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LE VENT

Définitions Observation et mesures en surface en altitude Description aéronautique décollage et atterrissage aérodrome Le mouvement horizontal Les forces pression et Coriolis le frottement Le vent géostrophique équation avec une carte d ’isobares application

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LE VENT

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Presentation Transcript

  1. Définitions • Observation et mesures • en surface • en altitude • Description aéronautique • décollage et atterrissage • aérodrome • Le mouvement horizontal • Les forces • pression et Coriolis • le frottement • Le vent géostrophique • équation • avec une carte d ’isobares • application • avec une carte d ’isohypses • application • mise en mouvement • règles de Buys-Ballot • Influence du frottement • évolution du vent dans la couche limite • au voisinage de la dépression • au voisinage de l’anticyclone • Evolution verticale du vent • à partir d'une situation moyenne • dans la troposphère • dans la stratosphère • Le vent thermique • définition • relation vectorielle • résumé • Influence de la courbure : la force centrifuge • trajectoire cyclonique • trajectoire anticyclonique • exemple • Le vent cyclostrophique LE VENT QUITTER

  2. Définitions (1/2) • Mouvement de l’air par rapport à la surface terrestre • u composante zonale suivant un parallèle, >0 vers l’est • v composante méridienne, >0 vers le nord géographique • w composante verticale, >0 vers le haut w << (u,v) à partir de l’échelle synoptique, le mouvement de l’air est résumé, très souvent par la seule composante horizontale qu’on appelle le vent Vent : mouvement horizontal de l'air par rapport à la surface terrestre

  3. rose de 8 directions N 360° NO 315° NE 045° 10 kt O 270° E 090° 50 kt Ng SO 225° SO 225° SE 135° 5 kt S 180° Définitions (2/2) • direction • d’où vient le vent par rapport au nord géographique • exprimée en secteurs ou degrés sur des roses des vents de 4, 8, 16, 18 ou 36 directions • vitesse (force ou intensité) • exprimée en m/s, kt ou km/h • 1 kt = 1 NM/heure = 1852 m/3600s  0,5 m/s • 1 m/s = 3,6 km/h # 2 kt 300° 300°/65 kt

  4. h = 6 à 10 m H-10’ H-2’ H Vinstantané(0,5s) Vmax V10' V2' Vmin Observations et mesures (1/2) • En surface • pylône instrumenté • capteur de direction : la girouette (18 ou 36 directions) • capteur de vitesse : l’anémomètre (1 tour/seconde = 1m/s) • l’enregistrement continu : • de la vitesse et de la direction instantanées (calculées sur 0,5s toutes les 0,5s) • de la vitesse et de la direction moyennées (calculées sur 2 et 10 mn toutes les mn) • extrema de vent (direction et vitesse) sur une période de 10 mn réactualisés toutes les minutes

  5. VS = VP + VW Observations et mesures (2/2) • En altitude : mesure de l’entraînement d’un objet par le mouvement atmosphérique • un ballon suivi par radar, par satellite (GPS), par système de navigation (Loran, Oméga…) • un nuage suivi par satellite • un aérosol qui réfléchit le rayonnement électromagnétique (le Lidar) • une signature «turbulente» caractéristique entraînée par le vent (profileurs) • un aéronef

  6. Description aéronautique du vent de surface (1/2) • Pour le décollage et l’atterrissage : conditions de vent relatives à une hauteur de 6 à 10 m le long de la piste (capteurs additionnels) • direction et vitesse moyennes sur 2 minutes • extrema de vitesse au cours des 10 dernières minutes (*) lorsque la variation par rapport à la vitesse moyenne est d’au moins 10 kt • extrema de direction au cours des 10 dernières minutes (*) lorsque la variation totale est supérieure ou égale à 60° (*) ou à partir d’une discontinuité marquée

  7. Description aéronautique du vent de surface (2/2) • Pour l’ensemble de l’aérodrome : conditions de vent relatives à une hauteur de 6 à 10 m au-dessus de l’ensemble du réseau de pistes • direction et vitesse moyennes sur 10 minutes (*) • maximum de vitesse au cours des 10 dernières minutes (*) lorsque la variation par rapport à la vitesse moyenne est d’au moins 10 kt • extrema de direction au cours des 10 dernières minutes (*) lorsque la variation totale est supérieure ou égale à 60° (*) ou à partir d’une discontinuité marquée Résumé de la description du vent

  8. dVH dVH gradHP gradHP - dt dt   - = -2 Z  VH+FH FPH = FCH = -2 Z  VH FH Le mouvement horizontal • Equation du mouvement horizontal La force de pression La force de Coriolis La force de frottement L'accélération horizontale

