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 |  Sujet: Tout sur les nuages!!!  Mer 23 Sep - 20:11 | |
| 1.Nuages en tout genre, comment les différencier ?L'aspect d'un nuage dépend essentiellement de la nature, des dimensions, du nombre et de la répartition dans l'espace de ses particules constitutives ; il dépend aussi de l'intensité et de la couleur de la lumière reçue par le nuage (diffusion de Mie), ainsi que des positions relatives de l'observateur et de la source de lumière par rapport au nuage.  La formation de nuages résulte du refroidissement d'un volume d'air jusqu'à la condensation d'une partie de sa vapeur d'eau. Si le processus de r efroidissement se produit au sol (par contact avec une surface froide, par exemple), on assiste à la formation de brouillard. Dans l'atmosphère libre, le refroidissement se produit généralement par soulèvement, en vertu du comportement des gaz parfaits dans une atmosphère hydrostatique. Inversement, la dissipation des nuages se produit lorsqu'un réchauffement permet aux gouttelettes ou aux cristaux de glace de s'évaporer. Les nuages peuvent aussi perdre une partie de leur masse sous forme de précipitation.2Qu'est-ce qu'un nuage ?Un nuage est un ensemble visible de minuscules particules d'eau liquide ou de glace, ou les deux à la fois, en suspension dans l'atmosphère. Cet ensemble peut également comporter des particules d'eau liquide ou de glace de plus grandes dimensions, des particules liquides non aqueuses ou des particules solides, provenant par exemple de vapeurs industrielles, de fumées ou de poussières. Nous pouvons classer les nuages en fonction du processus physique de leur formation : ascension orographique, convection, turbulence, ascension frontale.Nuages formés par ascension orographique  Le soulèvement d'une masse d'air jusqu'à un niveau supérieur à son niveau de condensation, provoque la formation de nuages. Le type de nuage formé dépend du caractère de stabilité de la masse d'air entraînée sur le relief. Nous distinguerons donc les nuages formés dans une masse d'air stable et ceux formés dans une masse d'air instable. •A - Soulèvement d'air stablePar définition l'air stable reprend sa position initiale dès que la cause du soulèvement disparaît. Au cours des différentes transformations adiabatiques la quantité totale d'eau (sous forme gazeuse ou liquide) demeure invariable. En conséquence, la base du nuage est située au même niveau de part et d'autre du relief.  Les nuages lenticulaires constituent une variante des nuages formés par soulèvement d'air stable. Ce type de nuage se forme du fait d'une réparitition verticale inégale de l'humidité. Lorsque le soulèvement intervient, des nuages se forment dans les couches d'air initialement plus humides, le niveau de condensation n'étant pas atteint pour les autres couches.
D'autre part, le mouvement ondulatoire des particules d'air engendré par le relief se propage sous le vent en s'amortissant progressivement. On peut donc observer parfois la formation de nuages lenticulaires à l'arrière d'un relief, à chaque sommet de la trajectoire, pour autant que le soulèvement y soit encore suffisant pour provoquer la condensation.
Ces formations n'ont bien sûr rien à voir avec les "rues de cumulus" que l'on observe dans les régimes anticyclonaires ou à l'arrière d'un front froid. • B - Soulèvement d'air conditionnellement instable
L'ascendance forcée sur le relief peut provoquer le déclenchement de l'instabilité dans une telle masse d'air.  Les nuages formés seront évidemment instables, du type cumulus ou cumulonimbus, et les conditions qui y sont associées seront identiques à celles habituellement rencontrées avec les nuages d'orage.
La base du nuage sera donnée par le niveau de condensation des particules les plus basses entraînées sur le relief, et leur sommet, par l'intersection de l'adiabatique saturée passant par le point de condensation avec la courbe d'état.
