Ondes et instabilités atmosphériques
L'atmosphère est un fluide en mouvement constant qui résonne d'ondes, des méandres planétaires du courant-jet aux ondulations derrière une montagne, et génère des systèmes météorologiques partout où ces ondes puisent dans l'énergie stockée.
Definition
Les ondes atmosphériques sont des oscillations propagatives du flux restaurées par des forces telles que la gravité ou la variation du paramètre de Coriolis, tandis que les instabilités sont des conditions dans lesquelles de petites perturbations extraient de l'énergie du flux moyen et s'amplifient.
Scope
Ce sujet couvre les principales classes d'ondes atmosphériques, notamment les ondes de Rossby, les ondes de gravité et les ondes d'inertie-gravité, ainsi que les instabilités barotropes et baroclines qui permettent à de petites perturbations de se développer en tourbillons et cyclones sur les cartes météorologiques.
Core questions
- Quelles forces de rappel donnent naissance aux différents types d'ondes atmosphériques ?
- Pourquoi les ondes de Rossby planétaires se propagent-elles vers l'ouest par rapport au flux ?
- Comment les instabilités baroclines et barotropes génèrent-elles les systèmes météorologiques ?
- Comment les ondes transportent-elles l'énergie et la quantité de mouvement à travers l'atmosphère ?
Key theories
- Dynamique des ondes de Rossby
- L'augmentation du paramètre de Coriolis vers les pôles agit comme un mécanisme de rappel pour la vorticité potentielle conservée, produisant des ondes de Rossby à grande échelle qui font serpenter le courant-jet et dirigent les systèmes météorologiques de surface.
- Instabilité barocline
- Dans un écoulement cisaillé verticalement avec des gradients de température horizontaux, certaines longueurs d'onde se développent en convertissant l'énergie potentielle disponible en énergie cinétique, ce que Charney a montré être l'origine dynamique des cyclones des latitudes moyennes.
Mechanisms
La gravité fournit la force de rappel pour les oscillations de flottabilité et les ondes de gravité, tandis que la variation latitudinale du paramètre de Coriolis restaure les colonnes d'air déplacées et soutient les ondes de Rossby lentes se propageant vers l'ouest. Lorsque le flux de fond présente un fort cisaillement vertical et des gradients de température, ou un cisaillement horizontal prononcé, les perturbations de longueurs d'onde privilégiées puisent dans l'énergie potentielle ou cinétique disponible de l'état moyen et se développent en tourbillons et cyclones caractéristiques de la météorologie des latitudes moyennes.
Clinical relevance
La théorie des ondes et des instabilités explique la genèse et les trajectoires des tempêtes extratropicales, les schémas planétaires qui maintiennent des conditions météorologiques prolongées, et les ondes de gravité dont la rupture entraîne les circulations stratosphériques et la turbulence aérienne, tous ces phénomènes ayant une incidence directe sur la prévision météorologique.
History
L'identification par Rossby en 1939 des ondes planétaires à grande échelle et les théories de Charney et Eady à la fin des années 1940 sur l'instabilité barocline ont transformé la description qualitative du développement météorologique en un cadre prédictif et mathématique qui sous-tend la météorologie dynamique moderne et la prévision numérique.
Key figures
- Carl-Gustaf Rossby
- Jule Charney
- Eric Eady
Related topics
Seminal works
- rossby1939
- charney1947
Frequently asked questions
- Qu'est-ce qu'une onde de Rossby ?
- Une onde de Rossby est une ondulation à grande échelle du flux, se propageant lentement vers l'ouest, qui apparaît parce que l'effet de Coriolis s'intensifie vers les pôles ; ces ondes sont les méandres du courant-jet qui dirigent les systèmes de haute et basse pression.
- Pourquoi les tempêtes des latitudes moyennes continuent-elles de se former dans les mêmes régions ?
- L'instabilité barocline permet aux perturbations de se développer partout où il existe de forts contrastes de température et un cisaillement vertical du vent, conditions que l'on retrouve le long des trajectoires de tempête en aval des principaux continents et océans, de sorte que les cyclones s'y développent de manière répétée.