Les masses d'air et les fronts

LES MASSES D'AIR ET LE PHÉNOMÈNE DES FRONTS

Les masses d’air: On appelle ainsi toute volume atmosphérique ayant des caractéristiques de chaleur et d’humidité bien spécifiques et tendant à les conserver. En effet lorsqu’une région de grande dimension possède des propriétés de surfaces relativement homogène et que la situation météorologique y est stable pendant un certain temps, l’air qui surmonte cette région s’homogénéise et cela donne une masse d’air.

On distingue par exemple :

Masses d’air tropicales: chaudes et humides si elles se sont formées sur l’océan (air tropical maritime), sèches si elles viennent des déserts tropicaux (air tropical continental).
Masses d’air polaire: froides, plus ou moins humides selon qu’elles sont maritimes ou continentales.

Lorsqu’une masse d’air se déplace rapidement elle conserve assez bien ses caractéristiques; dés qu’elle s’installe quelque part elle prend plus ou moins vite la « couleur locale ». elle peut rester identifiable malgré des trajets de plusieurs milliers de kilomètres.

Le temps anticyclonique: On distingue deux origines :

origine thermique: refroidissement hivernal d’un continent e.g. l’anticyclone sibérien recouvre l’est européen de décembre à mars. Il s’établit suite à d’importante chutes de neiges sur la Russie fin novembre
origine dynamique: tassement d’une masse d’air par le haut e.g. l’anticyclone des Açores est lié aux retombés d’air soulevé par la cheminée équatoriale.

L’atmosphère anticyclonique est marquée par un mouvement général de tassement, qui réchauffe faiblement la masse d’air par effet de fœhn et la stabilise. Ce temps est propice à l’apparition d’une couche d’inversion de température, ce qui bloque le développement des ascendances, le bénéfice étant que cela bloque aussi les surdévelopement nuageux et les orages.

hiver : temps froid, sec, ensoleillé au dessus de la couche d’inversion; la nuit est froide, le sol rayonnant intensément vers le ciel clair. Rosée, brouillards, brouillards givrants sont fréquents
été: temps ensoleillé mais stable.

Le temps dépressionnaire: On distingue deux origines :

origine thermique : e.g. réchauffement d’une masse d’air par la base
origine dynamique : e.g. soulèvement d’une masse d’air par une autre, phénomène d’aspiration sous le vent d’un massif montagneux.

Une dépression est le siège d’importants mouvements ascendants, propices à la formation de masses nuageuses (ciel tourmenté et pluvieux).

Hiver: plutôt associées à une remontée des températures et à des chutes de neiges en montagne
Eté et saisons intermédiaires: elles stabilisent les variations de température et diminuent en particulier le refroidissement nocturne, empêchant la formation de brouillards et de rosée.

Le temps orageux: L’orage (Thunderstorm) est le résultat du développement d’un cumulus en cumulonimbus, occupant toute la hauteur du ciel jusqu’à la tropopause; l’enclume en tête de nuage correspond à la butée du nuage contre la tropopause. D’où d’importants phénomènes de précipitations, dont les origines sont :

locale: ascendance thermique puissante qui s’aggrave
frontale: soulèvement en masse dans une masse d’air humide et instable en moyenne altitude

d’où deux types de temps orageux sur notre pays :

Marais barométrique continental estival : sous l’effet de l’ensoleillement, l’anticyclone qui recouvre l’Europe par beau temps s’affaiblit, ainsi que sa protection. Le risque qu’une ascendance crève le plafond augmente. Cela donne des orages isolés en fin de journée, plus fréquents sur les reliefs.
Front d’orage: un front froid humide et frais devient fortement instable en avançant sur des terres chaudes. Des orages se forment en ligne. Ces orages ne sont pas isolés et peuvent se former à n’importe quelle heure du jour et de la nuit.