En effet, à ce niveau la température des particules ascendantes devient égale à la température de l'air environnant puisque l'adiabatique tracée représente la variation de température des particules qui s'élèvent.• C - Effet de FoëhnL'effet de Foëhn est une conséquence remarquable du passage d'une masse d'air sur un relief. Il est marqué par les effets suivants sous le vent du relief :  - une élévation de la base des nuages,
- une hausse de la température
- une diminution de l'humidité relative. la masse d'air s'assèche en passant au-dessus du relief. Ceci explique pourquoi dans les Alpes, par exemple le versant au vent est plus verdoyant et plus humide que le versant sous le vent. a) Elévation de la base des nuages Au cours du soulèvement forcé sur le relief, la température des particules d'air inférieures diminue le long d'une adiabatique sèche jusqu'au niveau de condensation (base du nuage au vent du relief) et le long d'une pseudo-adiabatique saturée ensuite.
Les précipitations qui interviennent sur le versant au vent du relief entraînent une diminution de la quantité d'eau liquide contenue dans le nuage. En conséquence, au cours de la descente le long du versant sous le vent du relief, l'évaporation de l'eau du nuage sera terminée plus tôt. De ce fait, la base du nuage se trouvera à un niveau plus élevé : c'est le chapeau du Foëhn. b) Hausse de la température Lorsque l'évaporation est terminée, la température de l'air augmente le long d'une adiabatique sèche. la représentation graphique sur un diagramme thermodynamique des transformations subies montre de manière péremptoire l'augmentation de température - jusqu'à 10° - engendrée par le passage de l'air au-dessus du relief (températures T1 à l'avant du relief, T2 à l'arrière). c) Diminution de l'humidité relative Les précipitations constituant une réduction de l'eau contenue dans les nuages, entraînent une diminution du rapport de mélange,w. De plus une augmentation du rapport de mélange saturant ws résulte de la hausse de température et la diminution de l'humidité relative (100.w/ws) est donc évidente.  Photo 1 - Nuages (fractocumulus et stratus nebulosus opacus) associés à l'effet de Foëhn : en Suisse
Crédits Documents MAP et Cool Antarctica.  Photo 2 - Nuages (fractocumulus et stratus nebulosus opacus) associés à l'effet de Foëhn : en Antarctique.
Crédits Documents MAP et Cool Antarctica. 3.Les différentes formations nuageusesa - Les nuages de convection Le rayonnement solaire diurne entraîne un réchauffement progressif des couches d'air en contact avec le sol. Ce réchauffement se propage dans les basses couches de l'atmosphère dont la courbe d'état se modifie peu à peu en demeurant sensiblement parallèle aux adiabatiques sèches du fait de la turbulence. Toutefois, les couches d'air directement en contact avec le sol ont un gradient superadiabatique (leur courbe est inclinée vers la gauche des adiabatiques sèches), elles sont donc en instabilité absolue.  Lorsque des particules d'air présentent une instabilité absolue, la moindre impulsion initiale suffit à déclencher un mouvement ascendant et la formation d'un nuage dont la base est située au niveau de condensation. L'extension verticale d'un tel nuage dépend du caractère de stabilité de la masse d'air; le sommet du nuage se situe au niveau de l'intersection de la courbe d'état et de la pseudo-adiabatique saturée correspondant aux particules ascendantes.
Crédits Document P.P.Feyte. b - Les nuages formés par turbulence La turbulence peut être définie comme le résultat de tourbillons à axes horizontaux. Une turbulence plus ou moins régulière peut se rencontrer à n'importe quelle altitude tant en atmosphère claire que dans les nuages. Elle est cependant une des caractéristiques des basses couches où elle est toujours présente pour peu que le vent au sol ne soit pas nul.
La turbulence provoque un mélange des couches d'air, distribue plus ou moins régulièrement la vapeur d'eau et apporte des changements adiabatiques dans les courants ascendants et descendants qu'elle provoque. Il est clair que, chaque fois que l'humidité est suffisante, les mouvements ascendants dus à la turbulence peuvent provoquer la saturation et la formation de nuages.  L'effet Kelvin-Helmholt-Wellen, KHW en abrégé, participe à la création des nuages formés par turbulence, y compris en ciel clair. Un banc d'altostratus.
