Format : 17×24

Reliure : Broché

Nombre de pages : 728

Année de parution : 2009

A propos de l’auteur du livre Fondamentaux de Météorologie

Sylvie Malardel a enseigné pendant 10 ans la dynamique de l’atmosphère à l’École Nationale de la Météorologie tout en continuant la recherche au Centre National de Recherches Météorologiques à Toulouse. Elle travaille maintenant plus spécifiquement sur la prévision numérique à moyenne échelle.

Table des matières de « Fondamentaux de météorologie »

PROLOGUE

CHAPITRE 1 • INTRODUCTION À LA MÉTÉOROLOGIE

1.1 Il était une fois l’air

1.2 L’énergie du Soleil

1.3 Les phénomènes atmosphériques

1.3.1 Échelles

1.3.2 Perturbations et anomalies

1.3.3 Interactions d’échelles

1.4 Cause ou effet ?

1.5 De l’observation à la prévision opérationnelle
CHAPITRE 2 • OBSERVATION DE L’ATMOSPHÈRE

2.1 Les principaux paramètres à observer

2.1.1 La température de l’air

2.1.2 La pression atmosphérique

2.1.3 Le vent

2.1.4 L’humidité de l’air

2.1.5 Les précipitations

2.1.6 Les nuages

2.1.7 La visibilité; la brume et le brouillard

2.2 Les observations in situ

2.2.1 Les moyens de mesure

2.2.2 Les réseaux de mesure

2.2.3 Les codes; le pointage et les cartes météorologiques

2.3 La télédétection

2.3.1 Les satellites météorologiques

2.3.2 Les radars météorologiques

2.3.3 D’autres moyens de télédétection

CHAPITRE 3 • PORTRAITS DE L’ATMOSPHÈRE

3.1 Une vue d’ensemble

3.2 L’atmosphère vue de profil

3.3 L’atmosphère d’un pôle à l’autre

3.3.1 Le bilan radiatif

3.3.2 La température

3.3.3 Le vent

3.3.4 La répartition de la masse atmosphérique

3.3.5 L’eau

3.3.6 Superpositions de champs moyens

3.3.7 Le couvercle de la troposphère : la tropopause

3.4 Zoom sur les régions tropicales

3.4.1 Le point sur la zone de convergence intertropicale

3.4.2 La mousson

3.4.3 Les cyclones tropicaux

3.4.4 Les organisations convectives et les circulations tropicales locales

3.5 Zoom sur les moyennes latitudes

3.5.1 La zone barocline moyenne

3.5.2 Les ondes quasi stationnaires

3.5.3 La variabilité basses fréquences; les régimes de temps

3.5.4 Variabilité synoptique : les perturbations baroclines

3.5.5 Le rail des dépressions

3.5.6 Les situations convectives

3.5.7 Les brouillards

3.5.8 Les influences locales : exemples de l’orographie et des côtes

CHAPITRE 4 • INTRODUCTION AU MODÈLE THÉORIQUE DE FLUIDE ATMOSPHÉRIQUE 4.1 Rappels sur les trois lois fondamentales de la mécanique classique

