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Cours météo - Les radiosondages


 

En météorologie, les radiosondages sont indispensables pour bien prévoir le temps. Mais de quoi s'agit-il exactement ?

Un radiosondage n'est autre qu' une mesure verticale de plusieurs paramètres (température, pression, vent, humidité …) de la troposphère à la tropopause. Cette mesure est réalisée par un ballon sonde qui enregistre ces données durant son ascension et qui les restituent sous forme d'émagramme (exploitation du radiosondage).

Un radiosondage constitue une grande source d'informations, notamment pour la prévision des orages. À l'aide de ces données recueillies en altitude nous disposons d' une meilleure connaissance de l'atmosphère ce qui permet de compléter les mesures des stations météorologiques au sol.

 

Ballon sonde

 

Les météorologues peuvent ainsi se faire une idée de la stabilité de l'air, du type de masse d'air, des couches nuageuses et de l'évolution de ces paramètres autour du point où a été lâchée la radiosonde. Les données d'un ensemble de radiosondes permettent de représenter en trois dimensions l'atmosphère. Celles-ci sont exploitées pour la prévision météorologique.

Les modèles de prévisions numériques du temps résolvent l'ensemble des équations différentielles de la physique de l'atmosphère grâce à de très puissants ordinateurs (supercalculateurs). Les radiosondages obtenus permettent de fournir les données initiales aux modèles numériques et sont donc un maillon essentiel de la chaîne de prédiction du temps. Toutefois, le coût élevé en hommes et en matériel du vaste réseau mondial de radiosondage a conduit à son réexamen récemment.

Les lancers de ballons (radiosondes) ont été grandement automatisés depuis les années 1990 et certaines stations météorologiques ont été fermées. D'autres capteurs tels les mesures par avions de ligne et par satellites météorologiques se sont développés . Or, les radiosondages ont un certain avantage que les satellites ou les avions n'ont pas. Il s'agit de la possibilité de réaliser des mesures quel que soit le temps et toujours aux mêmes endroits alors que les autres méthodes ne sont pas aussi robustes.


 

1| Lire un radiosondage

 

Comme dit précédemment, une fois le radiosondage réalisé, les données sont ensuite reportées sur un émagramme (voir cours sur les émagrammes) de ce type :


 

Émagramme
 

 

Seulement il existe des paramètres et des indices (pour la prévision des orages) qui nous permettront d'étudier plus en profondeur l'allure du tracé, par le biais du radiosondage, présent sur l'émagramme. Ceux-ci sont la plupart du temps évoqués en anglais donc une traduction des termes semble primordiale.

 

→ Tout d'abord rappelons nous des plus simples paramètres.

La température, exprimée en degrés Celsius (°C) est représentée à la base du graphique. À gauche du sondage est affiché la pression (pressure en anglais) en hectopascal (hPa). À droite, l'altitude (height en anglais) est exprimée en kilomètres (km). Enfin, le rapport de mélange de saturation (Mixing Ratio) est présent en haut du graphique et s'exprime en g/kg.

 

→ Pour mieux comprendre le principe d'un radiosondage prenons un exemple :

 

Émagramme

 

- La courbe pointillée indique la température du point de rosée.

- La courbe continue indique la température de l'air .

On suppose que l'atmosphère est instable au moins jusqu'à la base des nuages (cumulus). L'air quitte le niveau du sol avec une pression de 1 000 hPa, une température de 30°C (point A), un rapport de mélange saturant de 30 g/kg (point A), un rapport de mélange réel de 4 g/kg (point B) et un point de rosée de 0°C (point B).

L'air ascendant se refroidit en suivant l'adiabatique sèche (courbes pleines en gras) car il n'a pas le temps d'échanger de chaleur avec l'air ambiant. Le rapport de mélange saturant diminue car l'air en se refroidissant est capable de contenir de moins en moins d'humidité. Le rapport de mélange réel reste constant car on suppose que l'air ascendant n'échange pas d'humidité avec l'air ambiant. Lorsque le rapport de mélange saturant atteint le rapport de mélange (en suivant le trait bleu et rouge), l'humidité commence à se condenser ; c'est le point de convection libre, c'est à dire généralement la base du nuage (à 3 500 mètres sur le schéma).