Crédits Christian Barthlott/Wolkenatlas, et Brooks Martner/NOAA Wave Propagation LabSelon l'altitude de la couche turbulente, les nuages formés seront de l'un des types suivants : stratus, stratocumulus, altocumulus ou cirrocumulus. Certains cas de stratocumulus élevés et d'altocumulus s'expliquent par une couche turbulente due à un changement rapide de vent (en direction et/ou vitesse) avec l'altitude, c'est l'effet Kelvin-Helmholt-Wellen.  L'effet Kelvin-Helmholt-Wellen, KHW en abrégé, participe à la création des nuages formés par turbulence, y compris en ciel clair. Un banc de stratus.
Crédits Christian Barthlott/Wolkenatlas, et Brooks Martner/NOAA Wave Propagation LabLes nuages bas qui se forment brusquement au lever du Soleil sont dus à une augmentation de la turbulence provoquée par le rayonnement solaire. Ces nuages disparaîtront plus ou moins rapidement en fonction de l'augmentation plus ou moins rapide de la température. Ils se transformeront généralement en stratocumulus et en cumulus. Cependant, il est possible que dans certaines conditions il n'existe plus aucun nuage après leur disparition. c - Les nuages nacrés et mésosphériques En la troposphère pour nous élever dans la stratosphère. Vers 25 km d'altitude, il existe encore suffisamment d'air et d'humidité pour y trouver des particules de glace et d'eau surfondue qui se forment par condensation.
Le milieu est stratifié en raison de contraintes thermodynamiques dont la tropopause est le plus bel exemple. En effet, cette barrière empêche les échanges d'eau et de chaleur dans le plan vertical et isole les nuages troposphériques de ceux que l'on rencontre dans la stratosphère et la mésosphère.
Des éléments de la troposphère atteignent malgré tout la stratosphère suite à des éruptions volcaniques ou, comme ce fut le cas jadis, en raison des essais nucléaires en atmosphère libre dont la canopée des nuages atomiques des bombes les plus puissantes parvenait sans difficulté jusqu'à la tropopause.  Des nuages nacrés observés à 25 km d'altitude en Finlande. Crédits Documents Tom Eklund et OMA. Aux latitudes polaires (Scandinavie), on peut régulièrement observer des nuages nacrés (noctilucent en anglais). Ils ressemblent à nos cirrus ou altocumulus lenticulaires mais sont irisés, phénomène à l'origine de leur nom. Ces irisations apparaissent durant le crépuscule, lorsque le Soleil est passé sous l'horizon, raison pour laquelle on ne peut les photographier qu'après le coucher du Soleil.
Malgré la stabilité de l'air à ce niveau de l'atmosphère, certains nuages nacrés présentent occasionnellement des turbulences verticales à l'image des nuages orographiques.  Des nuages nacrés mésosphériques observés vers 80 km d'altitude près du pôle. Crédits Documents Tom Eklund et OMAEnfin, un phénomène similaire mais beaucoup plus rare se manifeste dans la mésosphère, vers 85 km d'altitude, à hauteur de la mésopause. A cette altitude, le contenu en eau de l'atmosphère est si pauvre que les nuages nacrés ne peuvent pas se former par condensation. Le processus tient essentiellement à la présence de poussières qui sert de noyau de condensation aux particules de glace.
