Nuages et précipitations

Les nuages sont la manifestation visible de l'air ascendant et refroidissant, et le processus microscopique de croissance des gouttelettes et des cristaux de glace en leur sein détermine s'ils ne font que dériver ou s'ils libèrent leur eau sous forme de pluie, de neige ou de grêle.

Definition

Les nuages sont des suspensions visibles de gouttelettes d'eau ou de cristaux de glace formées lorsque l'air humide est refroidi jusqu'à saturation, et les précipitations sont l'eau qui en tombe une fois que les particules sont devenues suffisamment grandes et lourdes pour vaincre les courants ascendants.

Scope

Ce sujet aborde la formation et la classification des nuages, la nucléation des gouttelettes et des cristaux de glace sur les aérosols, ainsi que les processus microphysiques, y compris la collision-coalescence et le processus de glace de Bergeron-Findeisen, par lesquels les particules nuageuses se développent en précipitations.

Core questions

• Comment et sur quelles particules se forment les gouttelettes nuageuses et les cristaux de glace ?
• Comment les nuages sont-ils classés par altitude et par forme ?
• Comment les petites gouttelettes nuageuses se transforment-elles en gouttes de pluie ?
• Quel rôle les processus de glace jouent-ils dans la production de précipitations ?

Key theories

Processus de collision-coalescence (pluie chaude)

Dans les nuages plus chauds que le point de congélation, les gouttelettes plus grandes tombent plus vite, entrent en collision avec des gouttelettes plus petites et les absorbent, et croissent par coalescence jusqu'à devenir suffisamment lourdes pour tomber sous forme de pluie.

Processus de glace de Bergeron-Findeisen

Dans les nuages à phase mixte, la pression de vapeur saturante plus faible au-dessus de la glace provoque la croissance des cristaux de glace aux dépens des gouttelettes surfondue, un mécanisme efficace produisant une grande partie des précipitations terrestres en dehors des tropiques.

Mechanisms

Les nuages se forment lorsque l'air ascendant et refroidissant se sature et que la vapeur d'eau se condense sur des noyaux de condensation nuageuse pour former des gouttelettes, ou se dépose sur des noyaux de glace pour former des cristaux. Ces particules sont trop petites pour tomber, une croissance doit donc se produire : dans les nuages chauds par collision et coalescence des gouttelettes, et dans les nuages froids ou à phase mixte par le processus de Bergeron-Findeisen, dans lequel les cristaux de glace croissent rapidement tandis que les gouttelettes surfondue s'évaporent. Une fois que les particules sont suffisamment grandes pour vaincre le courant ascendant, elles tombent sous forme de pluie, de neige, de grésil ou de grêle.

Clinical relevance

La compréhension des processus nuageux et de précipitation est fondamentale pour la prévision quantitative des précipitations, l'interprétation radar, la prédiction du givrage aéronautique et les efforts de modification du temps tels que l'ensemencement des nuages, et elle éclaire la manière dont les nuages influencent le bilan énergétique et le climat de la planète.

History

La classification des nuages de Luke Howard au début du XIXe siècle a donné aux nuages leurs noms durables ; au XXe siècle, Bergeron et Findeisen ont identifié le mécanisme de précipitation par cristaux de glace, et des études détaillées en laboratoire et sur le terrain, résumées dans des ouvrages tels que ceux de Pruppacher et Klett, ont établi la microphysique moderne des nuages et des précipitations.

Key figures

• Luke Howard
• Tor Bergeron
• Walter Findeisen

Seminal works

• rogers1989
• pruppacher1997

Frequently asked questions

Pourquoi certains nuages produisent-ils de la pluie et d'autres non ?

Un nuage ne produit des précipitations que lorsque ses gouttelettes ou ses cristaux de glace deviennent suffisamment grands pour tomber malgré le courant ascendant ; cela nécessite suffisamment de temps, d'humidité et les processus microphysiques appropriés, de sorte que de nombreux nuages s'évaporent simplement sans jamais pleuvoir.

Comment les nuages reçoivent-ils leurs noms ?

Les nuages sont classés selon le système introduit par Luke Howard en 1802, utilisant des racines latines telles que cumulus pour les nuages amoncelés, stratus pour les nuages en couches, et cirrus pour les nuages élevés et effilochés, combinées à des préfixes pour l'altitude et la pluie.