Une remarque reste néanmoins nécessaire. Qu'en est-t-il du sommet du nuage ? Une deuxième intersection entre la courbe représentant le point de rosée et celle de la température de l'air indiquant le niveau d'équilibre thermique (c'est à dire le sommet du nuage) ne doit-elle pas apparaître ? La réponse est bien évidemment oui. Ceci étant dit, penchons-nous maintenant sur quelques indices qui seront utiles dans la prévision des orages.


 

2| Les indices d'orages

 

Voici quelques-uns des indices les plus utilisés pour la prévision des orages

 

La CAPE (énergie potentielle disponible) soit la chaleur latente

 

 < 300 j*

 Pas ou peu de risques d'orages

 300 à 1000 j

 Risque d'orages

 1000 à 2500 j

 Orages modérés

 2500 à 3000 j

 Orages violents

*j → joules

 

 

Le LI (Lifted Index) : indice de convection. Il est utilisé pour vérifier la stabilité de la masse d’air. Il se mesure de 3 à - 10°C
 

0 à 2°C

Averses possibles

0 à -3°C

Orages possibles

-3 à -6°C

Orages modérés possibles

-6 à -9°C

Orages modérés probables

< -9°C

Atmosphère extrêmement instable

 

 

Indice K (KI) : mesure de la probabilité de développement d’orages dans les masses d’air

 

Calcul de l'indice K →  KI = (T850 – T500) + TD850 – (T700 – TD700)

 

Explications :

- T850 : température à 850 hPa de pression atmosphérique

- T500 : température à 500 hPa de pression atmosphérique

- TD850 : température du point de rosée à 850 hPa de pression atmosphérique

- T700 : température à 700 hPa de pression atmosphérique

- TD700 : température du point de rosée à 700 hPa de pression atmosphérique

 

Seuils :

- KI < 15 : 0 % de probabilité

- 15 < KI < 20 : 20 % de probabilité

- 20 < KI < 25 : 20 à 40 % de probabilité

- 25 < KI < 30 : 40 à 60 % de probabilité

- 30 < KI < 35 : 60 à 80 % de probabilité

- 35 < KI < 40 : 80 à 90 % de probabilité

- KI > 40 : supérieur à 90 % de probabilité


 

Total Totals index (TOTL)

 

Mesure du potentiel orageux. Indicateur d’orages violents additionnant le CTOT & le VTOT

 

Seuils :

- TOTL < 43 : orages peu probables

- 43 < TOTL < 45 : orages isolés

- 45 < TOTL < 47 : orages répandus

- 47 < TOTL < 49 : orages répandus / orages violents isolés

- 49 < TOTL < 51 : orages violents isolés / orages violents répandus

- 51 < TOTL < 53 : orages nombreux / orages violents nombreux

- 53 < TOTL < 56 : orages violents nombreux / fort risque de tornades


 

Convective Inhibition (CIN) (J/kg)

 

Energie nécessaire pour briser le travail de la force de flottabilité. Cet indice est très utile pour repérer les ascendances violentes au sein d’un nuage cumuliforme.

 

Seuils :

- CIN < 15 : développements de cumulus de beau temps

- 15 < CIN < 50 : averses possibles, des lignes de grains peuvent se développer

- 50 < CIN < 150 : orages possibles, des lignes de grains d’intensité modérée peuvent se former

- 150 < CIN < 200 : fortes lignes de grains inhabituelles peuvent se former

- CIN > 200 : Possibilités de développement de tornades


 

BRC (Bulk Richardson Number)

 

Indice de mesure du type d’orage selon le CAPE et le cisaillement du vent

 

Seuils :

- BRCH < 10 : orages peu probables

- 10 < BRCH < 50 : orages unicellulaires à multicellulaires

- BRCH > 50 : orages supercellulaires

 

 

- PWAT (Precipitable Water) en mm

 

Indice montrant l’eau précipitable maximale exprimée en millimètres (mm)


 

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