A cette altitude, la forme des nuages nacrés ne varie pas foncièrement par rapport à ceux de la stratosphère et les bancs sont tout aussi vastes. Ils peuvent présenter des couleurs allant du blanc-gris à l'argenté et deviennent bleus après le coucher du soleil. Ils présentent leur brillance maximale à la fin du crépuscule astronomique (lorsque le Soleil est >18° sous l'horizon, environ 2 heures après le coucher du Soleil) du fait de la lumière rasante, pour décliner ensuite en raison de l'obscurité.  Un altocumulus iridescent, ce phénomène n'est pas lié aux nuages nacrés car ils sont associés à des phénomènes troposphériques - Crédits Thierry Lombry Notons que ce phénomène n'a rien à voir avec les irisations ordinaires que l'on observe dans les altocumulus ou les différentes variétés de cirrus, les arcs circumzénitaux ou encore le phénomène de couronne associé aux cirrostratus.4.Observation des nuagesPour faire une observation correcte il y a plusieurs variables à considérer : - La nébulosité
- Le genre de nuage
- La hauteur de la base des nuages La quantité de nuages (nébulosité) est observée et renseignée en nombre de huitièmes de ciel couvert par chaque couche nuageuse et par l'ensemble des nuages. La nébulosité est donc déterminée par l'observation au sol en divisant mentalement le ciel en huit quadrants et en estimant le nombre de parties couvertes par les nuages. Dans certaines circonstances (prévision destinée au public) on utilise des qualificatifs plus explicites :  Le genre de chaque couche de nuages, de même que l'espèce et la variété éventuelles sont déterminés par l'observation en fonction des descriptions complètes de chaque genre, espèce et variété.
La hauteur de la base des nuages peut être estimée visuellement. On peut également utiliser un ballon profond, procédé qui consiste à mesurer le temps mis par celui-ci, à une vitesse ascensionnelle connue, pour s'élever du sol jusqu'à la base des nuages. Enfin, le phare à nuage, le télémètre, le ceilomètre et le Lidar constituent les outils les plus précis.  Dans le cas des cumulus vous pouvez estimer la base des nuages en utilisant la formule d'Espy  avec T, la température extérieur et Td la température du point de rosée, exprimées en degrés et dixièmes. La meilleure observation des nuages (genre, base, sommet) ne peut s'effectuer qu'à partir d'un avion et les météorologistes sont toujours autorisés à demander à un "weather report" ou "PIREP" au prochain pilote prêt à décoller. Cette assistance météorologique est très importante et peut s'avérer capitale d'un point de vue opérationnel quand il y a des pilotes débutants en vol et que le temps se dégrade.
Si vous prenez de temps en temps l'avion pour rejoindre un lieu de vacances, n'hésitez pas à visiter le poste de pilotage. Malgré les dispositions de sécurité, si vous invoquez un intérêt pour la météo ou l'aviation, on vous accordera peut-être ce privilège. a - Méthodes visuelles d'identification A défaut d'instrument l'amateur comme le professionnel peuvent envisager plusieurs méthodes visuelles pour déterminer la hauteur de la base des nuages : - Vérifier les prévisions météo (si un anticyclone, un front chaud ou un front froid est annoncé par exemple)
- Consulter les bulletins météo émis par l'aviation (SYNOP, METAR, SPECI, TAF, PIREP, etc). La plupart sont accessibles sur Internet, parfois moyennant finance, soit en décodant directement les messages transmis par ondes-courtes
- Rappelez-vous la définition des différents nuages (les altocumulus par exemple ont une largeur de 1 à 5° maximum).
- Au coucher ou au lever du Soleil observez sur quels nuages tombe la lumière du Soleil
- Essayez également de trouver des repères dans le ciel : des nuages bas ou élevés qui permettraient de préciser l'altitude des nuages intermédiaires.
- Evaluer la vitesse de déplacement des nuages : plus ils sont rapides plus ils sont bas.
- Quand il s'agit de nuages moyens ou bas, attendez une demi-heure voire une heure que le banc de nuages passent au-dessus de vous. Les dimensions et la forme du banc auront changées, mais vous pourrez facilement identifier les cellules individuelles et déterminer le genre du nuage.