Orage uni et pluri-cellulaire:

Les fronts: Le phénomène des fronts gouverne le climat des zones tempérées, car celle-ci sont des zones de transition entre l’air tropical chaud et l’air polaire froid. La durée typique d’une perturbation (Disturbance) est de trois à six jours. Quand la chaleur stockée dans les anticyclones tropicaux est trop importante, elle se propage vers les régions tempérées sous la forme d'une poussée d'air chaud appellée dorsale (phénomène cyclique). Aux poles une fois qu'une masse d'air froid est constitutée, elle descend vers les zones tempérées. Deux cas sont possibles :

Au nord du front polaire les gouttelettes d’air froid poussent vers le sud, l’air chaud recule, la ligne séparatrice ondule. On parle de front stationnaire si la situation reste en l’état.
Dans d’autres cas, la poussée de l’air chaud est telle qu’elle ne peut reculer et se fait soulever par l’air froid => il apparaît alors un immense tourbillon tournant dans le sens anti-horaire.

La masse tropicale d’air chaud tourne par la droite (donc vers l’est) en montant. La masse polaire d’air froid tourne par la gauche (donc vers l’est) en descendant. La dépression elle même est entraînée vers l’est par le flux général d’ouest. La perturbation fait sentir ses effets dans une zone dont le diamètre typique est de l’ordre de 2000 Km. L'anomalie thermique apparaissant au bout de la langue thermique crée une zone d'ascendances de grands envergure, c'est la naissance d'une dépression! D'autre part la différence de niveau entre les tropopauses de l'air chaud et de l'air froid crée des axes de vents violents en haute altitude, appelés courant jet (e.g. Jet-Stream au dessus de l'Atlantique):

Pour un observateur observant le ciel vers l’ouest depuis les terres françaises ou irlandaises, le passage d’une perturbation se traduit par les signes suivants :

Passage du front chaud (warm front): L’air chaud monte très progressivement au dessus de l’air polaire (pente ci. 1/20°), les nuages qui se forment sont de types massifs, à grandes strates. L’observateur voit d’abord le ciel se boucher d’un voile de cirrostratus; puis c’est un défilé de nuages du même type, mais de plus en plus bas: cirrostratus, altostratus, stratus. Cela forme un épais nimbostratus.

Pendant ce temps la dépression s’est rapproché et le vent descendu. Puis le vent se lève et s’oriente secteur sud. La pluie apparaît puis s’intensifie à mesure que l’on va vers le nimbostratus.

Front chaud stable:

Front chaud instable:

Passage du secteur chaud (warm air): La température remonte, la masse d’air se stabilise et l’humidité augmente. Il peut aussi y avoir un défilé de nuages bas de type stratus, précipitant de façon intermittente (souvent bruine ou crachin); le vent est soutenu de secteur sud ouest, pression et températures sont stables. Cette situation peut durer quelques heures, jusqu’à une journée. Le secteur chaud présente une grande variabilité. Toutefois elle est le siège de mouvements turbulents à l’origine de strato-cumulus.

Passage du front froid (cold front): Au passage du front froid le ciel s’obscurcit, le vent vire d’une trentaine de degrés vers la droite (souvent secteur ouest). Il se produit d’intenses précipitations, particulièrement si le sol est chaud. Il se forme des nuages à développement rapide type cumulus-congestus ou cumulonimbus.

Le passage du front froid est rapide, occasionnant moins d’une heure de pluie forte et continue. Néanmoins le soulèvement de l’air chaud, en saturant l’air, peut faire apparaître des couches instables et des nuages cumuliformes sont noyés dans la masse nuageuse. En été cela peut générer une ligne quasi continue d’orages violents

Une éclaircie de courte durée arrive, suivie de gros nuages d’averses. La température chute soudain de quelques degrés, le baromètre remonte franchement, le vent vire d’une trentaine de degrés à droite et s’installe secteur ouest ou nord ouest. Après l’air tropical arrive donc l’air polaire postérieur de la traîne.

