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La Zone de convergence intertropicale se déplace selon les saisons
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Météo : la Zone de Convergence Intertropicale (ZCIT) à la loupe

Wallis - Informations / 4 Janvier 2008

Suite de nos articles concernant la météo intéressant les Iles Wallis et Futuna et plus généralement, les zones équatoriales et tropicales de la planète ; après les cyclones, El Nino et La Nina, voilà une description de la ZCIT qui affecte fréquemment le Territoire de Wallis et Futuna. Origine, formation, localisation géographique ? Météo France nous envoie quelques éléments d'appréciation. Très technique, ce sujet mérite attention pour appréhender la complexité des échanges thermiques entre la mer, la terre et l'air.

Origine

Les alizés de l'hémisphère Nord, qui soufflent vers le sud-ouest, et ceux de l'hémisphère Sud, orientés vers le nord-ouest, se rencontrent dans les régions équatoriales en formant tout autour du globe un flux convergent qui surmonte une zone méridienne appelée pour cette raison la zone de convergence intertropicale (en abrégé, la ZCIT). Des valeurs particulièrement élevées de la température caractérisent sur cette zone la basse troposphère , mais aussi la surface terrestre, et là où cette surface est en outre très humide sur l'océan d'abord, également dans les forêts tropicales, l' atmosphère chargée de chaleur et de vapeur d'eau forme d'énormes systèmes convectifs parsemés de foyers orageux et fréquemment parcourus de grains ; pareils systèmes, auxquels les marins ont donné le nom de pot au noir , marquent en fait la localisation des parties inférieures des cellules de Hadley , et la convergence du mouvement horizontal de l' air s'y résout en de puissantes ascendances soulevant la tropopause jusqu'à plusieurs kilomètres au-dessus de son altitude moyenne globale.

Une aire de basses pressions au sol

La trace au sol de la ZCIT correspond à une aire de basses pressions qui, très grossièrement, suit l'équateur géographique; plus précisément, les moyennes annuelles de ces pressions se répartissent suivant un thalweg dont l'axe, appelé l'équateur météorologique, est situé aux alentours de 5 degrés de latitude nord. Mais la position de cette trace au sol varie très sensiblement au cours de l'année, puisqu'elle tend à suivre le mouvement apparent du Soleil, vers le nord en été, puis vers le sud en hiver, avec un retard de l'ordre de six semaines ; ces fluctuations sont dans l'ensemble moins importantes sur les océans que sur les continents, où la ZCIT est en outre plus difficilement repérable, en raison d'une moindre régularité des vents. C'est en janvier que la ZCIT atteint sa position la plus méridionale : elle descend alors profondément sur l'Afrique du Sud-Est, jusque vers 15 à 20 degrés de latitude, et reste enfoncée dans l'hémisphère Sud sur l'océan Indien où elle marque la frontière de la mousson d'hiver ; en juillet, au contraire, la ZCIT atteint sa position la plus septentrionale et dessine très haut vers le nord les frontières de la mousson d'été au-dessus de l'Afrique sahélienne et de l'Asie du Sud-Est, frontières qui, sur le sous-continent indien, font face à l'Himalaya.

Quelques centaines de kilomètres de largeur

Comme le confirment les images satellite des bancs de cumulonimbus intertropicaux, l'activité de la ZCIT n'est en réalité ni continue ni régulière, que ce soit en étendue ou en intensité. La largeur de cette zone, de quelques centaines de kilomètres en moyenne, varie considérablement dans le temps et l'espace, et il arrive que son tracé se scinde en deux branches entourant une zone de calme, comme cela apparaît par exemple en hiver, de façon systématique, sur le Pacifique sud-ouest. D'autre part, là où les alizés d'un hémisphère (ou bien les vents qui les prolongent) transportent de l'air venu du continent tandis que ceux de l'autre hémisphère transportent de l'air océanique ? plus humide et moins chaud que l'air continental ? , les contrastes de température et d' humidité entre les deux masses d'air ainsi transportées s'ajoutent aux différences de direction entre vents des deux hémisphères pour établir un front quasi permanent appelé front intertropical (en abrégé FIT ) ou aussi front équatorial ; cette zone frontale est particulièrement active en été dans l'arrière-pays du golfe de Guinée, où elle diffuse les pluies de mousson entre l' harmattan , qui souffle du nord-est après avoir traversé le Sahara, et les vents issus des alizés de sud-est, qui transportent de l'air très humide et plus frais en provenance de l'Atlantique et qui recourbent leur direction, après le passage de l'équateur, jusqu'à souffler depuis le sud ou parfois même le sud-ouest.