- Pour les nuages élevés, essayez de localiser un avion de passage et tenter de déterminer s'il passe au-dessus ou en-dessous de la couche nuageuse. Si l'avion présente des contrails, il se trouve dans l'étage supérieur à plus de 23000 pieds. Voyez si les contrails projettent ou non une ombre sur les nuages, s'il s'agit de traînées de convection l'avion vole beaucoup plus bas, entre 8-20000 pieds ou s'il s'agit de traînées aérodynamiques il vole en-dessous de 15000 pieds. Dans des conditions de faible éclairement (aube, crépuscule) ou durant la nuit, la marge d'erreur peut être très importante si vous n'avez aucun repère : un plafond de 7/8 d'altocumulus peut se transformer en stratocumulus, des cumulus deviennent des stratus bas... Aussi le passage d'un avion d'un ligne ou l'éclairage des villes projeté sur la base des nuages peut vous aider à mieux apprécier la hauteur réelle des formations. Quand il y a une éclaircie, la clarté de la Lune est aussi très précieuse pour identifier les nuages élevés et moyens.
Enfin, comme pour beaucoup de choses, c'est l'habitude de l'observation qui vous aidera à long terme. Il faut compter au moins six mois pour qu'un observateur-météorologiste estime la hauteur des nuages avec une précision de l'ordre de 100 m ou 300 pieds. En région tropicale, la précision sera de 1000 pieds. Bien sûr si vous disposez d'un instrument de mesure optique la comparaison directe avec votre estimation visuelle vous permettra rapidement de vous améliorer.
Si vous êtes pilote (d'avion le ligne, de tourisme, de planeur), votre expérience sur le terrain sera précieuse car vou aurez la possibilité de confronter vos observations visuelles aux rapports météorologiques (TAF, METAR, PIREP, etc) ainsi qu'aux indications de l'altimètre et optionnellement du Lidar. Arrivé à ce stade la météo ne sera plus un passe-temps mais un véritable hobby. b - Altitude des nuages Si vous avez des difficultés pour identifier un nuage, une solution consiste à essayer de déterminer son altitude par comparaison avec des couches nuageuses situées à d'autres niveaux. En identifiant une couche nuageuse située plus bas ou plus haut, vous aurez plus de facilité pour identifier celle posant problème.
D'un point de vue opérationnel, il est aussi très important de préciser le niveau auquel se situe la base et le sommet des nuages.
La partie de l'atmosphère dans laquelle se présentent habituellement les nuages a été divisée en trois étages : - supérieur
- moyen
- inférieur Laissons pour l'instant de côté les nuages noctiluscents, dits "nacrés", qui évoluent vers 85 km d'altitude dans la mésosphère pour une raison qui demeure encore largement inconnue. Les limites des "étages" de l'atmosphère sont fonction de l'altitude; le tableau ci-dessous donne ces limites pour les régions polaires, tempérées et tropicales (3' = 1m).  Les nuages d'un certain genre se retrouvent le plus fréquemment dans les étages suivants : - Etage supérieur : cirrus (Ci), cirrocumulus (Cc), cirrostratus (Cs) - Etage moyen : altocumulus (Ac), altostratus (As) - Etage inférieur : stratocumulus (Sc), stratus (St) C'est cette distribution qui a donné leur surnom aux familles de nuages : nuages bas, nuages moyens et nuages élevés. Il y a 3 exceptions. Le nimbostratus (Ns) est presque invariablement observé au-delà de 2000 m d'altitude (6500'), dans l'étage moyen, mais il déborde généralement dans les deux autres étages lorsqu'il déverse ses précipitations.  Les cumulus (Cu) et cumulonimbus (Cb) ont habituellement leurs bases dans l'étage inférieur, mais sous l'effet d'une forte activité convective ils peuvent présentent une telle extension verticale que leurs sommets atteignent souvent l'étage supérieur.
Maintenant que nous avons classé les nuages en fonction de leur altitude ainsi qu'en différents genres, variétés et formes, nous pouvons partir à leur découverte | |
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