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Des mesures précises de l'état de l'atmosphère sont indispensables pour de bonnes prévisions météorologiques. Les stations de mesures et installations radar de MétéoSuisse relèvent les paramètres les plus divers depuis le sol, tandis que les satellites fournissent depuis leurs orbites les données obtenues par télédétection. Un autre type de mesures atmosphériques est assuré par le biais de radiosondes, présentées plus en détails dans le présent article.
Radiosondages
Précieuses informations pour l'aviation grâce aux radiosondes
(AeroRevue 04/2013 - Daniela Nowak)
Des mesures atmosphériques sont réalisées quotidiennement dans le monde entier depuis 700 à 800 stations. 170 d'entre elles établissent deux fois par jour, à 00h00 et 12h00 UTC, un profil atmosphérique d'après les directives de l'Organisation météorologique mondiale (OMM). Sont mesurées depuis le sol jusqu'à de grandes altitudes, au moyen d'une radiosonde: la pression atmosphérique (P), la température (T) et l'humidité (U), ainsi que la direction et la force des vents. Une sonde munie de divers capteurs est accrochée pour à un ballon gonflé d'hydrogène, lâché ensuite jusqu'à des hauteurs de 30 à 35 kilomètres. Dilaté à l'extrême à ces altitudes, le ballon éclate alors et la sonde, freinée par un parachute, redescend sur terre. Les données recueillies lors de l'ascension sont reportées sur un diagramme d'altitudes appelé émagramme, ou encore TEMP (pour explication, voir encadré à la fin de l'article).
Les mesures relevées dans le monde entier par des radiosondes sont centralisées sous forme standardisée et coordonnée. Il en résulte pour l'Europe centrale que vers 13h00 et 01h00 (ou une heure plus tard en été), un profil de l'atmosphère est systématiquement mis à disposition, fournissant des informations qui sont également utiles pour les pilotes. Le nombre de stations dans chaque pays dépend entre autres de leurs superficies respectives. En Suisse, les radiosondages sont effectués par MétéoSuisse à Payerne (voir image).
En cas de vent d'ouest, on peut aussi recourir au sondage de Nancy pour la météo de vol en Suisse (comme à celui de Stuttgart en cas de bise). Pour la journée actuelle et jusqu'à une altitudepression de 400 hPa (7500 m), les profils d'atmosphère sont disponibles gratuitement sur le site web de MétéoSuisse (lien à la fin de l'article).
En se basant sur une situation météo typique pour chacune des saisons d'hiver et d'été, les profils sont expliqués un peu plus précisément ci-après.
Situation stable de haute pression avec inversion
La situation du graphique 1 caractérise une situation stable de haute pression avec inversion, telle que survenant typiquement en Suisse en automne et hiver, accompagnée d'une nébulosité de type stratus au-dessus de la plaine. Dans un tel cas, de l'air chaud repose sur une couche d'air froid. Dans la troposphère normalement, la température baisse d'environ 0,65°C chaque fois qu'on s'élève de 100 mètres, et ceci en moyenne jusqu'à 12 000 mètres d'altitude (tropopause), jusqu'à atteindre -56,5°C environ. Ensuite, dans la stratosphère, la température remonte. Dans le cas d'une situation d'inversion, telle qu'identifiable dans le graphique 1 du 11 novembre 2011 (12h00 UTC), la température commence à baisser comme prévu dans l'air froid, puis se réchauffe avec l'altitude à partir d'une certaine limite. Une couche nuageuse de type stratus, pouvant atteindre plusieurs centaines de mètres d'épaisseur, se forme dans l'air froid. La limite supérieure des nuages se trouve à l'endroit où la température, avec l'accroissement d'altitude, se met à remonter. Ce changement dans l'évolution de la température est parfaitement identifiable dans le profil. En-dessous de cette limite, les valeurs de la température (ligne rouge continue) et du point rosée (ligne rouge discontinue) sont très proches l'une de l'autre sur environ 400 mètres, distance correspondant à peu près à l'épaisseur de la couche nuageuse. La limite du zéro degré est en outre facilement lisible sur le profil: elle se trouve au point où la courbe rouge des températures coupe celle, plus épaisse et noire, de l'isotherme 0°C.
Une inversion agit comme une couche isolante. Les particules (aérosols), ainsi que l'air plus humide constituant la couche froide sous-jacente, ne parviennent pas jusqu'à la couche supérieure chaude. Ce phénomène se manifeste par une limite supérieure clairement définie pour les nuages ou le stratus, et par la visibilité à longue distance souvent très bonne au-dessus de l'inversion. Détail important en passant: le point de rosée peut afficher une valeur presque identique à celle de la température, ce qui révèle un très haut degré d'humidité de l'air. Le point de rosée ne peut toutefois jamais être supérieur à la température.