4.2 Le modèle de fluide continu et la particule de fluide

4.2.1 Approche macroscopique

4.2.2 Définition de la particule de fluide

4.2.3 Approche eulérienne et approche lagrangienne

4.3 Description de l’atmosphère à l’échelle du continuum

4.3.1 Le déplacement et la vitesse macroscopiques

4.3.2 La pression et la température dans un gaz; équation d’état

4.3.3 Cas d’un mélange de gaz : la loi de Dalton

4.3.4 Fluide barotrope; fluide barocline

CHAPITRE 5 • LA LOI DE CONSERVATION DE LA MASSE

5.1 Forme lagrangienne

5.2 Cas d’un fluide dit « incompressible »

5.3 Forme eulérienne

5.4 Équivalence des deux formes de la loi de conservation de la masse

CHAPITRE 6 • LA LOI DE CONSERVATION DE LA QUANTITÉ DE MOUVEMENT

6.1 Inventaire des forces

6.1.1 La force d’attraction terrestre

6.1.2 Les forces s’appliquant à la surface d’un petit élément de volume

6.2 Équation du mouvement absolu

6.3 La conservation de la quantité de mouvement dans un référentiel tournant

6.3.1 Évolution d’un vecteur dans un référentiel tournant

6.3.2 Vitesse absolue; vitesse relative

6.3.3 Accélération absolue; accélération relative

6.3.4 Forces d’inertie

6.4 La force de gravité en météorologie ; définition de la verticale

6.5 L’équation du mouvement dans le repère local

6.6 L’énergie cinétique macroscopique; l’énergie potentielle et le géopotentiel

6.7 Cas particulier de l’atmosphère « au repos » dans le référentiel terrestre

CHAPITRE 7 • LA LOI DE CONSERVATION DE L’ÉNERGIE

7.1 Le premier principe de la thermodynamique; équations pour la température

7.1.1 Définition de l’énergie interne

7.1.2 Le premier principe de la thermodynamique

7.2 Exemples de transformations thermodynamiques

7.2.1 Transformation isochore

7.2.2 Transformation isotherme

7.2.3 Transformation isobare

7.2.4 Transformation adiabatique

7.3 La température potentielle

7.3.1 Définition

7.3.2 Loi d’évolution

7.3.3 Ascendances et subsidences adiabatiques

7.3.4 La distribution verticale de la température potentielle dans l’atmosphère

7.4 Les diagrammes thermodynamiques

CHAPITRE 8 • LES ÉCHANGES DE CHALEUR AVEC L’EXTÉRIEUR

8.1 Les échanges de chaleur par conduction

8.1.1 Loi de Fourier

8.1.2 Bilan des flux de conduction

8.2 Les échanges de chaleur par rayonnement électromagnétique

8.2.1 Généralités sur le rayonnement électromagnétique

8.2.2 Notion d’angle solide

8.2.3 Grandeurs énergétiques associées au rayonnement

8.2.4 Interaction entre le rayonnement et la matière

8.2.5 L’émission et l’absorption

8.2.6 Bilan radiatif à travers un élément de matière

8.2.7 Le rayonnement solaire

8.2.8 Le rayonnement atmosphérique et terrestre

8.2.9 Bilan des flux de rayonnement

CHAPITRE 9 • LES CHANGEMENTS D’ÉTAT DE L’EAU

9.1 L’évaporation et la condensation de l’eau

9.2 Les humidités

9.3 La vapeur sèche et la vapeur saturante

9.4 La chaleur latente de vaporisation

9.5 Chaleur latente et enthalpie

9.5.1 Changement d’état et équation d’évolution de l’enthalpie

9.5.2 Cas d’une transformation isotherme

9.5.3 Cas d’une transformation adiabatique

9.5.4 Évolution de la température potentielle et changement d’état

9.6 Les autres changements de phase

9.7 La sursaturation et la surfusion

9.8 Processus de saturation d’une particule d’air atmosphérique

9.9 Évolutions thermodynamiques d’une particule saturée et représentation sur l’émagramme

CHAPITRE 10 • LES LOIS SUR LES MOUVEMENTS DE ROTATION

10.1 Rappels sur la rotation solide

10.2 Le moment cinétique par rapport à l’axe de rotation de la Terre

10.2.1 Définition

10.2.2 Loi d’évolution

10.3 Le vecteur tourbillon

10.3.1 Définition

10.3.2 Vecteur tourbillon absolu

10.3.3 Vecteur tourbillon relatif

10.3.4 Lois d’évolution

10.4 Le tourbillon vertical

10.4.1 Définitions

10.4.2 Équation d’évolution

10.5 Le tourbillon potentiel

CHAPITRE 11 • INTRODUCTION À LA NOTION D’ORDRE DE GRANDEUR ET APPROXIMATIONS DE BASE

11.1 Retour sur la notion d’échelle; échelle de travail; échelle résolue

11.2 Notion d’analyse en ordre de grandeur

11.3 Atmosphère au repos; atmosphère de référence

11.4 L’approximation de la pellicule mince

11.5 L’approximation du plan tangent

11.5.1 Les équations en coordonnées cartésiennes

11.5.2 f -plan; b-plan

CHAPITRE 12 • L’ÉLASTICITÉ DANS UN FLUIDE; APPROXIMATION ANÉLASTIQUE; SYSTÈME DE BOUSSINESQ

12.1 L’élasticité de l’air

12.1.1 Définition

12.1.2 Le principe du filtrage de l’élasticité de l’air

12.2 L’approximation anélastique

12.2.1 L’équation anélastique

12.2.2 Interprétation de l’équation anélastique

12.2.3 Ordre de grandeur de la vitesse verticale

12.3 L’approximation de Boussinesq

12.3.1 Définition

12.3.2 Le système des équations de Boussinesq
CHAPITRE 13 • QUASI-ÉQUILIBRE VERTICAL; APPROXIMATION HYDROSTATIQUE 13.1 Définition de l’approximation hydrostatique

