Transcript Météorologie - Collège Marie Mauron à Pertuis

Brevet d’Initiation Aéronautique
Collège Marie Mauron
Pertuis
2009-2010
Météorologie 1/2
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Météorologie
La météorologie repose sur l'observation régulière des phénomènes
météorologiques et sur l'étude des lois qui régissent les gaz de l'atmosphère,
leurs changements d'état et leurs mouvements
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Météorologie
•Atmosphère: composition, pression atmosphérique, température, humidité,
instruments de mesure.
•Masses d’air : notion sur les masses d’air, classification et propriétés.
•Nuages: constitution, représentation. classification et description.
•Vents: caractères généraux, direction, intensité, relations entre vent et
pression atmosphérique.
•Fronts: définition différentes sortes de fronts, nuages liés aux fronts, systèmes
nuageux.
•Phénomènes dangereux pour l’aviation : brouillard, brume, givre, grains,
orage, foudre, précipitations, turbulences, applications aux vols / dossier météo.
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Météorologie
•L’atmosphère représente une très mince « peau » autour
du globe terrestre.
•L’atmosphère est composée de 3 couches principales
•Mésosphère
•Stratosphère
•Troposphère
•99% de l’atmosphère est concentrée dans la plus base
couche: la troposphère ( env. 12-15000 m : 8km aux pôles
et 18km à l’équateur).
Espace
Mésosphère
50 000 m
Stratosphère
12-15000 m
0m
Tropopause
Troposphère
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Météorologie
Composition de l’air dans l’atmosphère
1%
21%
Azote 78%
Oxygène 21%
78%
Composition volumétrique de l’air sec
Azote
78%
Oxygène
21%
Argon
0.9%
Gaz carbonique
traces
Hélium
traces
Hydrogène
traces
Ozone
traces (concentrées entre 10 et 50 km)
Gaz rares, vapeur d'eau 1%
NB: Dans un volume d’air la proportion de
vapeur d’au est de quelques grammes pour
un kilogramme d’air.
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Météorologie
Les corps peuvent avoir différents états,
les changement d’états peuvent intervenir lors de
• Refroidissement
•Contact
•Détente
•Réchauffement
•Rayonnement
•Pression
•Conduction
•Convection
Gazeux
Liquide
Fusion
Solide
Solidification
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Météorologie
Exemples de refroidissement et réchauffements
Air Chaud
Surface froide
(Terre ou Mer)
Air refroidi
Refroidissement
Élévation / détente
Réchauffement
Descente/ compression
Air Chaud
Air
réchauffé
Refroidissement
par contact
Air réchauffé
par
conduction
Air Froid
Réchauffement par
rayonnement
Air Froid
convection
Air Froid
conduction
Surface Chaude
convection
Réchauffement
par conduction / convection
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Météorologie
Humidité et Saturation de l’air en vapeur d’eau
• Humidité: Quantité de vapeur d’eau contenue dans l’air. La vapeur d’eau est
apportée par les oceans (+70% de la surface du globe) et l’évapotranspiration des
forêts.
•Saturation: Quantité maximum de vapeur d’eau par volume d’air, cette quantité varie
avec la température
•Humidité relative: C’est le rapport entre la quantité d’eau dans un volume d’air et la
quantité maximum que ce même volume d’air pourrait contenir
Exemple pour 1 m3 d’air à la pression de 1000 hPa
Température
de l’air ( °C)
Quantité maximum de
vapeur d’eau (g)
-40°C
0,1g
-20°C
0,7g
0°C
4g
+20°C
15g
+40°C
46g
exemple: 1 m3 d’air à 1000 hPa et
à +20°C, contenant 10g de
vapeur d’eau aurait une humidité
relative de 66,66%
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Météorologie
•Dans l’atmosphère la température et la pression diminuent
avec l’altitude.
•Dans les couches basses ( Troposphère) on peut considérer
que la température et la pression diminue régulièrement quand
l’altitude croît.
•Pression
-1 hPa pour chaque 28 ft d’élévation
•T°
-2°C pour chaque élévation de 1000ft
équivalent à - 6,5°C par 1000 m
Mésosphère
50 000 m
Stratosphère
12-15000 m
Tropopause
Troposphère
Tropopause: 1er niveau ou le
gradient vertical de température est
inférieur à -2°C par tranche de 1000ft
sur plus de 2000m d’épaisseur
0m
( hPa) 10 ……… 1013
-60° -40° -20° -10° 0° 10° 20° 30°
•La pression est exprimée en hecto-Pascal ( hPa)
•La température est exprimée en degrés Celcius ( °C)
•L’humidité est exprimée en pourcentage ( % )
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Météorologie
Résumé:
Pression
•La pression est mesurée avec un baromètre.
