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Le stratus et sa limite supérieure
Une journée d'automne classique est derrière nous : jeudi, une grande partie du Plateau était recouvert d'un épais brouillard. Au-dessus de 2000 mètres par contre, l'ensoleillement était excellent. Dans le blog d'aujourd'hui, nous nous concentrons sur la prévision du brouillard et sur la manière de prévoir sa limite supérieure.
Ensoleillé avec du stratus
La journée de jeudi à commencé avec une épaisse nappe de stratus recouvrant le Plateau en dessous de 2000 m.
C'était exceptionnellement aussi vrai, non seulement pour lePlateau, mais aussi pour la plupart des vallées alpines (y compris les vallées alpines intérieures). Au cours de la journée, la couverture de stratus ne s'est ouverte que dans l'extrême nord (Schaffhouse, Bâle) et dans le haut des vallées alpines. La température n'a pas beaucoup évolué avec le manque de soleil et le souffle de bise. Elle est restée comprises entre 7 et 10° durant toute la journée. Au Mont Pilate, à 2100 m, la température a été douce avec environ 7°.
Sur le versant sud des Alpes, la journée a commencé avec un ciel sans nuage et beaucoup de soleil. Avec le courant du sud-est, de l'air légèrement plus humide était transporté de la vallée du Pô vers le Tessin durant la journée (dans le jargon technique, ce phénomène est également connu sous le nom de "Retour d'Est"). En conséquence, des cumulus plats se sont formés l'après-midi. La température a atteint des valeurs maximales de 16 à 18°.
Deux couches de stratus
Un regard sur la webcam de Brün (1320 m, GR) en direction des gorges du Rhin, à 1300 m d'altitude, montre que deux couches de stratus pourraient se former pendant la nuit. La plus basse se situait entre 800 et 1200 mètres, la plus haute entre 1500 et 2000 mètres. Notre modèle COSMO-1E a assez bien prédit ces deux limites supérieures, comme on peut le voir plus bas dans l'animation avec les profils modélisés de température et d'humidité (flèche verte).
La prévision actuelle du brouillard du modèle COSMO-1E
L'animation du profil vertical prévu montre l'évolution du stratus jeudi : aux petites heures du matin, les deux couches de stratus peuvent être vues à 1000 mètres (environ 900 hPa) et à 1900 mètres (environ 800 hPa). Plus loin, la moitié droite de l'animation montre le profil du vent selon l'altitude : au-dessus des nuages, il n'y a qu'un vent faible. Sous le stratus, la bise modérée avec des rafales d'environ 20 nœuds (un peu moins de 40 km/h) est visible juste sous l'inversion de température.
Selon les calculs du modèle, la couche supérieure du stratus aurait dû se dissoudre relativement rapidement, alors que la couche inférieure devrait rester. Cette dernière devrait ensuite remonter vers 1500 mètres à midi, avant de redescendre le soir, lorsque la bise s'essoufle et que la subsidence se fait sentir. La subsidence est l'affaissement de la masse d'air dans une zone de haute pression. Les masses d'air se réchauffent lors de l'affaissement par compression et s'assèchent en conséquence (la distance entre la température et le point de rosée augmente sur le profil). Par conséquent, l'inversion est également de plus en plus accentuée.
En réalité, la séquence n'était alors pas aussi claire. Dans les vallées alpines, la couche inférieure s'est désintégrée et sur le Plateau, les deux couches nuageuses sont restées ou se sont mélangées pendant la journée. En conséquence, la limite supérieure est restée relativement constante dans la fourchette de 1800 m.
Comment prévoir le brouillard ?
Le développement ci-dessus illustre la complexité du phénomène de brouillard/stratus. Divers processus physiques influencent le développement d'une couverture de brouillard, et ils agissent réciproquement et sur plusieurs ordres de grandeur spatio-temporels.
Le développement météorologique à grande échelle prépare la "scène" sur laquelle se déroule le spectacle du brouillard. Le rayonnement à ondes courtes simples et à ondes longues influence le bilan énergétique du corps d'air froid dans lequel se développe la couverture de brouillard. Les gradients de pression à grande échelle et régionaux influencent l'étendue spatiale d'une couverture de brouillard et le flux qui la déplace. Enfin, les effets microphysiques tels que le type et le nombre de petites particules en suspension dans l'air (aérosols) déterminent également le développement d'une couverture de brouillard en influençant le nombre et la taille des gouttelettes d'eau qui composent le nuage.
Le gradient de pression Payerne-Strasbourg comme outil de prévision
Le lien entre les gradients de pression régionaux et l'étendue spatiale du brouillard était déjà connu au siècle dernier. Aujourd'hui encore, ces connaissances représentent la "colonne vertébrale" des prévisions quotidiennes de brouillard et de stratus en Suisse et complètent les bases de prévisions modernes assistées par ordinateur, qui présentent souvent des lacunes dans ce phénomène.