13.2 Validité de l’approximation hydrostatique

13.3 Température et épaisseur entre deux isobares

13.4 L’approximation hydrostatique dans le système de Boussinesq

13.5 La coordonnée verticale pression

13.5.1 Définition

13.5.2 Passage de la coordonnée altitude à la coordonnée pression

13.5.3 D’autres coordonnées verticales

CHAPITRE 14 • LE QUASI-ÉQUILIBRE HORIZONTAL; LES ÉCOULEMENTS DE GRANDE ÉCHELLE ET L’APPROXIMATION QUASI-GÉOSTROPHIQUE

14.1 Échelles et rotation de la Terre

14.2 La composante géostrophique de la circulation à grande échelle

14.2.1 Définition de l’équilibre géostrophique

14.2.2 Le vent géostrophique

14.2.3 Le tourbillon et la divergence du vent géostrophique

14.2.4 L’ordre de grandeur de la vitesse verticale de grande échelle

14.3 L’équilibre du vent thermique

14.3.1 Définition

14.3.2 Relation du vent thermique et baroclinie

14.3.3 Interprétation de la relation du vent thermique

14.4 Les équations à grande échelle

14.4.1 L’équation quasi-géostrophique du mouvement horizontal

14.4.2 L’équation de balance géostrophique

14.4.3 L’équation quasi-géostrophique du tourbillon

14.4.4 L’équation quasi-géostrophique de la thermodynamique

14.5 Le tourbillon potentiel à grande échelle et l’inversion du tourbillon potentiel

14.5.1 Le tourbillon potentiel quasi-géostrophique

14.5.2 Notion d’inversion du tourbillon potentiel

14.6 Modèle de troposphère à tourbillon potentiel uniforme

14.6.1 Localisation des extrema de perturbation de pression dans une troposphère à tourbillon potentiel uniforme

14.6.2 Zone cyclonique au sol

14.6.3 Zone cyclonique à la tropopause

14.6.4 Zones anticycloniques au sol ou à la tropopause

14.6.5 Influence de la taille de l’anomalie de température sur le tourbillon

14.7 Anomalies de tourbillon potentiel

14.7.1 Génération d’anomalies de tourbillon potentiel par une source de chaleur

14.7.2 Anomalies positive et négative de tourbillon potentiel à l’intérieur de la troposphère

14.8 Déformation de la tropopause et anomalies de tourbillon potentiel

14.9 Le vent agéostrophique et la vitesse verticale à grande échelle

14.9.1 Équation diagnostique quasi-géostrophique pour la vitesse verticale de grande échelle

14.9.2 Circulation secondaire associée à une zone barocline idéalisée

14.9.3 Circulation secondaire associée à une zone barocline idéalisée perturbée par une anomalie cyclonique au sol

14.9.4 Interprétation de la circulation secondaire de grande échelle en termes de tourbillon potentiel

14.9.5 Circulation secondaire associée à une zone barocline idéalisée perturbée par une anomalie cyclonique à la tropopause et cas d’anomalies anticycloniques

CHAPITRE 15 • EXEMPLES D’AJUSTEMENT DE L’ATMOSPHÈRE

15.1 Ajustement hydrostatique à une source diabatique; cas sans rotation de la Terre

15.1.1 Ajustement à une source diabatique

15.1.2 Rétablissement de l’état de repos

15.2 Ajustement au géostrophisme

CHAPITRE 16 • ÉLÉMENTS DE DYNAMIQUE DES ÉCOULEMENTS DE PETITE ÉCHELLE 16.1 Les mouvements verticaux contrôlés par la flottabilité