•Elle est exprimée en hectoPascal ( hPa).
•La pression standard est de 1013,25 hPa au niveau de la mer ( equiv. 76mm de mercure )
•On peut considérer que le pression décroît régulièrement avec l’altitude ( -1 hPa par 28 ft )
dans les couches basses de l’atmosphère.
Température
•La température est mesurée avec un thermomètre.
•Elle est exprimée en degrés Celcius ( °C)
•Elle est minimale environ 1h après le lever du soleil,
•Elle est maximale environ 1h après le passage du soleil à son zénith.
•Elle décroît régulièrement avec l’altitude ( -2°C par 1000 ft ou -6,5°C par 1000 m ), jusqu’à
un niveau variable ( entre 11000 et 15000 m ) ou il y a une inversion ( la température
augmente avec l’altitude ). Ce niveau s’appelle la tropopause.
Humidité
•L’humidité est mesurée avec un hygromètre
•L’humidité relative indique la quantité de vapeur d’eau présente dans un volume d’air
relativement à la quantité maximum que celui-ci peut contenir. Cette quantité maximum
dépend de la pression et de la température. Elle est exprimée en pourcentage ( % ).
•Lorsque cette quantité maximum est atteinte ( 100% ) on dit que l’air est saturé.
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Météorologie
Définitions
•Les surfaces d’égale pression constituent une surface isobare.
•Un Anticyclone est une zone de hautes pressions. Il est représenté sur les cartes
par la lettre A ( ou H ). Les pressions diminuent en s’éloignant du centre de
l’anticyclone.
•Une Dorsale est un axe de hautes pressions.
•Une Dépression est une zone de basses pressions.
Elle est représentée sur les cartes par la
lettre D ( ou L ). Les pressions augmentent
en s’éloignant du centre de la dépression.
•Un Thalweg est un axe de basses pressions.
•Un Col sépare deux anticyclones ou deux dépressions.
•Un Marais barométrique est une
zone de basses pressions
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Météorologie
Les masses d’air
•Une masse d’air est un grand volume d’air à l’intérieur duquel les
paramètres de températures et d’humidité sont proches.
•Il existe 4 types de masses d’air,
•les masses d’air arctique/antartique
•les masses d’air polaire
•les masses d’air tropical
•les masses d’air équatorial
Air froid
(froid et sec)
(froid et sec)
(chaud et humide)
(chaud et humide)
•Ces masses d’air se déplacent l’une par rapport à l’autre, et changent
de nature, en traversant les ceintures terrestres (latitudes), et les
altitudes.
Air chaud
Air chaud
•La surface de contact entre les masses d’air constitue un front
front
Air froid
Air chaud
Air froid
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Météorologie
Les fronts
Une descente d’air polaire
enfonce le front polaire vers le
sud-est, entraînant par
contrecoup une remontée d’air
chaud tropical vers le nord-est.
Cet air chaud, léger, surmonte
l’air froid polaire, tout en
engageant dans le sens inverse
des aiguilles d’une montre un
mouvement de rotation des
masses d’air
front froid
Naissance du front
Air froid
Depression
L’ondulation s’amplifie, ainsi que la rotation dans
le sens inverse des aiguilles d’une montre
des masses d’air et le mouvement vers le haut de
l’air chaud.
Ce mouvement est générateur d’une baisse de
pression atmosphérique, ou d’une «dépression »
Air chaud
front chaud
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Météorologie
Les fronts
Installation des fronts froid et chaud
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Météorologie
Les fronts
1
1
3
2
2
4
3
4
Etat des front avant la phase finale de la perturbation
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Météorologie
Les fronts
Le front froid « rattrape » le front chaud,
formation d’une occlusion
Lorsque le front est complètement
« occlus » c’est la fin de la perturbation
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Météorologie
Les fronts
Front froid
Front chaud
Front stationnaire
Front occlus
Représentation sur les cartes
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Météorologie
Les vents
•Le vent est un déplacement d’air directement associé aux variations du champ de pression atmosphérique.
•Si la Terre était immobile, le vent se dirigerait directement des hautes pressions vers les basses pressions.
• Par suite de la rotation terrestre, il se produit une déviation des mouvements de l’air vers la droite dans
l’hémisphère nord, et vers la gauche dans l’hémisphère sud ( forces de Coriolis) .
•Lorsque les lignes isobares sont serrées le vent est fort, si elles sont espacées le vent est faible
Dans l’hémisphère Nord:
Autour d’un anticyclone:
Dans le sens des aiguilles
d’une montre
Dans l’hémisphère Nord:
Autour d’une dépression:
Dans le sens contraire des
aiguilles d’une montre
Règle de Buys-Ballot: Si on a le vent dans le dos, les zones de hautes pressions se trouvent
à main droite dans l’hémisphère nord et à main gauche dans l’hémisphère Sud.
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Météorologie
Les vents
Exemple du « Mistral »
Dans l’hémisphère Nord:
Autour d’un anticyclone:
Dans le sens des aiguilles
d’une montre
Dans l’hémisphère Nord:
Autour d’une dépression:
Dans le sens contraire des
aiguilles d’une montre
Règle de Buys-Ballot: Si on a le vent dans le dos, les zones de hautes pressions se trouvent
à main droite dans l’hémisphère nord et à main gauche dans l’hémisphère Sud.
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Météorologie
Les vents
•On caractérise un vent
•Par la direction d’où il vient en degrés par rapport au nord géographique dans les messages météo.
cet angle est mesuré dans le sens des aiguilles d’une montre de 1° à 360°
•Par sa vitesse exprimée en nœuds ( kt)
Exemple: Vent du 270° pour 14 kt
•La vitesse du vent est mesurée avec un anémomètre.
•L’orientation du vent en altitude est décalée par rapport au vent en surface ( environ + 15°)
Exemple: avec un vent du 315° en surface et vent du 330° à 1000 ft AGL.
La manche à air permet d’estimer le vent en surface en vitesse et en direction.
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Météorologie
Les vents
• La brise côtière ou brise thermique
La terre se réchauffe / se refroidit plus vite que la mer. Ces brises sont générées par la différence de
température des deux milieux.
Le jour, après midi le sol étant plus chaud que la surface de la mer, l’air réchauffé au dessus du sol s’élève
et est remplacé par de l’air plus froid venant de la mer. C’est la « brise de mer »
La nuit, la surface de l’eau se refroidit moins vite que le sol, l’air réchauffé au dessus de l’eau s’élève et est
remplacé par de l’air plus froid venant de la terre. C’est la « brise de terre»
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Les vents
Météorologie
• La brise de vallée ou de montagne
Le jour, après midi les sommets se réchauffent plus vite que les fonds de vallée. L’air des sommets
réchauffé s’élève et est remplacé par de l’air plus froid venant du fond de la vallée.
C’est la « brise de vallée montante »
La nuit, les sommets sont plus froids que les fonds de vallées. L’air du fond de vallée s’élève et il est
remplacé par de l’air plus froid venant des sommets.
C’est la « brise de montagne descendante »
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Météorologie
Les vents
Vitesse et direction des vents
Les vents régionaux
Vitesse: Combinaison des symboles
a = 5kt, b = 10kt, j = 50kt
Direction: Orientation de la flèche
Ex: b = 10kt du NE
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Météorologie
Les Nuages
Un nuage est un ensemble de particules très fines d'eau liquide ou solide, obtenues par condensation de la
vapeur d’eau et maintenues en suspension dans l'atmosphère par les mouvements verticaux de l'air et dont la
saturation peuvent entraîner la chute de précipitations sous forme de pluie, neige ou glace.
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Météorologie
Les Nuages
La forme et l’extension verticale dépendra de la stabilité de l’air ambiant.
Stabilité
Supposons une tranche d’atmosphère où la décroissance verticale de température est inférieure à 1°C par 100 mètres
(ex: 16°C au sol et 13°C à 500 m)
Les particules d’air soulevées, se refroidissent par détente adiabatique (1) plus vite que l’air ambiant
(ex: 16°C au sol et 11°C à 500 m)
Elles sont alors plus froides, donc plus denses que l’air ambiant et retournent d’elle-même à son niveau d’équilibre.
Cette tranche d’atmosphère est dite stable.
Instabilité
Supposons une tranche d’atmosphère où la décroissance verticale de température est supérieure à 1°C par 100 mètres
(ex: 16°C au sol et 9°C à 500 m)
Les paticules d’air soulevées se refroidissent par détente adiabatique (1) moins vite que l’air ambiant.