Front froid stable:

Front froid instable:

La traîne: Ciel lumineux, visibilité cristalline, les cumulus se multiplient, c’est souvent le temps idéal du libériste. En été la traîne est bonne à coup sur. Toutefois des risques de surdévelopement nuageux peuvent entraîner un temps orageux.

Variantes: Il y a souvent un défilé de plusieurs fronts qui se succèdent; dans ce cas la traîne est écourtée par l’arrivée du front chaud postérieur. Il n’est pas rare non plus qu’au sein d’une traîne se développe des fronts froids secondaires (secondary cold front). Ces fronts froids secondaires sont souvent plus violents que le front froid principal, et ils sont marqués par une ligne de grains comportant des cumulus-congestus et des cumulo-nimbus ; on doit donc être sur ses gardes lorsque :

On parle de tels fronts dans les bulletins
Après le passage du front froid principal le vent ne remonte pas vers le nord.

Un relief conséquent peut arriver à scinder en deux un front, ou bien à renforcer l’activité pluvieuse en bloquant la progression.

Occlusion: Lorsque le front froid rattrape le front chaud et rejette l’air en altitude, on parle de front occlus. La masse nuageuse est alors épaisse et la pluie intense. Á remarquer que l’occlusion s’enroule souvent autour du centre dépressionnaire en formant un vortex.

Occlusion active:

Occlusion peu active:

De la théorie à la pratique: La théorie classique (dite norvégienne, car élaborée par Vilhem Bjerkness en Norvège dans les années 20), marche bien pour les perturbations traversant l'Atlantique d'ouest en est, ce qui est le cas lorsque l'anticyclone est situé sur l'Espagne et la dépression sur les iles britanniques. On retrouve ce genre de situation en toutes saisons, les perturbations traversant la France en 24 heures et se succédant toutes les 24 ou 48 heures, entraînant un temps pluvieux sur les 3/4 du pays (les régions méditerranéennes étant épargnées). L'air chaud s'est adouci, l'air froid a perdu ses caractéristiques polaires, et nous avons bien une structure front chaud / front froid..

Variante de nord-ouest: Lorsque l'anticyclone subtropical vient se placer plus haut, il crée un barrage pour les pertubations d'ouest qui passent alors par les iles britanniques pour redescendre en France par le nord-ouest. L'air chaud s'étant raffraichi, le front chaud est plus réduit par rapport au modéle classique. L'air froid a par contre bien gardé ses caractéristiques polaires.

Remontées de sud-ouest à sud: Cela se produit plutôt en été, quand une dépression centrée sur la péninsule ibérique dirige un flux de sud ouest à sud vers le midi de la France. La perturbation se crée sur place entre le golfe de Valence et les reliefs du massif central et des Alpes. Il y a ainsi une arrivée d'air chaud et humide venant de la mer, mais plus guère de structure front chaud / front froid. On pourrait appeller cela un front chaud de basse couches. L'instabilité ainsi créée génère des agglutinations orageuses, canalisées par la vallée du Rhône et remontant au nord-est. En revanche les alpes sont un vrai barrage à ces perturbations.

Situation de nord-est: Cas fréquent en automne et en hiver, quand un anticyclone centré sur le nord de l'Europe dirige un courant de nord-est en basse couche. On a alors une masse d'air froid et humide continentale, épaisse d'environ 1500m, s'engouffrant sous l'air anticyclonique. Il n'a guère la non plus de structure front chaud / front froid.

Cartes isobares et front: Elles donnent :

Direction et force du vent
Limite des secteurs chauds et froid des perturbation

Fronts marqués: nette rotation du vent, précipitation marquées, variation sensible de la température de l’air	Pseudos fronts: zones de transition de masses d’air sans grande activité ; il y a peu ou pas de rotation de vent, de variation de températures et de précipitations

Fronts froids dédoublés: fronts dégénérés soumis à une rapide circulation d’altitude ; la rotation de vent au sol est faible (elle a lieu principalement au passage de la trace au sol), les précipitations sont associées à la trace en altitude	Perturbations tropicales: