques petits cumulus. En saison sèche quelques cirrus évoluent vers 25000 pieds. Les seules perturbations, peu fréquentes, sont formées sur le front des alizés. Ces perturbations donnent un ciel couvert par des nuages cumuliformes dont la base se situe vers 5-6000 pieds et des grains généralement secs mais accompagnés de tourbillons de sable. La visibilité est généralement bonne sauf dans les vents de sable dont la fréquence est maximum sur le sud du Sahara, le Tchad et le Soudan. Notons que par brume de sable la visibilité horizontale peut demeurer bonne tandis que la visibilité oblique est considérablement réduite.
Zone B Il s'agit d'une zone transitoire large de 200 à 400 km. Le ciel y est peu nuageux avec des cumulus dont la base se situe vers 2-3000 pieds et peu développés verticalement (2-4000 pieds). On n'y observe généralemernt pas de précipitations, à l'exception de quelques faibles averses sur le relief et quelques rares vents de sable. La turbulence, plus faible qu'au nord du front intertropical est encore très marquée entre 10 et 17 heures. Zone C Cette zone, large de 1200 à 1500 km, est caractérisée par des lignes de grains orientées Nord-Sud se déplaçant vers l'ouest avec des orages parfois violents et de fortes averses. Les cumulus, dont la base se situe vers 2-3000 pieds, sont souvent doublés de fractocumulus vers 200-500 pieds. Durant la saison des pluies les nuages convectifs se développent très fortement : les cumulus plafonnent entre 10 et 16000 pieds, les cumulonimbus atteignent 30 à 40000 pieds, parfois 75000 pieds au-dessus des mers chaudes. A l'arrière de cette zone on trouve des stratocumulus vers 5000 pieds et des altocumulus vers 14000 pieds. La vitesse du vent en surface atteint souvent 50 noeuds, exceptionnellement, 90 noeuds au passage de la ligne de grains. A l'exception de quelques brumes matinales, les visibilités sont généralement bonnes sauf durant les précipitations. Zone D Cette zone située au sud des précédentes correspond à une extension de l'anticyclone subtropical austral qui peut s'étendre au-delà de l'équateur. Dans les régions côtières, le vent en surface souffle du secteur Sud-Ouest (mousson). La mousson est surmontée d'un courant d'est à nord-est sous lequel elle forme un coin dirigé vers le nord. Au cours de la saison sèche cette zone contient des cirrus vers 30000 pieds ainsi que par des altocumulus vers 16000 pieds. Au cours de la nuit et au début de la matinée, le ciel est nuageux, couvert de status et de stratocumulus en couches multiples vers 2500, 3500 ou 6000 pieds. Ces couches se fractionnent ensuite pour former quelques petits cumulus en cours d'après-midi. On y observe quelques pluies faibles ou quelques bruines. Dans les régions purement continentales on ne retrouve plus de mousson dans les basses couches mais uniquement un courant d'Est à Sud-Est issu de l'anticyclone subtropical austral (anticyclone de Sainte Hélène). On n'y observe pratiquement aucun nuage. Prochain chapitre Les tornades et les cyclones tropicaux
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