Contribution a la prevision des orages et greles

Le 19 Mars 2011 « ….Les autres cultures ont toutes été détériorées par des grêlons suivis de ce gel aussi inattendu qu’inhabituel. Le Maire de la commune espère le soutien des autorités centrales pour aider les paysans à redresser la situation après cette catastrophe… ». [40] Les régions de Hautes-Terressont toujours sous le risque d’averses à caractère orageux, parfois même des orages accompagnés de vents forts. Durant l’année, principalement le début, et la fin de la saison chaude, on entend toujours des rafales de grêles, qui ont beaucoup d’impact dans la société Malagasy, sans parler dans le domaine économique. On a donc le devoir d’aider la population à l’aide de ce manuscrit par l’intermédiaire des prévisionnistes. L’évolution des nuages en cumulonimbus sera le sujet. Car ce météore aqueux, selon les physiciens [41], ou en d’autres termes des mots grecs qui signifient en haut, est la source du problème.

GENERALITE

Définition

Un orage est un phénomène météorologique électrique discontinu violent (Tonnerre, éclairs, foudre) correspondant à une perturbation atmosphérique consécutive à une rencontre entre une masse d’air chaud et une masse d’air froid et généralement accompagné de fortes précipitations (pluies, grêles) ainsi que des rafales souvent violentes ou encore exceptionnellement de la tornade. L’Organisation Météorologique Mondiale (OMM) définit précisément l’orage comme un météore caractérisé par des bruits de tonnerres consécutifs et audibles de la surface terrestre.

Nuages d’orages

Les nuages d’orage se développent à partir de cumulonimbus (Cb) ou d’agrégats de cumulonimbus qui peuvent contenir une centaine de milliers de tonnes d’eau, de grêlons et des petits cristaux de glace. Ils diffèrent essentiellement des nuages d’averses, d’abord par l’échelle même de leur expansion verticale et horizontale, mais surtout par le fait qu’ils donnent naissance à des phénomènes électriques.

Physique des nuages

Généralité des nuages
Les nuages sont l’expression la plus importante des phénomènes qui se produisent dans la troposphère. Puisqu’ils sont visibles, les nuages nous donnent rapidement une bonne idée du temps qu’il fait : nuage d’orage ou non. Une parcelle d’air soulevée dans l’atmosphère voit sa pression diminuer. Elle se détend alors de façon plus ou moins adiabatique (dans certains cas, le diabatisme est particulièrement important, notamment dans les cumulus ‘Cu’ d’alizés), sa température diminue et son humidité relative augmente. Si le refroidissement est suffisant, l’humidité relative dépasse les 100 %, une partie de la vapeur d’eau qui est contenue dans la particule d’air se dépose alors sur des aérosols et formes de minuscules gouttes d’eau qui constituent le nuage. Une importante libération d’énergie accompagne ce phénomène (chaleur latente de condensation) et donne une poussée supplémentaire au nuage (augmentation de la poussée d’Archimède).

Les aérosols, qui sont utiles à la formation des nuages et ont un rôle important. En effet, un accroissement des aérosols (aérosols sulfate notamment) entraîne une modification du nuage, ce qui va induire un refroidissement du système climatique. Cet effet est appelé l’effet indirect des aérosols.

Condensation par refroidissement isobare

Pendant la nuit, les pertes par rayonnement infrarouge à la surface peuvent être balancées vers le bas par le flux d’énergie contenu dans l’air et vers le haut par le flux d’énergie contenu dans le sol. Le flux d’énergie vers le bas comprend la chaleur latente associée à la condensation en surface qui devient visible par l’apparition de rosée si le taux de pénétration de l’eau dans le sol est insuffisant. [13] La rosée se forme par condensation ou condensation solide de la vapeur d’eau sur des surfaces solides ou sur le sol qui pendant la nuit se refroidissent par radiation à des températures inférieures aux points de rosée «Td», c’est le mécanisme de la subsidence.

Si une masse d’air se refroidit de façon isobare à une température inférieure à la température au point de rosée, des gouttelettes microscopiques se condensent sur les noyaux de condensation contenus dans l’air, on appelle cela brouillard. Ceci peut arriver par refroidissement radiatif de l’air ou du sol (brouillard radiatif). La condensation peut aussi s’effectuer par un mouvement horizontal d’une masse d’air chaud vers une surface relativement froide (brouillard d’advection). Dans ces deux cas, le refroidissement est pratiquement isobare puisque la pression à la surface varie peu. Une fois que la condensation est commencée, le refroidissement continue moins rapidement puisque la chaleur perdue est en partie compensée par la chaleur latente de condensation dégagée. Ceci établit une limite virtuelle de la température autour de Td (très important pour la prévision de T min ).

Le mécanisme de la formation des nuages

La formation des nuages dans l’atmosphère, l’air sont humidifiés par évaporation de l’eau contenue dans le sol, les feuilles ou de l’eau de mer. Lorsque cet air s’élève par différents phénomènes dont :
– le soulèvement orographique qui est relié à la présence d’un relief
– le soulèvement de grande échelle, relié à la convergence horizontale des masses d’air.
– le soulèvement convectif qui est lié à l’instabilité thermique au sein d’une masse d’air.

