Théorie quasi-géostrophique

En ne retenant que les faibles écarts par rapport à l'équilibre parfait, la théorie quasi-géostrophique condense l'enchevêtrement des équations atmosphériques en une représentation unique qui indique au prévisionniste où l'air s'élève et où le temps se prépare.

Definition

La théorie quasi-géostrophique est un ensemble simplifié d'équations pour les mouvements extratropicaux à grande échelle, dans lequel le vent est approximé comme géostrophique, à l'exception de la petite composante agéostrophique qui entraîne l'évolution de l'écoulement et les mouvements verticaux associés.

Scope

Ce sujet aborde l'approximation quasi-géostrophique, la vorticité potentielle quasi-géostrophique et sa conservation, l'équation oméga pour le diagnostic des mouvements verticaux, ainsi que l'utilisation de ces outils pour comprendre le développement des systèmes météorologiques des latitudes moyennes.

Core questions

• Quelles approximations définissent le système quasi-géostrophique ?
• Comment la conservation de la vorticité potentielle quasi-géostrophique régit-elle l'écoulement à grande échelle ?
• Comment l'équation oméga diagnostique-t-elle les zones d'ascendance et de subsidence de l'air ?
• Comment la théorie explique-t-elle la croissance des cyclones des latitudes moyennes ?

Key theories

Vorticité potentielle quasi-géostrophique

Une unique quantité conservée combine la vorticité relative, la vorticité planétaire et l'étirement vertical, de sorte que le suivi de son évolution saisit la dynamique essentielle de l'écoulement extratropical à grande échelle.

L'équation oméga

Le mouvement vertical dans un écoulement équilibré est diagnostiqué à partir des schémas d'advection de vorticité et de température, permettant aux prévisionnistes de localiser l'ascendance en avant des creux d'altitude où les nuages et les précipitations s'organisent.

Mechanisms

En supposant que l'écoulement reste proche de l'équilibre géostrophique et hydrostatique, les équations complètes se réduisent à la conservation d'une unique vorticité potentielle quasi-géostrophique, la petite circulation agéostrophique étant déterminée de manière diagnostique. L'équation oméga relie ensuite le mouvement vertical à l'advection différentielle de vorticité et à l'advection de température, de sorte que l'air ascendant, ainsi que les nuages et les précipitations qu'il produit, peuvent être localisés à partir d'analyses de routine des champs de haute altitude et thermiques.

Clinical relevance

Les diagnostics quasi-géostrophiques demeurent un outil de prévision essentiel pour anticiper où les cyclones extratropicaux s'intensifieront et où les bandes de nuages et de précipitations se formeront, et la théorie sous-tend l'interprétation des champs à grande échelle produits par les modèles numériques.

History

La théorie quasi-géostrophique a émergé de l'analyse d'échelle de Charney et des travaux d'Eliassen à la fin des années 1940, fournissant les équations filtrées que Charney et Phillips ont utilisées dans les premières prévisions météorologiques numériques réussies des années 1950 et qui demeurent un cadre diagnostique standard aujourd'hui.

Key figures

• Jule Charney
• Arnt Eliassen
• Norman Phillips

Seminal works

• charney1947
• holton2013

Frequently asked questions

Que signifie quasi-géostrophique ?

Cela signifie que l'écoulement est traité comme presque équilibré géostrophiquement ; le vent est approximé comme géostrophique, et seuls les infimes écarts par rapport à cet équilibre sont retenus car ce sont eux qui entraînent le changement du système et produisent le mouvement vertical.

Pourquoi l'équation oméga est-elle utile aux prévisionnistes ?

L'équation oméga permet aux prévisionnistes de déduire où l'air s'élève ou s'affaisse à partir des schémas de pression et de température plus facilement observables, et l'air ascendant est l'endroit où les nuages et les précipitations ont tendance à se développer.