Dynamique atmosphérique
La dynamique atmosphérique applique les lois du mouvement des fluides à une mince enveloppe d'air en rotation, expliquant pourquoi les vents dévient, pourquoi les systèmes de pression migrent et comment la circulation planétaire organise le temps et le climat.
Definition
La dynamique atmosphérique est la branche de la météorologie qui utilise les équations de la mécanique des fluides et de la thermodynamique, appliquées sur une planète en rotation, pour décrire et prédire le mouvement de l'atmosphère.
Scope
Ce domaine couvre les équations régissant le mouvement atmosphérique dans un référentiel en rotation, les écoulements équilibrés qui dominent aux grandes échelles, le spectre des ondes atmosphériques, les instabilités qui engendrent les systèmes météorologiques, ainsi que la structure et le maintien de la circulation générale globale.
Sub-topics
Core questions
- Quelles équations régissent le mouvement de l'air sur une Terre en rotation ?
- Pourquoi les vents à grande échelle soufflent-ils presque parallèlement aux isobares ?
- Quelles ondes et instabilités organisent l'atmosphère en systèmes météorologiques ?
- Comment le schéma global des vents et de la pression est-il maintenu ?
Key theories
- Écoulement géostrophique et équilibré
- Pour les mouvements à grande échelle et à évolution lente, la force de Coriolis équilibre presque la force du gradient de pression, de sorte que les vents soufflent le long des isobares ; les écarts par rapport à cet équilibre entraînent le mouvement vertical et l'évolution des systèmes météorologiques.
- Instabilité barocline
- Les gradients de température horizontaux stockent de l'énergie potentielle disponible qui est libérée par la croissance des ondes, fournissant l'origine dynamique des cyclones des latitudes moyennes et des tourbillons qui dominent le temps dans les extratropiques.
Mechanisms
Partant des lois de Newton et de la conservation de la masse et de l'énergie écrites dans un référentiel en rotation, les équations primitives décrivent comment les gradients de pression, l'effet Coriolis, la gravité et le frottement mettent l'air en mouvement. Aux grandes échelles, l'écoulement reste proche de l'équilibre géostrophique et hydrostatique, tandis que de petits déséquilibres, exprimés par la vorticité potentielle et la théorie quasi-géostrophique, entraînent la croissance des ondes et les circulations verticales qui produisent le temps.
Clinical relevance
Les équations dynamiques de ce domaine constituent le fondement de tout modèle numérique de prévision météorologique et climatique ; la compréhension des écoulements équilibrés, des ondes et des instabilités permet aux prévisionnistes et aux climatologues d'anticiper le développement et le déplacement des tempêtes ainsi que la réponse de la circulation à une planète qui se réchauffe.
History
S'appuyant sur la mécanique des fluides du XIXe siècle et l'analyse de Coriolis des écoulements en rotation, Vilhelm Bjerknes a formulé la prévision météorologique comme un problème à valeur initiale au début des années 1900 ; Rossby a identifié les ondes à grande échelle qui portent son nom, et la théorie de Charney, au milieu du siècle, sur l'instabilité barocline et la dynamique quasi-géostrophique a transformé la dynamique atmosphérique en la base quantitative de la prévision moderne.
Key figures
- Vilhelm Bjerknes
- Carl-Gustaf Rossby
- Jule Charney
- Edward Lorenz
Related topics
Seminal works
- holton2013
- vallis2017
Frequently asked questions
- Pourquoi le vent souffle-t-il le long, plutôt qu'à travers, des isobares ?
- Aux grandes échelles, la force du gradient de pression poussant l'air des hautes vers les basses pressions est presque équilibrée par la force de Coriolis due à la rotation de la Terre, de sorte que l'air finit par s'écouler parallèlement aux isobares dans ce qu'on appelle l'équilibre géostrophique.
- Quelle est la différence entre la météorologie dynamique et la météorologie synoptique ?
- La météorologie dynamique développe la théorie physique et mathématique sous-jacente du mouvement atmosphérique, tandis que la météorologie synoptique applique ces principes pour analyser et prévoir les systèmes météorologiques réels à partir d'observations.