Vent thermique

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Le vent thermique n'est pas un vent réel mais plutôt un concept pratique en météorologie pour calculer la variation du vent entre deux altitudes quand on connaît la structure thermique de la masse d'air.

Sommaire

[modifier] Définition

Dans l'atmosphère terrestre, le vent est dû à un équilibre entre différentes forces que sont le gradient de pression, la force de Coriolis, la gravité, la force centrifuge et la friction. À grande échelle, dite échelle synoptique, et suffisamment haut pour que la friction du terrain soit négligeable, la pression et Coriolis demeurent les seules forces dans l'équation. Il s'agit de l'équilibre géostrophique qui donne le vent géostrophique.

Le vent géostrophique selon les axes x et y à une altitude (Z) est donc:

v_g = \frac {g}{f} \frac {\partial Z}{\partial x} \qquad et \qquad u_g = - \frac {g}{f} \frac {\partial Z}{\partial y}

Selon cet équilibre, on utilise l'hypothèse hydrostatique et la loi des gaz parfaits pour calculer la relation entre la pression (p) et la température (T):

\frac {\partial Z}{\partial p} = - \frac {gRT}{p}

En combinant les deux, on obtient la relation qui donne le vent thermique (VT):

\vec V_T = \vec V_g(p_1) - \vec V_g(p_0) = - \left ( \frac {R}{f} \right )\int_{p_0}^{p_1} \left( \vec k \times \vec \nabla T \right ) d\ ln\ p
Où: \begin{cases} f = Facteur\ de\ Coriolis\ =\ 2 \Omega Sin \phi \\ v_g\ et\ u_g\ sont\ les\ composantes\ selon\ x\ et\ y \\ \Phi \ est\ le\ g\acute{e}opotentiel \\ \Omega = Vitesse\ angulaire\ de\ rotation\ de\ la\ Terre \\ \phi = latitude \\ R = constante\ des\ gaz\ parfaits \\ g = acc\acute{e}l\acute{e}ration\ gravitationelle =\ 9,81\ \frac {m^2}{s^2} \\ \vec k\ selon\ l'axe\ z \end{cases}

[modifier] Formulation avec les températures

Si on prend une température moyenne dans la couche entre p0 et p1 comme \bar T, l' équation pour le vent thermique devient :

\vec V_T = - \frac {R}{f} \left( \vec k \times \vec \nabla \bar T \right )_p ln \left( \frac{p_1} {p_0} \right)

\rightarrow Le vent thermique est donc perpendiculaire au gradient de T, avec les températures les plus basses à gauche dans l'hémisphère nord (à droite dans celle du sud).

[modifier] Formulation avec le géopotentiel

Ou si on transforme cette équation en utilisant le géopotentiel (Φ) :

\vec \mathbf{V}_T = \frac {\vec \mathbf{k} \times \vec \nabla ( \Phi_1 - \Phi_0 )} {f}

\rightarrow Le vent thermique est donc perpendiculaire au gradient Φ, avec le géopotentiel le plus bas à gauche dans l'hémisphère nord (à droite dans celle du sud).


Nota : Le vent thermique est indéterminé près de l'équateur puisque \, f y est nul et que VT devient infini.

[modifier] Usage

[modifier] Fronts et courant-jet

Selon la définition ci-dessus, une masse d'air où la variation de température avec l'altitude est la même partout n'aura aucun vent thermique. Le vent sera le même à toutes les altitudes, c'est ce qu'on appelle une masse d'air barotrope. Par contre, lorsqu'il y'a une variation de la température moyenne quand on se déplace selon x ou y, cela veut dire que le vent variera avec l'altitude et c'est alors une atmosphère barocline.

Dans la réalité, il y a généralement des contrastes thermiques dans l'atmosphère. En effet, les pôles et l'équateur ne sont pas réchauffés de la même façon par le Soleil à cause de l'angle d'incidence des rayons solaires. Comme les températures les plus froides sont aux pôles et les plus chaudes à l'équateur, le gradient de températures sera vers les pôles. Par la définition du vent thermique, il va suivre ce gradient et être de direction générale d'ouest vers est. Cependant, la répartition de la chaleur n'est pas uniforme à cause des mouvement de l'air et le vent thermique se repère donc facilement sur une carte météorologique par les zones où la températures change rapidement: les zones frontales.

Dans ces zones, le vents change rapidement avec l'altitude et donne naissance au courant-jet. Cependant, à la tropopause, la température devient stable avant de réchauffer dans la stratosphère. Comme la tropopause est plus basse aux pôles qu'à l'équateur, le vent thermique change donc de direction à ce niveau car la température se réchauffe plus rapidement au nord ce qui inverse le gradient de température et donc le vent thermique. C'est ce qui forme le sommet du courant-jet.

[modifier] Advection de température

Si le vent géostrophique tourne avec l'altitude, il transporte de l'air d'une certaine température depuis une zone vers une autre qui a une température différente. Il s'agit d'avection chaude ou froide selon le cas. Ceci change la distribution thermique et naturellement crée un vent thermique.

Une advection d'air chaud par le vent géostrophique va donc créer un gradient thermique perpendiculaire au vent et donc un vent thermique vers l'est ce qui cause une rotation dextrogyre des vents en altitude. L'inverse se produit pour une advection froide.

[modifier] Bibliographie

[modifier] Voir aussi

[modifier] Articles connexes

[modifier] Liens externes