D’une autre définition, un nuage est formé d’un ensemble de gouttelettes d’eau ou de cristaux de glace en suspension dans l’air. L’aspect du nuage dépend de la lumière qu’il reçoit et des particules qui le constituent. La couleur et l’éclat des nuages sont dus à la diffusion des rayons lumineux provenant du soleil et de la lune aussi bien que du ciel et du sol.

La convection
Le réchauffement du sol qui dilate l’air en basse couche le rend plus léger qui se met à monter et se refroidit par détente. Les nuages de convection apparaissent d’autant plus facilement qu’il y a de l’air froid en altitude (masse d’air instable). Les bases de tels nuages sont horizontales, leurs sommets évoluent en fonction de la température. On peut dire aussi que c’est une convection naturelle ou libre.

Soulèvement orographique (convection forcée)
Le relief oblige la masse d’air à s’élever sur sa face au vent, durant son ascension sa température s’abaisse et peut atteindre le seuil de saturation. Un nuage se forme alors sur le versant au vent et se dissipe sur le versant sous le vent.

Table des matières

INTRODUCTION
PARTIE.I. CONTEXTE GENERAL
CHAPITRE.I. GENERALITE
I.1. Définition
I.2. Nuages d’orages
I.3. Physique des nuages
I.3.1 Généralité des nuages
I.3.1.1 Montrons que la pression diminue bien avec l’altitude
I.3.2 Le mécanisme de la formation des nuages
I.3.3 Différents types de nuages
CHAPITRE.II. CLIMATOLOGIE DES ORAGES
II.2 DIFFERENTS TYPES D’ORAGES
II.2.1 L’orage unicellulaire
II.2.2 L’orage multicellulaire
II.2.3 Orage provenant d’une ligne de grains
II.2.4 Orages super cellulaire
PARTIE.II. METHODOLOGIE
CHAPITRE.III. PROPRIETES PHYSIQUES DES ORAGES
III.1. Notion d’échelles météorologique
III.2. Organisation des cellules orageuses
CHAPITRE.IV. PROPRIETES DYNAMIQUE PILOTANT LA CONVECTION
IV.1 BASSE ATMOSPHERE
IV.1.1 L’instabilité CAPE/CIN
a) CAPE
b) CIN (Convective Inhibition)
IV.1.2 Le cisaillement du vent
IV.1.3 L’orographie et le rayonnement solaire
IV.1.4 La convergence du vent
IV.1.5 Le cycle diurne
IV.2 HAUTE TROPOSHERE
IV.2.1 Atmosphère barocline
IV.2.2 Courant-jet
IV.2.3 Anomalie de tropopause (impose des mouvements ascendants, déstabilisé)
IV.2.4 Out going Longwave Radiation (OLR)
CHAPITRE.V. LA MODELISATION METEOROLOGIQUE ET LE MODELE WEATHER RESEARCH AND FORECASTING «WRF»
V.1 Présentation du modele
V.2 Noyau dynamique et composante physiques du modèle numérique (WRF)
V.3 Code d’information et parallélisation
V.4 Les équations mises en jeu avec WRF/ARW
V.4.1 Coordonnées verticales et ses variables
V.4.2 Les équations de flux d’Euler
V.4.3 Les équations d’Humidité
V. 4.4 Les différents systèmes de projections
V.4.5 Les équations régissantes sous forme perturbée
V.4.6 Discrétisation
a) Discrétisation temporelle
b) Discrétisation spatiale
V.5 Mise en œuvre du modèle WRF
V.5.1 System prétraitement (WPS)
a) Le programme « geogrid »
b) Le programme « ungrib »
c) Le programme « metgrib »
V.5.2 WRF-VAR
V.6 Graphiques et outils de visualisation
V.6.1 NCL, Graphique NCAR
V.6.2 RIP4
V.6.3 GrADS
V.6.4 Vis5D
V.7 Emboitement
V.8 Configuration du modèle WRF/ARW
V.8.1 Module WPS
a) Définir un domaine du modèle avec « geogrid »
b) Extraire des fichiers GRIB avec « ungrib »
c) Interpolation horizontale des données météorologiques avec « metgrib »
V.8.2 Parcours du modèle
PARTIE.III. APPLICATIONS ET INTERPRETATIONS DES RESULTATS
CHAPITRE.VI. SITUATION GEOGRAPHIQUE ET CLIMATIQUE DES HAUTES-TERRES DE MADAGASCAR
VI.1 Situation géographique
VI.2 Situation climatique
CHAPITRE.VII. ASSIMILATIONS
VII.1 Analyse de la situation du 29 Mars 2011
A) Simulation en Basse Troposphère
B) Simulations en Haute Troposphère
C) Résultats de l’analyse de la situation du 29 Mars 2011
VII.2 Analyses de la situation du 08 Mars 2016
A) Simulations en Basse Troposphère
B) Simulations en Haute Troposphère
C) Résultats de l’analyse
CONCLUSION
ANNEXES
BIBLIOGRAPHIE

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