  9. FPH D gradHP gradHP -  1 P FPH =  L FPH = FCH = A -2 .sin.(k VH) 2 .sin .VH FCH = H VH k FCH(HN) Les forces (1/2) • La force de pression • perpendiculaire aux isobares • dirigée vers les basses pressions • La force de Coriolis • perpendiculaire au vecteur vitesse • dirigée à droite du vecteur vitesse dans l’hémisphère nord •  vitesse de rotation de la terre = 7,29.10-5 s-1 •  latitude • on appelle f = 2. .sin  le paramètre de Coriolis

  10. Les forces (2/2) • La force de frottement • intervient dans la couche limite de surface (500/1500m) • négligeable au-dessus de 500/1500m (atmosphère libre) • L’accélération horizontale • en première approximation peut être considérée comme négligeable

  11. gradHP -  FPH +FCH = 0 1  Vg = (k  gradHP) f - f(k Vg) = 0 Le vent géostrophique : équation • Hypothèses • mouvement horizontal • pas de frottement (h > 500/1500m) • pas d’accélération (mouvement rectiligne uniforme) •  Equilibre entre la force de pression et la force de Coriolis

  12. FPH FCH l Vg (HN) H Vg 1 P Vg = f L Le vent géostrophique : carte d’isobares • parallèle ou tangent aux isobares • laisse les hautes pressions sur sa droite (HN) P P+P • Unités • P : Pa • l : m •  : kg.m-3 • f : rd.s-1 • Vg :ms-1

  13. Ng 1010 45°N 500 km 1015 1 500 Vg= 1,2x2x7,29.10-5xsin(45°) 5.105 Le vent géostrophique : application Latitude telle que f=10-4 (latitude tempérée) :  # 1kg/m3  P = 1 à 5 hPa  l = 100 km Direction : 270° Intensité : Vg = 8 m/s  Vg= 10 à 50 m/s

  14. 9,8 f  Vg = k Z l Vg (HN) Z+Z gradHP = .9,8.gradPZ gradPZ P (k  gradPZ) Z 9,8 Vg = l f Z = pente (P) Vg l Le vent géostrophique : carte d’isohypses • parallèle ou tangent aux isohypses • laisse les hautes valeurs sur sa droite (HN) • Unités • Z : mgp • l : m • f : rd.s-1 • Vg :ms-1  à  donnée Vg est proportionnel à la pente de la surface isobare

  15. Ng 300 hPa 9160 45°N 200 km 9,8 60 9100 Vg= 2x7,29.10-5xsin(45°) 2.105  Z (mgp)  l (100 km) Vg = Le vent géostrophique : application • Latitude telle que f=9,8.10-5 (tempérée) Direction : 090° Intensité : Vg = 30 m/s Vg ( m.s-1) est égal à la pente de la surface isobare (mgp/100km) Changement d’unités et facteur D

  16. FPH FPH FPH FCH FCH FCH VH VH Vg D D D P1 P1 P1 P2 P2 P2 P3 P3 P3 A A A Mise en place de l’équilibre géostrophique 1- la force horizontale de pression anime la particule 2- la force de Coriolis dévie la trajectoire de la particule 3- l’équilibre est atteint lorsque les deux forces sont égales et opposées H.N.

  17. Z1<Z2<Z3 Z1 B Z2 Z3 H H.N. Règles de Buys Ballot • le vent géostrophique est une bonne approximation du vent réel • hors de la couche de frottement • pour des latitudes supérieures à 20° • pour des trajectoires rectilignes • en atmosphère libre - le vent est  aux isohypses (ou isobares) - laisse les hautes valeurs sur sa droite dans l’hémisphère Nord (gauche pour l’H.S.) - est d’intensité inversement proportionnelle à l’écartement des isohypses (ou isobares)

  18. D FPH FCH FfH - FPH V'H FPH + FCH + FfH = 0  V'H Vg  A Influence du frottement HN P

  19. isobare Atmosphère libre 500/1500 m V100 V200 V300 V50 C L A V400 V500 V10 H.N. V50 V25 isobare surface Evolution du vent dans la couche limite atmosphérique entre 50 et 500 m le vent se renforce avec la hauteur et tourne dans le sens des aiguilles d'une montre (HN) entre 0 et 50 m le vent se renforce avec la hauteur sans trop de rotation

  20. z FABRICATION NUAGEUSE ASCENDANCE D Influence du frottement • Conséquence sur le mouvement vertical (1/2) CIRCULATION CYCLONIQUE en surface  CONVERGENCE

  21. DILUTION NUAGEUSE z SUBSIDENCE A Influence du frottement • Conséquence sur le mouvement vertical (2/2) CIRCULATION ANTICYCLONIQUE en surface  DIVERGENCE

  22. Z Z Equateur Pôle P4 tropo P3 P* (pente maxi) P tropo P2 P1 t Equateur Deux sondages effectués vers le pôle et vers l’équateur Pôle Nord Evolution du vent le long de la verticale (1/3) • Le vent géostrophique est lié à la pente des surfaces isobares (application à partir d’une répartition moyenne) Vent max

  23. Evolution du vent le long de la verticale (2/3) • Application à partir d’une répartition moyenne Dans la troposphère les vents d’Ouest augmentent avec l’altitude les vents d'Est diminue avec l'altitude

  24. Evolution du vent le long de la verticale (3/3) • Application à partir d’une répartition moyenne Dans la stratosphère les vents d’ouest diminuent avec l’altitude les vents d'Est augmentent avec l'altitude

  25. Vginf Vginf Vgsup Vgsup isohypse Structure moyenne en température entre Pinf et Psup H L Psup Air chaud VT = Vgsup - Vginf Air froid L isohypse H.N. H Pinf VT = Vgsup - Vginf Le vent thermique (1/3) • Définition : différence entre le vent géostrophique à un niveau supérieur et le vent géostrophique à un niveau inférieur

  26. Vginf = Vgsup = (k  gradPinfZ) (k  gradPsupZ) 9,8 9,8 9,8 9,8 Vt = (k  gradE) (k  grad(Zsup - Zinf)) Vgsup - Vginf = f f f f 9,8.K = (k  gradTm) f k E+E Tm+Tm Tm VT Psup E E E+E H.N. gradTm Pinf Le vent thermique (2/3) • Relation vectorielle Or Zsup-Zinf = E = K.Tm avec K=67,445.log(Pinf/Psup)

  27. k Tm+Tm Tm VT VT E E+E 1  E gradTm [gradE] VT = f  L Le vent thermique (3/3) • Résumé • - parallèle ou tangent aux isothermes moyennes (ou isoépaisseurs) • - laisse les hautes valeurs sur sa droite (HN) • Unités • E : mgp • l : m • f : rd.s-1 • Vg :ms-1

  28. = ( )N = ( )N  FPH + FCH + Fcent = 0 dVH dVH dVH  FPH + FCH # 0 dt dt dt  Force centrifuge Fcent Influence de la courbure (le vent du gradient 1/4) • Trajectoire courbe  accélération normale à la trajectoire, pas d'accélération tangentielle - perpendiculaire à V - vers l’extérieur de la trajectoire - Fcent = V2/Rtraj Rtraj = rayon de courbure de la trajectoire

  29. D Rtraj HN f.V + = f.Vg FPH V2 V2 FCH Rtraj f.Rtraj V - Vg = - < 0 Fcent V Vg Influence de la courbure (le vent du gradient 2/4) • trajectoire cyclonique FCH + Fcent = FPH Le vent ("du gradient") est inférieur au vent géostrophique

  30. FPH f.Vg + = f.V V2 V2 FCH f.Rtraj Rtraj Vg - V = - < 0 Fcent HN V Vg Rtraj A Influence de la courbure (le vent du gradient 3/4) • trajectoire anticyclonique FPH + Fcent = FCH Le vent ("du gradient") est supérieur au vent géostrophique

  31. à V2 V2 f.Rtraj f.Rtraj V2g V2g 202 C = = = 4 m/s f.Risohypse f.Risohypse 103.106 • Exemple2 : connaissance de V et de R rayon de courbure de la trajectoire • calcul direct de la correction pour retrouver le vent géostrophique Influence de la courbure (le vent du gradient 4/4) • Exemple1 : connaissance de Vg et de R rayon de courbure de l’isohypse • on assimile la correction de courbure : latitude telle que f=10-4 Vg calculé sur la carte : 20 ms-1 R isohypse mesuré : 1000 km Correction de courbure C trajectoire cyclonique V = 20 - 4 = 16 ms-1 trajectoire anticyclonique V = 20 + 4 = 24 ms-1

  32.  FPH = Fcent FPH + Fcent = 0 V2 f.Vg = V = (f.Rtraj.V2g)½ Rtraj Autres vents • Le vent cyclostrophique : mouvement cyclonique de petite échelle à proximité de l’équateur (latitude faible mais non nulle) • force de Coriolis négligeable • équilibre entre la force de pression et la force centrifuge

  33. LE VENT FIN Première diapositive

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