16.1.1 Flottabilité d’un solide à l’interface entre deux liquides

16.1.2 Flottabilité d’une particule d’air; modèle de la particule

16.1.3 Influence du contenu en eau sur la flottabilité

16.1.4 Flottabilité d’une particule saturée

16.1.5 Les limites du modèle de la particule; analyse de l’équation du mouvement vertical

16.2 La dynamique du tourbillon à mésoéchelle

16.2.1 Équations des composantes du tourbillon dans le système de Boussinesq

16.2.2 L’équilibre cyclostrophique

16.2.3 Relation avec la vitesse verticale

CHAPITRE 17 • LES ÉCOULEMENTS PRÈS DE LA SURFACE; TURBULENCE

17.1 Écoulements au voisinage de la surface terrestre : définition de la couche limite atmosphérique

17.2 Écoulements laminaires et écoulements turbulents

17.3 Approche statistique de la turbulence

17.3.1 Définition des flux turbulents

17.3.2 Interprétation des flux turbulents

17.3.3 Hypothèses de fermeture

17.4 Intensité et origine de la turbulence

17.5 Les différents régimes de turbulence; nombre de Richardson

17.6 Modèle très simplifié de couche limite atmosphérique : la couche limite d’Ekman 17.7 Modèle simplifié pour la description du profil de vent dans la couche limite de surface

17.7.1 Définition; hypothèses

17.7.2 Profil de vent dans la couche limite de surface

17.7.3 Coefficients de frottement

CHAPITRE 18 • CIRCULATION GÉNÉRALE : LA MACHINE ATMOSPHÉRIQUE

18.1 Transports d’énergie et mélange à l’échelle planétaire

18.1.1 Mode d’emploi pour la lecture des figures

18.2; 18.3 et 18.4

18.1.2 Analyse des figures 18.2 et 18.3

18.1.3 Analyse de la figure 18.4

18.1.4 Synthèse et enseignements concernant la circulation générale

18.2 Contraintes sur la circulation générale

18.2.1 Les grands équilibres

18.2.2 La consrvation du moment cinétique

18.3 Modèles de la circulation générale

18.4 Synthèse énergétique de la circulation générale

18.4.1 L’atmosphère : moteur ou pompe à chaleur

18.4.2 Différents mécanismes de conversion du chauffage différentiel en mouvement

18.4.3 Bilan énergétique global du système Terre/atmosphère

CHAPITRE 19 • LES PERTURBATIONS BAROCLINES DES MOYENNES LATITUDES

19.1 La zone barocline de grande échelle

19.1.1 Modèles de zone barocline de grande échelle

19.1.2 La zone barocline : résultat de l’ajustement géostrophique au chauffage différentiel

19.2 Perturbations quasi stationnaires d’une zone barocline de grande échelle

19.2.1 Modèle simple d’ondes de Rossby planétaires

19.2.2 Variabilité basses fréquences de la zone barocline de grande échelle

19.2.3 Rapides de jet d’échelle planétaire

19.3 Les perturbations baroclines

19.3.1 Ondes synoptiques se propageant le long d’une zone barocline à tourbillon potentiel uniforme

19.3.2 Le mécanisme de développement barocline

19.3.3 Dissymétrie entre l’amplification d’une anomalie de tourbillon positive et l’amplification d’une anomalie de tourbillon négative

