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Météorologie élémentaire
Les masses d'air (II) Nature et formation des masses d'air L'air qui stagne ou se déplace très lentement sur une région géographique à caractéristiques constantes, tend à devenir homogène dans le plan horizontal et à acquérir les caractéristiques thermiques et hygrométriques de cette région pour peu que la durée de contact soit suffisante. Ainsi, de l'air qui stagne sur un continent froid et sec devient lui-même froid et sec; de même, de l'air qui stagne sur un océan chaud devient chaud et humide. Ces blocs d'air ainsi homogénéisés sont appelés des "masses d'air". Les régions où elles prennent naissance sont appelées les "sources". Une masse d'air théorique peut être définie comme une portion de l'air troposphérique dont les caractéristiques (température et humidité) sont constantes dans le sens horizontal et ceci à tous les niveaux. Les caractéristiques d'une masse d'air théorique sont donc : - température constante dans n'importe quel plan horizontal - humidité constante dans n'importe quel plan horizontal d'où il découle une même structure verticale (température et humidité) en tout point de la masse d'air. En pratique, les masses d'air ne présentent pas intégralement tous les caractères théoriques d'homogénéité mais s'en rapprochent cependant de manière satisfaisante. Les dimensions horizontales d'une masse d'air sont de l'ordre de 1000 km, leur extension verticale pouvant varier de quelques centaines de mètres à quelques kilomètres. Caractéristiques idéales d'une source de masse d'air Conditions géographiques : Etant donné la nature et les conditions de formation d'une masse d'air, la surface d'une source doit présenter une certaine homogénéité sur une étendue suffisamment vaste. C'est le cas des régions désertiques, des océans, des régions couvertes de neige ou de glace, des toundras, etc. Conditions météorologiques : Une surface présentant les conditions géographiques idéales ne suffit pas à la formation d'une masse d'air; il faut que l'air puisse y demeurer un certain temps afin de pouvoir acquérir les caractéristiques de la source d'une manière homogène. Une masse d'air se forme donc dans une région où l'air stagne ou se déplace très lentement; en d'autres termes, dans une région à faible gradient horizontal de pression. D'après le schéma de circulation générale décrit plus haut, ces régions sont : - les zones de hautes pressions polaires - les zones de hautes pressions subtropicales - la zone de basses pressions équatoriales
Classification géographique des masses d'air En fonction de leur région géographique d'origine, on classe les masses d'air en : - masse d'air arctique (A) - masse d'air polaire (P) - masse d'air tropical (T) - masse d'air équatorial (E) Cette classification ne tient compte que de la température initiale des masses d'air. Leur humidité dépendant de la nature de la surface sur laquelle elles se forment, on distingue, en plus : - les masses d'air maritime (m) - les masses d'air continental (c) Compte tenu des deux classifications précédentes, et abstraction faite des masses d'air équatorial qui feront l'objet d'un chapitre séparé consacré à la météorologie tropicale, on distingue généralement les types suivants : - masses d'air arctique (A) - masses d'air polaire maritime (mP) - masses d'air polaire continental (cP) - masses d'air tropical maritime (mT) - masses d'air tropical continental (cT). Source de masses d'air dans l'hémisphère nord
L'Europe occidentale est sous l'influence de ces cinq masses d'air, dont le schéma suivant résume les zones d'influence. En été la masse d'air idéale est la maritime tropicale, venant de l'anticyclone des Açores. Elle nous apporte un chaleur modérée avec peu de nuages; en hiver la masse d'air idéale est la maritime polaire soufflant du nord-ouest. Elle réchauffe la saison d'hiver et rafraichit l'été.
Evolution des masses d'air (classification thermodynamique) La classification précédente ne tient compte que de la température et de l'humidité initiale des différentes masses d'air. Cependant, avant leur arrivée sur l'Europe occidentale, elles subissent des transformations importantes dont les conséquences déterminent les conditions météorologiques au sein des différentes masses d'air. A. Réchauffement à la base Il s'agit d'une transformation subie par une masse d'air qui se meut sur une surface de plus en plus chaude de par son déplacement vers le sud ou d'une masse d'air qui se déplace d'un continent froid vers une mer plus chaude ou encore d'un océan froid vers un continent chaud. Une masse d'air qui se réchauffe par le bas est appelée "masse froide" ou "masse d'air du type convectif".
La figure présentée à droite schématise les modifications progressives de la courbe d'état au cours du réchauffement; la masse d'air devient de plus en plus instable à mesure que la température au sol augmente. Les conditions générales dans une masse d'air qui se modifie de cette manière sont donc celles d'une masse d'air instable : - nuages du type convectif à développement vertical (à condition que l'humidité soit suffisante); formation de cellules de Bénar (zones thermiques) - visibilité très bonne ou excellente (l'air est mélangé en présence de cumulus) sauf dans les éventuelles précipitations - vent irrégulier avec rafales - la tropopause est basse et présente donc une température plus élevée que la normale. En effet, les mouvements ascendants résultants de l'instabilité de la masse d'air sont compensés par des mouvements descendants. Toutes les particules solides (poussières, noyaux de condensation, ...) sont, de ce fait, réparties dans une couche d'air plus épaisse ce qui entraîne une amélioration de la visibilité. Le vent souffle en rafales du fait que des couches d'air, situées initialement à un niveau plus élevé où la vitesse du vent est normalement plus grande, descendent vers le sol où elles se mélangent aux couches d'air plus lentes. B. Refroidissement à la base Il s'agit de la transformation subie par une masse d'air qui se meut sur une surface de plus en plus froide de par son déplacement vers le nord ou par une masse d'air qui se déplace d'un continent chaud vers une mer plus froide ou d'un océan chaud vers un sol froid. Une telle masse d'air se refroidissant par le bas est appelée "masse chaude" ou "masse d'air de type cinématique".
La figure présentée à droite schématise les modifications progressives de la courbe d'état au cours du refroidissement; la masse d'air devient de plus en plus stable à mesure que la température au sol diminue. Les conditions générales dans une masse d'air qui se modifie de cette manière sont donc celles d'une masse d'air stable ou, au plus, conditionnellement instable : - nuages stratiformes (pour autant qu'ils existent) - visibilité moyenne ou médiocre - vent régulier - tropopause haute (45000 pieds) et température basse Une "masse froide" peut se transformer en "masse chaude" et vice versa du fait de son déplacement sur des régions à températures différentes. Sur les continents, on peut même observer une variation diurne (masse chaude la nuit, masse froide le jour). C. Variation d'humidité Au cours de leur déplacement, les masses d'air ne conservent généralement pas une humidité constante. Ainsi, une masse d'air qui se déplace sur un océan accumulera inévitablement de l'humidité. La connaissance de la trajectoire antérieure des masses d'air constitue donc un élément nécessaire à la détermination des nuages possibles et à la connaissance du degré d'instabilité de la masse d'air.
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