Cellules de Hadley

Que ce soit en surface ou en altitude, la circulation de l' air atmosphérique à l' échelle globale ? celle de notre planète ? peut être envisagée comme la résultante de deux mouvements conjugués : une circulation zonale qui, selon la zone méridienne considérée, progresse vers l'ouest ou vers l'est en suivant grossièrement la direction des parallèles terrestres, et une circulation méridienne qui se dirige tantôt vers les régions équatoriales, tantôt vers les régions polaires en suivant à peu près la direction des méridiens terrestres. Or, dans chacun des deux hémisphères, la circulation méridienne de l'air au sein de la zone méridienne intertropicale se poursuit continûment à travers un système particulier rassemblant de très vastes cellules convectives, que l'on appelle les cellules de Hadley. Ces cellules, soulevant l'air équatorial à haute altitude, transportent vers les zones tempérées l'excédent de l'énergie auparavant accumulée sous forme de chaleur et d'humidité par cet air ; puis, une fois retombées à basse altitude, elles retournent vers les tropiques en se chargeant à nouveau de la même énergie, procurée directement et indirectement par le rayonnement solaire.
Les cellules de Hadley portent le nom du savant anglais George Hadley , qui a effectivement conçu, en 1735, une circulation méridienne des vents se fondant sur des ascendances thermiques à l'équateur et des subsidences thermiques aux pôles et expliquant la formation des alizés par la rotation de la Terre ; leur existence, toutefois, a d'abord été pressentie par l'astronome anglais Edmond Halley , auteur de la première carte des vents sur l'océan en 1686.

Tropopause

Entre la troposphère, région inférieure de l' atmosphère terrestre, et la stratosphère qui est la région atmosphérique la surplombant immédiatement, s'étend une couche appelée tropopause, caractérisée par un changement marqué du profil vertical de la température de l'air: alors que celle-ci prend généralement des valeurs nettement décroissantes à mesure que l'on s'élève dans la troposphère, son taux de variation avec l'altitude, ou gradient thermique vertical , devient brusquement très faible lorsqu'on entre dans la tropopause, puis s'annule pratiquement lorsqu'on la traverse et que l'on s'élève ensuite dans la basse stratosphère (la température reste alors constante avec la verticale ) ; plus haut, à l'entrée dans la moyenne stratosphère , la température commencera ensuite à croître verticalement. Ainsi, la tropopause marque l'entrée dans une énorme couche d'inversion de température entourant laTerre et qui, par sa stabilité verticale, bloque le plus souvent la formation de mouvements ascendants .
La soudaine diminution du gradient thermique vertical permet de repérer, à la verticale d'un site de radiosondage , vers quelle altitude se situe la tropopause. Cette altitude tend à augmenter considérablement des régions polaires ? 7 à 8 km en moyenne ? aux régions intertropicales ? 17 à 18 km en moyenne ? en passant par les régions tempérées, où cette moyenne est de 11 à 12 km : de ce fait, la tropopause est plus froide aux basses latitudes qu'aux hautes latitudes, et si sa température varie entre - 50 °C et - 60 °C au-dessus des régions polaires et tempérées, elle décroît ensuite jusqu'à passer en deçà de - 80 °C au-dessus des régions équatoriales ; la pression atmosphérique , d'autre part, n'y dépasse guère 200 hPa . Notons qu'afin de préciser l'altitude de la tropopause, une définition cartographique la désigne conventionnellement comme le niveau le plus bas où le gradient thermique vertical, en valeur algébrique, devient supérieur ou égal à - 2 °C par km, sous réserve que les taux moyens de variation de la température entre ce niveau et les niveaux situés dans une couche sus-jacente de 2 km d'épaisseur gardent des valeurs au moins égales à - 2 °C par km (quand apparaît, à un niveau plus élevé que le niveau ainsi déterminé, une valeur du gradient inférieure à - 3 °C par km, on peut faire état au-dessus de cet autre niveau d'une "seconde tropopause"). En fait, la tropopause, par la forme de son profil thermique vertical, prend souvent l'aspect d'une tropopause multiple superposant des "feuillets" qui, en gros, se disposent en un escalier descendant en direction des régions polaires, où le passage de la troposphère à la stratosphère est du reste beaucoup plus progressif et donc imprécis.

L'altitude de la tropopause dépend de l'effet conjugué du rayonnement solaire et terrestre et de la convection ; c'est pourquoi elle est dans l'ensemble d'autant plus haute que la région qu'elle recouvre est à température plus élevée. Cette altitude, qui évolue avec les saisons, est également sensible à l'effet des dépressions sous-jacentes, qui peuvent la creuser plus ou moins en entonnoir ; de plus, elle se fracture dans les zones sous lesquelles souffle un courant-jet . La puissance de la convection tropicale, la présence des courants-jets et l'occurrence d'événements météorologiques ? fronts froids de perturbations , orages , éruptions volcaniques... ? favorisent les échanges de vapeur d'eau , d' aérosols et de gaz divers comme l' ozone ou le méthane entre la troposphère et la stratosphère. L'étude de ces échanges, importante pour celle des processus et des effets de la pollution atmosphérique, conduit à définir selon des critères de mécanique et de thermodynamique une tropopause dynamique dont la topographie, parfois assez distincte de celle définie plus haut pour la tropopause, constitue par ailleurs un facteur important de l'analyse en altitude de l'évolution des tempêtes.

Pierre GINS


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