lundi 22 octobre 2018

Hiver 2018-2019 : analyses des paramètres, prévisions, et suivi

Préambule

Chaque année, alors que l'automne bat son plein, que les dernières douceurs s'estompent, que les feuilles jaunissent, et que les premières rafales de vent se lèvent sur l'Atlantique, fleurissent dans la météosphère européenne et mondiale les tendances saisonnières pour l'hiver. Il faut dire que la froide saison a ceci de particulier qu'elle peut enfanter les événements météorologiques les plus fascinants : des tempêtes classiques aux anticyclones de blocage à 1050Hpa, des traînes actives aux neiges répandues, du brouillard persistant pendant plusieurs jours aux pluies verglaçantes bloquant tout un pays, de vastes territoires et des millions de personnes peuvent être affectés par ces événements dont l'ampleur ne peut être égalée en été que par les orages.


lundi 15 octobre 2018

Tempêtes européennes: de quoi parle-t-on?

Elles rythment nos arrière-saisons aux côtés des offensives neigeuses et sont plus ou moins présentes selon les années. A la manière des disques hypnotiseurs, elles déploient leurs grandes spirales sur les images satellites et attirent les regards des météorologues. Elles, ce sont les grandes dépressions de tempête qui chaque saison traversent l'océan et finissent sur notre continent. En voici une présentation.

Une histoire de pressions

Tout d'abord, le vent existe par le fait des différences de pression atmosphérique à travers l'espace. Plus cette différence est forte, plus le vent sera puissant. Chez nous, c'est le creusement des dépressions qui est la plupart du temps responsable de cette augmentation du gradient de pression. En règle générale, plus une dépression se creuse, plus le vent sera fort. Cependant, la pression au centre de la dépression n'a pas besoin d'être très basse pour engendrer du vent violent. Il suffit qu'un anticyclone soit présent à quelque distance pour y parvenir. La carte ci-dessous en montre un exemple.
 
Analyse de surface du 6 mars 2017 à midi (source: KNMI).

Ce jour-là, une forte tempête balayait l'ouest de la France. Pourtant, la dépression (les deux L) n'était pas très creusée, à peine sous 1000 hPa. Cependant, un puissant anticyclone se trouvait près de la Péninsule ibérique, ce qui a accentué la différence de pression entre la dépression et l'Espagne. Les lignes bleues, les isobares, représentent les lignes d'égale pression. Plus elles sont resserrées, plus le différentiel de pression est important, et plus le vent est fort. Or, on voit bien qu'au sud-ouest de la dépression, ces isobares étaient très resserrés (cercle orange), d'où les vents violents du jour.
Il s'agit d'un schéma général, et d'autres phénomènes de l'atmosphère peuvent accentuer le vent au sein des tempêtes. Nous y reviendrons plus tard.

Comment se forment les dépressions?

Dans la région en-dehors des tropiques (et qui nous concerne donc), ce sont essentiellement des différences horizontales de températures qui sont à la base des dépressions. Au départ, une petite anomalie apparaît dans les basses couches de la troposphère sur un front séparant deux masses d'air à températures différentes. Pour expliquer cela très simplement, l'air chaud au sud tend à vouloir monter vers le nord tandis qu'un peu en arrière du front, l'air froid tend à vouloir descendre vers le sud. Ce processus créée une onde dépressionnaire, avec à son avant un front chaud et à son arrière un front froid.
Schéma de la naissance d'une dépression (marquée par "point d'inflexion") (source: wikipedia).

Pour autant, sans d'autres coups de pouce, cette petite dépression de surface ne se développerait pas davantage. Elle a besoin d'être phasée avec un creux d'altitude (on pourrait parler d'anomalie basse de tropopause, mais ça risque de devenir compliqué) qui doit se tenir à l'ouest de la dépression de surface pour faire effet. Il faut savoir qu'en altitude, les masses dépressionnaires froides sont au nord et les masses anticycloniques chaudes sont au sud, le tout globalement séparé par le Jet-stream qui doit pour bonne partie son existence à cette différence de températures en altitude. 

Pour autant, la limite - et le Jet-stream qui va avec - n'est pas rectiligne et a tendance à onduler. Un U, avec son fond vers le sud, forme un creux dépressionnaire d'altitude (appelé aussi talweg d'altitude). Pour la petite histoire, les deux (talweg d'altitude et dépression de surface) vont interagir et se renforcer mutuellement. C'est ce qu'on appelle l'instabilité barocline qui est le grand moteur de nos tempêtes européennes (et de manière générale, des dépressions en-dehors des tropiques).

A noter qu'on parle aussi souvent du rôle que peut avoir le Jet-stream dans le creusement des dépressions: un jet très rapide comporte des zones où les ascendances de l'air sont forcées, favorisant le creusement des dépressions.

Schéma simplifié de l'interaction entre la dépression de surface et celle d'altitude. Le tube symbolise le Jet-stream (source: Meteo France).

Lorsque les différents éléments sont bien phasés (configuration du Jet-stream, dépression d'altitude...), la dépression de surface se creuse rapidement, augmentant la force du vent. La dépression arrêtera de se creuser lorsque ce phasage ne sera plus parfait (affaiblissement et/ou éloignement du Jet, éloignement de l'air chaud et donc de la zone de différence de températures, passage de la dépression d'altitude devant celle de surface...). 

Une machine à flux

Les dépressions - et pas seulement les tempêtes - sont animées de différents flux plus ou moins sécants entre eux. A l'inverse des cyclones tropicaux où le vent tourne réellement en rond autour du centre, le champ des vents de nos tempêtes comporte des irrégularités liées aux fronts entre autres. De part et d'autre de tous ces fronts circulent trois grands courants principaux appelés conveyor belts en anglais (ou "bande transporteuse" en français): un chaud, un froid et un sec. Ils se disposent plus ou moins selon le schéma suivant.


Le courant chaud (warm conveyor belt) se trouve dans le secteur chaud de la dépression. Il longe le front froid (ligne bleue avec les triangles) devant celui-ci puis s'élève en altitude, formant ainsi le front chaud (ligne rouge avec les demi-cercles). Le vent peut y être fort, mais il est peu turbulent. Le flux a tendance à s'écouler assez régulièrement, et la vitesse des rafales y est souvent peu supérieure à celle du vent moyen. Classiquement, ce flux est prédominant lorsque la dépression en est à son premier stade de développement, et disparaît lorsque celle-ci s'affaiblit. 

Le courant froid (cold conveyor belt) se trouve quand à lui devant le front chaud, au nord de la dépression. Au niveau du vent, ce n'est pas le plus intense des trois.

Le courant sec (dry conveyor belt) est le plus turbulent, et régulièrement c'est dans son sillage qu'ont lieu les plus fortes rafales d'une tempête. Celles-ci viennent se superposer au vent fort lié au gradient de pression. Il apparaît lorsque la dépression est en phase d'intensification. Dans ses parages et lorsque la dépression s'intensifie rapidement peut se créer un courant jet d'occlusion (ou sting jet en anglais) qui se place juste au sud ou au sud-ouest du coeur de la dépression. C'est un phénomène très violent, capable de puissantes rafales de 160, voire 200 km/h en mer. Son origine est l'interaction entre le Jet-stream, de l'air très sec venant de la stratosphère et la pointe nuageuse de l'occlusion (ligne mauve) qui forme à ce moment une virgule derrière le centre de la dépression.

Des dépressions, mais pas que

Ajoutons que certaines tempêtes de nos latitudes peuvent être le siège de phénomènes de convection (fortes averses, orages...) qui peuvent être responsables de rafales bien plus fortes que celles engendrées par le seul gradient de pression. Nous en avions parlé dans cet article. Il arrive par ailleurs que certains épisodes "tempétueux" se limitent au passage de lignes de grains ou d'orages, accompagnées de brutales rafales mais qui ne durent que quelques minutes. 

Entre les deux, on trouve des phénomènes dont la taille fait quelques centaines de kilomètres et qui se développent dans l'air froid, derrière les dépressions classiques, sans présence initiale d'un front chaud et d'un front froid. Ces structures, appelées commas ou cold air development selon leur importance, comportent des averses et des orages qui peuvent développer leurs propres rafales, mais leur présence influence le champ de pression en accélérant le vent à leur sud, parfois jusqu'au seuil de la tempête (rafales de 100 km/h).

Ci-dessous, l'image satellite montre la tempête Zubin la nuit du 13 au 14 décembre 2017. La dépression principale se trouve alors entre Ecosse et Norvège, mais c'est un creux dépressionnaire secondaire qui donne à ce moment des pointes jusqu'à 90 km/h sur la Wallonie. Il est observable par le comma qu'il transporte. Ici, les rafales sont expliquées par une déformation du champ de vent de Zubin, où il est accéléré par le creux.

 La tempête Zubin la nuit du 13 au 14 décembre 2017 (source: Wokingham Weather).


Quelle différence avec les ouragans tropicaux?

Il existe une similitude entre nos tempêtes et les cyclones tropicaux: ce sont des dépressions. D'ailleurs, on signalera que dépression et cyclone sont au départ des synonymes. Ainsi, le nom scientifique de nos dépressions est cyclone extratropical pour les différencier des cyclones tropicaux (les ouragans donc). D'ailleurs, une dépression de nos latitudes qui donnerait des vents moyens de plus de 120 km/h pourrait être nommée comme ouragan, en cohérence avec l'échelle de Beaufort. Pour éviter les confusions, on parle parfois d'ouragan extratropical ou de dépression avec des vents d'ouragan, pour éviter les confusions.

Pour les points communs, on s'arrête là. Alors qu'une dépression de chez nous se forme grâce au Jet-stream et aux fronts pour faire simple, les cyclones tropicaux se servent de la chaleur de la mer pour organiser leurs nuages orageux et se creuser. Le schéma ci-dessous tente de synthétiser les différences.

Les différences les plus notables sont liées à la physionomie des cœurs des dépressions. Dans un cyclone tropical, le coeur dépressionnaire des basses couches est aligné avec un anticyclone en altitude, près de la troposphère. Il est de plus plus chaud que son environnement. Dans "nos" tempêtes, les coeurs dépressionnaires sont la plupart du temps froid, et celui de surface est décalé avec celui d'altitude comme on l'a vu. Certaines tempêtes de nos latitudes qui se renforcent rapidement peuvent cependant présenter un petit coeur de basse couche plus chaud, on les appelle "séclusions chaudes".


Une saison des tempêtes européennes?

L'Europe occidentale peut subir des coups de vent toute l'année, mais c'est en général entre novembre et mars qu'ils sont les plus nombreux. Lorsque l'on parle de saison des tempêtes, ce sont ces mois-là qui sont en général évoqués. 
 

dimanche 14 octobre 2018

Cyclone quasi-européen et automne estival: un début octobre remarquable

A l'image des mois qui se succèdent depuis avril, cette première quinzaine d'octobre n'a pas dérogé à la règle: chaude et ensoleillée, elle fut digne de l'été, notamment depuis le 5. Pour expliquer ce beau temps automnal, un coup d'oeil jeté aux analyses de surface permet de repérer la présence d'un solide anticyclone sur l'est de l'Europe. Celui-ci envoie les dépressions et leurs fronts associés loin vers l'Atlantique nord, en concernant uniquement les Iles britanniques. On note entre Islande et Ecosse la présence de la tempête Callum qui venait alors de concerner l'Irlande notamment. Cette dépression s'est creusée la veille jusqu'en-dessous de 940 hPa, ce qui est remarquablement bas pour la saison. Une autre particularité sur la carte ci-dessous est la présence de l'ouragan Leslie au sud-est des Açores et en route pour le Portugal.

Analyse de surface du 13 octobre à 2h00 heure belge (source: KNMI).

Leslie, un cyclone aux portes de l'Europe

Par un "heureux" hasard, l'approche européenne de Leslie s'est répétée pile un an après le spectaculaire coming out d'Ophelia juste à l'ouest de la France. Il existe d'ailleurs une forte ressemblance entre la vie de Leslie et celle de sa grande soeur de l'an passé. Toutes les deux ont une origine non-tropicale, leur renforcement s'étant fait à partir d'un creux dépressionnaire de nos latitudes. C'est à partir du 22 septembre que le National Hurricane Center américain pointe en effet une onde dépressionnaire sur un front froid dans l'Atlantique, les modèles s'accordant sur son futur tropical. Déjà le lendemain, la dépression est subtropicale, avec de nombreux orages s'organisant dans un large champ de vent. Contrariée par un environnement peu favorable, Leslie a erré les jours suivants, perdant ses caractéristiques subtropicales, mais atteignant un premier pic le 27 septembre avec des vents de force ouragan. Ce pic n'est pas l'oeuvre de processus tropicaux mais bien tempérés, moteurs des dépressions classiques que nous connaissons régulièrement.

S'affaiblissant les jours suivant, Leslie a cependant changé de carburant: la convection et les orages s'organisant, le système est redevenu subtropical puis enfin tropical loin au centre de l'Atlantique le 29 septembre. Alors tempête tropicale, elle est ensuite devenue ouragan avec un premier pic d'intensité le 3 octobre. Dans le même temps, l'approche d'un creux dépressionnaire d'altitude par le nord-ouest a fait tourner la trajectoire du cyclone qui se dirigeait vers le sud-ouest au nord-nord-ouest.

L'ouragan Leslie le 3 octobre (source: NOAA).

Le cyclone s'est alors approché du flux d'ouest dominant à cette latitude de l'Atlantique. En plus de l'affaiblir en tempête tropicale, il a orienté la trajectoire de Leslie vers le nord-est, puis le sud-est les jours suivants. S'éloignant quelque peu du flux d'ouest, le cyclone s'est reconstitué, et le 10, il était de nouveau un ouragan. A partir de ce moment, un nouveau creux d'altitude s'est approché du système, le poussant vers l'est-nord-est tout en accélérant sa course. Comme avec Ophelia, ce creux a sans doute permis au cyclone de mieux organiser son flux sortant en altitude, à la manière d'une cheminée à bon tirage: en-dessous, le feu tropical a été attisé. C'est ainsi que, malgré ce creux et le front froid l'accompagnant et commençant à se faire proche du cyclone, Leslie s'est intensifié jusqu'à présenter des vents de 150 km/h. Le cyclone était toujours pleinement tropical à cette heure, la nuit du 11 au 12 octobre.

Leslie au soir du 11 octobre, proche de son pic d'intensité au sud-ouest des Açores. Le front froid se devine aux bandes nuageuses orientées ouest-sud-ouest - est-nord-est dans la partie haute de l'image (source: NOAA).

Par la suite, le cyclone a rencontré des conditions de moins en moins favorables: température de l'eau de mer en diminution, cisaillement... Dans la journée du 13 octobre, la présentation satellite de Leslie s'est dégradée, le système étant alors clairement influencé par le creux d'altitude et le front froid. Il entamait ainsi sa transition extratropicale (transition au cours de laquelle les processus tropicaux maintenant la tempête sont remplacés par ceux des dépressions classiques de nos latitudes). La convection orageuse, élément indispensable des cyclones tropicaux, s'est progressivement effondrée.

Leslie dans l'après-midi du 13 octobre, juste au large du Portugal. La convection se maintient uniquement dans la partie nord du système (source: Infoclimat).

En soirée du 13, Leslie a achevé sa transition: la convection avait alors pratiquement disparu et le coeur chaud et symétrique caractéristique des systèmes tropicaux était en voie de dilution. La tempête était alors à moins de 200 km des côtes portugaises, et c'est sous la forme d'une tempête classique de nos latitudes qu'elle a atteint ce pays. De fortes pluies et des rafales supérieures à 100 km/h l'ont accompagné. Par la suite, les restes du système vont nourrir des pluies orageuses sur le sud de la France ce dimanche et demain lundi.

Ce n'est pas la première fois qu'un cyclone tropical s'approche des côtes européennes, on l'a vu avec Ophelia l'an passé. Si le lecteur a un peu de temps devant lui, je ne peux que conseiller la (re)lecture des articles suivants: Lorsque les cyclones interagissent avec la météo européenne ou L'Europe à portée de tir des cyclones tropicaux?. Toutefois, Ophelia et maintenant Leslie ont montré que ceux-ci pouvaient désormais être très proches du Vieux Continent.

La trajectoire erratique de Leslie, depuis ses méandres atlantiques jusqu'aux eaux portugaises. Triangle = dépression de nature classique, carré = subtropicale, rond = tropicale. Bleu foncé = vents de moins de 65 km/h, bleu clair = vents de force tempête tropicale, jaune = vents de force ouragan (source: Wikipedia).

En Belgique, la poursuite de l'été

Outre le renvoi des dépressions loin dans l'Atlantique nord, l'anticyclone européen a entraîné sur nos régions un flux de sud-ouest à sud, apportant de l'air d'origine tropicale. Le résultat a été une période de temps estival entre le 5 et le 14, à peine interrompue les 7 et 8 octobre.
 
Les 5 et 6 octobre, on a successivement relevé 22,2°C et 23,0°C à Uccle. Le 6, un front froid tangeantait la côte, tandis qu'une zone dépressionnaire remontait de France. Ceci a induit de l'instabilité, et en soirée, des orages faibles à modérés ont concerné une zone allant de Chimay à l'est de la province de Liège.

Activité électrique observée le 6 octobre (source: Lightningmaps).

Coup de foudre sous un orage au soir du 6 octobre en province de Namur (auteur: J. Lokuli).

A partir du 9, les températures sont repassées au-dessus des 20°C. Le 11, on a observé 24,1°C à Uccle, ce qui est très remarquable pour la saison. Ailleurs, les températures ont culminé jusqu'à 25,2°C à Gand. Toutefois, en soirée, un front froid s'approchait du pays par l'ouest, et à nouveau des orages assez brefs mais modérés ont été observés en soirée. Ils se sont accompagnés localement d'un peu de grêle et de quelques fortes rafales.

Activité électrique observée le 11 octobre (source: Lightningmaps).

Ce front froid était cependant peu marqué, et se disloquait progressivement. A l'arrière, c'est de nouveau de l'air chaud qui nous a atteint le 12. Mais c'est ce samedi 13 que les maximales ont été très élevées pour une mi-octobre: 25,6°C à Uccle et 27,2°C à Kleine-Brogel! Celles de ce 14 octobre seront à peine moins élevées, mais par la suite, le mercure reviendra vers des valeurs de saison.

Lorsque l'on remonte dans le temps, on trouve assez peu de périodes similaires. Toutefois, en 1921 déjà, début octobre avait connu également une période de temps très chaud. Le 10 octobre de cette année-là, les maximales avaient atteint 28-29°C en Basse Belgique. Plus près de nous, 2011 a aussi connu une période de temps fort chaud à cheval sur fin septembre et début octobre, avec à nouveau des maximales similaires au seuil des deux mois.