19.3.4 Les perturbations baroclines dans la circulation générale : mélange méridien de chaleur

19.3.5 Influence de la condensation de l’eau

19.3.6 Scénarios de cyclogénèses baroclines

19.4 Les fronts

19.4.1 Déformation et renforcement local de la zone barocline

19.4.2 Convergence du vent agéostrophique et rétroaction sur la zone barocline

19.4.3 Boucle de rétroaction dans un front

19.4.4 Synthèse du mécanisme de frontogénèse

19.4.5 La grande diversité des fronts

19.5 L’aspect lagrangien des circulations dans une perturbation barocline; les nuages et les précipitations

19.5.1 Trajectoires dans une perturbation barocline idéalisée

19.5.2 Trajectoires dans une perturbation réelle

CHAPITRE 20 • LES PHÉNOMÈNES CONVECTIFS

20.1 L’instabilité de flottabilité

20.1.1 Le niveau de convection libre

20.1.2 La CAPE

20.1.3 La CIN

20.1.4 Les courants subsidents; les courants de densité et le front de rafale

20.1.5 Modèle conceptuel de la cellule ordinaire

20.2 Notion de cisaillement vertical de vent et interaction avec le courant de densité

20.2.1 Cisaillement; hodographe et liens avec le tourbillon horizontal

20.2.2 Interaction entre courant de densité et cisaillement de basses couches

20.2.3 Modèle conceptuel d’orage multicellulaire

20.3 Cas de cisaillements profonds; unidirectionnels ou rotationnels et interactions avec les ascendances

20.3.1 Cas d’un cisaillement unidirectionnel et séparation en deux cellules

20.3.2 Interaction d’un cisaillement vertical avec une ascendance nuageuse

20.3.3 Cas d’un cisaillement rotationnel et renforcement d’une des cellules

20.3.4 Modèle conceptuel d’orage supercellulaire

20.3.5 Quel type d’orage pour quel environnement ?

20.4 Les systèmes convectifs de mésoéchelle

20.4.1 Modèle conceptuel de ligne de grains

20.5 L’activité électrique dans un nuage

20.5.1 Climatologie des éclairs

20.5.2 Processus d’électrisation d’un nuage

20.5.3 Éclairs et tonnerre

20.5.4 Les éclairs et la prévision à très courte échéance

CHAPITRE 21 • LES PHÉNOMÈNES DE BASSES COUCHES

21.1 Bilan énergétique à la surface

21.1.1 Les flux

21.1.2 Le bilan des flux

21.2 Évolution diurne de la couche limite atmosphérique

21.3 Masses d’air

21.4 Brumes et brouillards

21.4.1 Le brouillard de rayonnement

21.4.2 Le brouillard d’advection

21.5 Circulations de brise

21.5.1 La brise de mer et la brise de terre

21.5.2 Les brises de pente et les brises de vallée

21.6 Jet nocturne de basses couches

21.7 Modifications de l’écoulement synoptique par la topographie

21.7.1 Les écoulements perturbés par un obstacle

21.7.2 Les vents locaux et les vents régionaux

CHAPITRE 22 • LES MODÈLES DE PRÉVISION NUMÉRIQUE

22.1 Le principe de la prévision numérique

22.1.1 La discrétisation de l’espace et du temps

22.1.2 Un problème « à la condition initiale »

22.1.3 Le cycle d’assimilation

22.2 Les rouages d’un modèle de prévision

22.2.1 De la condition initiale à la prévision

22.2.2 La dynamique

22.2.3 La physique

22.3 Le parc des modèles de prévision numérique

22.4 Les validations; les contrôles; les performances

CHAPITRE 23 • L’ASSIMILATION DES DONNÉES

23.1 Le principe de l’assimilation des données

23.2 Les méthodes opérationnelles d’analyse

23.2.1 L’interpolation optimale

23.2.2 L’assimilation variationnelle 3D VAR

23.2.3 L’assimilation variationnelle 4D VAR

CHAPITRE 24 • LA PRÉVISION DU TEMPS

24.1 De l’état du modèle aux cartes du prévisionniste

24.2 L’adaptation statistique locale de champs de modèle

24.3 Les limites de la prévision déterministe; vers des prévisions probabilistes

24.3.1 Prévision déterministe; prévision probabiliste

24.3.2 Échelles et prévisibilité

24.3.3 La prévision d’ensemble

24.4 Faire une prévision

ÉPILOGUE

ANNEXE A • CONSTANTES USUELLES

ANNEXE B • OUTILS MATHÉMATIQUES

ANNEXE C • OUTILS D’ANALYSE DE DONNÉES

ANNEXE D • NOTION D’ONDES

ANNEXE E • COMPLÉMENTS SUR LES ÉQUATIONS D’ÉVOLUTION DE L’ATMOSPHÈRE

ANNEXE F • LES ÉQUATIONS HYDROSTATIQUES EN COORDONNÉE PRESSION

ANNEXE G • ÉLÉMENTS D’ANALYSE NUMÉRIQUE

ANNEXE H • PRINCIPAUX SYMBOLES GRAPHIQUES POUR LA MÉTÉOROLOGIE SYNOPTIQUE

BIBLIOGRAPHIE

INDEX