(ex: 16°C au sol et 13°C à 500 m)
Elles sont alors plus chaudes, donc moins denses que l’air ambiant et poursuivent leur ascension à la moindre sollicitation.
Cette tranche d’atmosphère est dite instable.
L’atmosphère est constituée d’une succession de couches d’air instables et stables.
Les couches stables bloquent les mouvements de convection.
(1) adiabatique: sans apport ou échange avec le milieu extérieur
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Météorologie
Les Nuages
Les nuages sont classifiés selon leur altitude, du sol à
la tropopause ( env. 12-13000 m vers la latitude 45° )et
leurs formes Cumuliformes ou Stratiformes.
•Etage inférieur
•Etage moyen
•Etage supérieur
(
Sol < alt < 2000 m )
( 2000 m < alt < 4500 m )
( 4500 m < alt < Tropopause )
•Certains nuages « à grande élévation » sont présents
à plusieurs niveaux. C’est le cas du CumuloNimbus et
de certains cumulus comme le Cumulus Congestus ou
Tower Cumulus
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Météorologie
Les nuages
Les fronts sont le lieu d’élévation de masse d’air chaud et sont générateurs de nuages
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Météorologie
Les nuages
Les fronts sont le lieu d’élévation de masse d’air chaud et sont donc générateurs de nuages caractéristiques
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Météorologie
Les nuages
Les fronts sont le lieu d’élévation de masse d’air chaud et sont donc générateurs de nuages caractéristiques
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Météorologie
Phénomènes dangereux pour l’aviation brouillard, brume, givre, grains, orage,
foudre, précipitations, turbulence
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Météorologie
Brouillard: Le brouillard est généré par le passage d’une masse d’air humide sur un sol froid.
Le refroidissement de la masse d’air provoque la condensation et génère le brouillard.
On parle de brouillard lorsque la visibilité est inférieure ou égale à 1 km et de brume lorsqu’elle est
comprise entre 1 et 3 km.
Le brouillard est responsable de nombreux accidents et catastrophes aériennes
Exemples:
•1992 Crash du Mont ST Odile près de Strasbourg
•1977 Catastrophe de Ténériffe, collision de deux Boeing 747 au sol.
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Météorologie
Givre:
Le givre se dépose sur les certains points caractéristiques de l’avion ( bord d’attaque, nez, dérive
verticale, hélices, …. ) lors de la traversée de brouillard ou nuages contenant de fine goutellettes d’eau ou de
la pluie surfondue. Il se produit le plus souvent lorsque la température est comprise entre 0° et -15°C, mais
peut se produire à des températures beaucoup plus basses.
Le Givre alourdit l’avion et peut bloquer ses gouvernes au point de le rendre incontrôlable.
Il est responsable de nombreux accidents et catastrophes aériennes
Exemples:
•1982 Crash d’un Airbus au décollage dans le Potomac.
•Les avions commerciaux sont
dégivrés au sol avant le décollage.
•Les avions volant dans des
conditions givrantes sont équipés de
systèmes permettant d’éliminer le
givre ou de prévenir sa formation.
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Météorologie
Grains : Le grain orageux
se développe lorsque le cœur de pluie devient trop pesant pour être soutenu
par les courants ascendants qui génèrent le nuage. Ce sont les rafales descendantes qui causent les grains.
Les grains peuvent être très violents et durent de quelques secondes à plusieurs minutes.
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Météorologie
Turbulences : On appelle turbulence un écoulement non laminaire de l’air. Il existe des turbulences
d’origine thermique ou d’origine dynamique.
Les turbulences rendent le vol inconfortable et peuvent amener l’aéronef à ses limites structurelles.
Pour chaque avion, Il existe une vitesse limite (VNO) à ne pas dépasser en atmosphère turbulente.
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Météorologie
Cumulonimbus ( Cb) : Les cumulonimbus sont des nuages de très gros volumes et de très grande
extension verticale ( Jusqu’à 12-13000m) . Ils sont le siège violent de tous les phénomènes
météorologique confondus : Vents, turbulences, ascendances, rabattants, grêle, pluie, neige, foudre,….. Ils
se déplacent rapidement et peuvent former des barrières infranchissables.
Ils sont extrèmement dangereux pour l’aviation et incompatibles avec le vol d’avion légers.
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FIN
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