H. W. Courvoisier (1976, lien vers les travaux voir ci-dessous) a étudié la corrélation entre la durée d'ensoleillement mesurée dans les 31 stations météorologiques disponibles à l'époque sur le versant nord des Alpes et le gradient de pression Payerne-Strasbourg sur 153 jours avec inversions de température pendant les hivers 1968/69 à 1974/75. Ses statistiques ont montré que non seulement la durée d'ensoleillement dans les plaines du versant nord des Alpes mais aussi le niveau de la mer de brouillard montraient une dépendance significative de ce gradient de pression. Il a résumé ces relations dans un tableau, qui figure dans l'image ci-dessus.
L'extension du brouillard et son altitude sont étroitement liés
Les modèles informatiques à mailles grossières peuvent très bien prédire la distribution de la pression, la différence de pression Payerne-Strasbourg de ces modèles peut être utilisée comme "proxy" pour prédire la limite supérieure du brouillard au nord des Alpes. Et ce n'est pas tout : en Suisse, c'est avant tout le relief qui détermine l'étendue spatiale d'un lac d'air froid. Ainsi, indirectement, la répartition approximative du brouillard dans la région peut également être estimée. Courvoisier a également décrit cette relation sous forme de cartes qui montrent la durée relative moyenne d'ensoleillement, et donc, la présence d'une couverture de brouillard en fonction du gradient de pression Payerne-Strasbourg.
Premier jour de brouillard difficile à prévoir après le passage d'un front
La prévision du brouillard n'est pas aussi simple que celle qui vient d'être décrite : les statistiques décrivent le niveau moyen du brouillard, qui, dans des conditions stables, reflète de manière fiable l'état de l'atmosphère. Elle devient cependant problématique lorsque les conditions de pression changent rapidement, et souvent le premier "jour de brouillard" après un passage d'un front, comme c'était le cas jeudi, cause des problèmes.
Dans de telles situations, nous mettons davantage l'accent sur les modèles dans l'élaboration de la prévision. En fait, le modèle COSMO-1E a mieux reflété le développement compliqué du stratus jeudi que les méthodes empiriques.
Courvoisier savait également que ses statistiques sur la valeur moyenne devaient être utilisées avec prudence dans les prévisions. Il a noté que :
"... un temps de réaction ou déphasage d'environ 12 à 18 heures existe entre le changement de gradient Payerne-Strasbourg et le changement de hauteur de la mer de brouillard ...
Le plus souvent à 16 heures, en partie aussi seulement à 19 heures, apparaît un gradient qui dure sans changement substantiel jusqu'au lendemain matin et qui est évidemment décisif pour la hauteur de la mer de brouillard et la durée d'ensoleillement du jour suivant."
La différence de pression mesurée Payerne-Strasbourg a diminué jeudi en cours de journée, passant de -3,2 hPa à -1,8 hPa. L'évolution prévue de la différence de pression montre que l'on peut s'attendre à une nouvelle diminution jusqu'à la nuit de samedi et à une différence positive à partir de samedi. La couverture de brouillard n'est donc pas dans un "état stable", mais est soumise à une modification non négligeable des conditions de pression qui agissent sur elle.
Comparaison des deux approches de prévision
Il résulte de la différence de pression actuelle et de la poursuite de la courbe que la hauteur de la mer de brouillard diminuera progressivement vendredi et samedi et - compte tenu des cartes de Courvoisier - se retirera en même temps à nouveau des vallées alpines et se limitera au Plateau. Cette affirmation est à nouveau étayée par la prévision de probabilité du modèle COSMO-2E pour une durée d'ensoleillement supérieure à 80 %, indiquée dans les deux cartes suivantes :
Le calcul de cette variable n'est pas basé sur la différence de pression Payerne-Strassburg, mais prend en compte l'évolution de la couverture nuageuse, qui est calculée par les 20 différents membres du modèle, qui sont toutes légèrement différentes. Le "signal de brouillard" sur le Plateau oriental est clairement visible dans les cartes de probabilité et est conforme au scénario élaboré indépendamment selon la méthode de Courvoisier, ce qui augmente la confiance dans la prévision.
Référence : Courvoisier, H. W. (1976). La dépendance de la durée d'ensoleillement du gradient de pression à petite échelle en région de plaine lors des situations d'inversion hivernale. Rapport de travail n° 62 de l'Institut Météorologique Suisse, Zurich.
Disponible en ligne : https://www.meteoschweiz.admin.ch/content/dam/meteoswiss/de/Ungebundene-Seiten/Publikationen/Fachberichte/doc/arbeitsbericht62.pdf (dernier accès le 5 novembre 2020).