Équilibre géostrophique et du vent thermique

À des échelles supérieures à celles d'un orage, l'atmosphère tend à s'établir dans un quasi-équilibre entre les forces, de sorte que la connaissance du champ de pression et de la variation de la température avec l'altitude permet à un prévisionniste de reconstituer le vent lui-même.

Definition

L'équilibre géostrophique est l'égalité approximative de la force horizontale du gradient de pression et de la force de Coriolis ; le vent thermique est le changement résultant du vent géostrophique avec l'altitude, qui est proportionnel au gradient de température horizontal.

Scope

Ce sujet aborde l'équilibre géostrophique entre la force du gradient de pression et la force de Coriolis, l'équilibre hydrostatique vertical, la relation du vent thermique reliant le cisaillement vertical du vent géostrophique aux gradients de température horizontaux, ainsi que les équilibres gradient et cyclostrophique associés pour les écoulements courbes.

Core questions

• Comment l'équilibre entre les forces du gradient de pression et de Coriolis détermine-t-il le vent à grande échelle ?
• Pourquoi un contraste de température horizontal implique-t-il un cisaillement vertical du vent ?
• Quand l'écoulement équilibré se rompt-il, et quelles en sont les conséquences ?
• Comment la courbure et les effets centrifuges modifient-ils l'équilibre géostrophique ?

Key theories

Approximation géostrophique

Pour les mouvements de grande échelle et à évolution lente, l'accélération est faible par rapport aux forces dominantes, de sorte que le vent est bien approximé par la valeur géostrophique soufflant parallèlement aux isobares.

Relation du vent thermique

La combinaison de l'équilibre géostrophique et hydrostatique montre que le cisaillement vertical du vent géostrophique est déterminé par le gradient de température horizontal, expliquant pourquoi les puissants courants-jets de haute altitude se situent au-dessus de contrastes de température marqués.

Mechanisms

Là où l'air s'accumule sous forme de haute pression, la force du gradient de pression le pousse vers les basses pressions, mais la rotation de la Terre dévie l'air en mouvement jusqu'à ce que la force de Coriolis équilibre cette poussée et que le vent s'écoule le long des isobares. Étant donné que les surfaces de pression s'inclinent plus fortement là où l'air sous-jacent est froid et dense, ce vent géostrophique doit varier avec l'altitude proportionnellement au gradient de température horizontal, le vent thermique, ce qui explique pourquoi le courant-jet se situe au-dessus des contrastes de température les plus marqués.

Clinical relevance

L'équilibre géostrophique et du vent thermique permet aux prévisionnistes de déduire les vents en altitude à partir des analyses de température et de pression, de localiser les courants-jets et de diagnostiquer les régions où l'atmosphère s'écarte de l'équilibre, zones où les mouvements ascendants et le développement météorologique sont concentrés.

History

La loi empirique de Buys Ballot du XIXe siècle, selon laquelle le vent souffle avec les basses pressions à gauche dans l'hémisphère Nord, a préfiguré l'équilibre géostrophique ; la formalisation des relations géostrophiques et du vent thermique au début du XXe siècle, et leur rôle central dans l'analyse d'échelle de Charney, en ont fait des pierres angulaires de la météorologie dynamique.

Key figures

• Christophe Buys Ballot
• Carl-Gustaf Rossby
• Jule Charney

Seminal works

• holton2013
• martin2006

Frequently asked questions

Si je connais la configuration de pression, puis-je estimer le vent ?

Oui. À grande échelle, la relation géostrophique permet de déterminer la vitesse du vent à partir de la densité des isobares et sa direction parallèle à celles-ci, avec les basses pressions à gauche dans l'hémisphère Nord.

Pourquoi le courant-jet est-il situé là où il est ?

La relation du vent thermique lie l'augmentation du vent avec l'altitude aux contrastes de température horizontaux, de sorte que les vents de haute altitude les plus rapides, le courant-jet, se forment au-dessus de la limite nette entre les masses d'air chaud et froid.