En haut et au centre se trouvent la date et l'heure (Z = UTC). Sur les axes verticaux sont indiqués: à gauche l'altitude-pression en hPa, et à droite, l'altitude en mètres et pieds. Les lignes de même température (isothermes) sont tracées en noir en continu (de la gauche en bas vers la droite en haut), avec écarts de 2°C. L'isotherme à 0°C est plus épaisse que les autres. Sur l'axe horizontal, les isothermes sont marquées par intervalles de 10°C. Les deux courbes rouges (au centre à gauche) montrent la température (ligne continue) et l'évolution du point de condensation (ligne traitillée). La ligne vert clair marque le tracé «adiabatique sec», et la bleu clair, celui «adiabatique humide». En bas à droite se trouve l'échelle pour un vent de 0 à 100 noeuds («kt», courbe rouge tout à droite). Les flèches rouges indiquent la direction du vent.
Zudem bietet www.flugwetter-seminare.ch Weiterbildungskurse für Piloten an, bei denen die Interpretation der Emagramme ebenfalls Thema sind.
Marais barométrique au-dessus de la zone alpine
La deuxième situation météo (graphique 2) montre un cas de répartition des pressions relativement uniforme au-dessus de la zone alpine qui, typiquement durant le semestre estival, peut être accompagnée de convection et de tendance aux averses, ainsi que d'orages locaux. Au fil d'une journée d'été, le soleil chauffe le sol et celui-ci en retour réchauffe la couche d'air le recouvrant. Il en résulte une tranche d'air (ou bulle d'air) plus chaude que l'air environnant. Si cette «bulle» plus chaude se sépare du sol, elle monte en générant une ascendance thermique. Ce faisant, l'air de cette bulle connaît un refroidissement «adiabatique sec» à raison de 1°C par 100 mètres d'élévation, la vapeur d'eau qu'il contient ne se condensant pas tout de suite (l'humidité relative de l'air étant inférieure à 100 pour cent). À partir d'une certaine température cependant, la vapeur d'eau dans l'air ascendant commence à se condenser (l'air plus froid pouvant en contenir moins), et des gouttelettes d'eau visibles se forment. Dès cette altitude (niveau de condensation), l'air est saturé, c'est-à-dire que son humidité relative atteint 100 pour cent. Mais si l'air environnant continue d'être plus froid que celui de notre «bulle», celle-ci poursuit sa montée. Comme la condensation libère de la chaleur, la «bulle» commence à se refroidir de manière «adiabatiquement humide», à raison de 0,65°C tous les 100 mètres. Le 11 mai 2011 (graphique 2) aux alentours de midi, une température d'environ 24°C régnait à Zurich. Si une bulle d'air dépasse cette température et se met à monter, le processus décrit ci-dessus s'enclenche.
En cas de stratification atmosphérique telle que présentée dans le graphique 2, l'air grimpe jusqu'au niveau de condensation, initiant la formation d'un cumulus. Contrairement au profil hiver-nal «sec» (graphique 1), la valeur du point de rosée reste très proche de celle de la température tout au long du profil, car l'humidité de l'air est comparativement haute. Une fois le niveau de condensation atteint, la bulle d'air continue à monter jusqu'à ce que sa température corresponde à celle de l'air ambiant (visuellement, un cumulus CU apparaît alors). Si la bulle d'air continue à monter jusqu'à la tropopause (comme c'était le cas le 11 mai 2011), des cumulus s'étirant jusqu'à haute altitude (TCU) naissent tout d'abord, évoluant finalement en cumulonimbus (CB). La forme typique «en enclume» des CBs apparaît alors, quand l'air ascendant est stoppé par la tropopause et s'étale sur les côtés. Ainsi des orages locaux se sont-ils abattus sur la Suisse le 11 mai.
Indications importantes fournies par les TEMPs
D'autres renseignements peuvent être encore obtenus des «TEMPs». Ainsi peut-on déterminer le début, la fin et l'intensité de la convection, la base et le sommet des cumulus, aussi bien que le risque de développement de CBs. Un peu de pratique permet même d'estimer la qualité des ascendances attendues: un aspect intéressant surtout les vélivoles, mais non négligeable pour autant pour les pilotes de vol à moteur, pouvant ainsi éviter les zones de forts thermiques et turbulences. Le niveau de condensation se détermine approximativement par une règle empirique: le «spread» (différence entre la température et le point de condensation) au sol multiplié par 400 donne une bonne estimation de la hauteur de la base des nuages au-dessus du sol (en pieds). Le profil éolien indique en outre s'il s'agit d'une situation avec advection d'air chaud ou froid. Si la direction du vent tourne vers la droite avec l'augmentation d'altitude, on a affaire à une advection d'air chaud. Si elle tourne vers la gauche, il s'agira d'une advection d'air froid, impliquant un risque accru d'averses.