Entraînement atmosphérique

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Diagramme montrant la variation de la température (T) avec l'altitude pour l'environnement et l'effet du taux d'entraînement (λ) sur la hauteur du sommet d'un cumulonimbus

L’entraînement atmosphérique est un phénomène météorologique qui se produit entre un écoulement turbulent et un autre laminaire^[1]. En général, ce terme est utilisé pour désigner la capture d'air sec dans un courant ascendant humide, en particulier dans un orage ou un cyclone tropical. Il s'agit donc du mélange de l'air de l'environnement dans le courant ou dans le nuage qu'il crée^[2].

Principe

Ce mélange est particulièrement important dans la physique des nuages. L'air sec entraîné dans les nuages convectifs est non homogène. Les gouttes dans le courant sec s'évaporent complètement alors que celles loin de celui-ci ne sont pas affectées. Le mélange se fait donc seulement à l'interface entre l'environnement et le nuage ce qui a pour effet de refroidir et d’humidifier celui-ci, l'évaporation nécessitant un apport d'énergie^[1].

En l'absence d'advection de température ou d'humidité, l'entraînement de l'air au-dessus de la couche limite planétaire vers le bas tend à épaissir la couche de mélange d'humidité près du sol, rendant la convection plus intense lorsqu'elle se déclenche. Par contre, si l'entraînement se produit en altitude, il aura tendance à assécher le courant ascendant et limitera la hauteur des sommets^[3]. L'image montre qu'un taux d'entraînement de seulement 10 % diminue grandement l'extension verticale du nuage.

Comme l'air sec est plus dense, il subira également une poussée d'Archimède négative et aura tendance à descendre vers le sol où il pourra donner des rafales descendantes.

Modélisation

L'entraînement est encore difficile à inclure dans les modèles climatiques^[4]. En effet, ces modèles sont basés sur l'hypothèse que le mélange homogène doit se faire sur une période relativement longue comparée à celle de la condensation dans la convection. Ceci implique que de l'air sec, non saturé, de l'environnement doit être diffusé dans tout le nuage avant de commencer à évaporer des gouttelettes dans ce dernier. Les modèles numériques évaporent ensuite une portion de toutes les gouttelettes sans changer le nombre de gouttes^[5].

Les modèles de prévision à court terme utilisent plutôt une paramétrisation non homogène de la diffusion de l'air entraîné qui tient compte de la courte période de réaction du nuage le long de sa trajectoire. Ceci permet à l'air sec de complètement évaporer les gouttelettes sur son parcours^[5].

La différence entre ces deux approches est perceptible dans la forme de la distribution des gouttes dans le nuage. Les modèles climatiques changent la distribution parce que la sursaturation nécessaire à la formation des gouttes varie avec leur diamètre. En procédant à un mélange uniforme, le diamètre des gouttes variera plus sur les grosses que les petites et donnera un spectre de valeur plus étroit dans tout le nuage. Dans le cas d'un mélange non homogène, le spectre ne change pas, seules les gouttes dans l'air sec disparaissent^[5].

Références

1. ↑ ^{a et b} (en)Entrainment, AMS Golossary, American Meteorological Society. Consulté le 2010-12-31
2. ↑ Organisation météorologique mondiale, « Entraînement », Glossaire météorologique, Eumetcal. Consulté le 2010-12-31
3. ↑ (en) Z. Johnny Luo, Nir Krakauer, Shayesteh Mahani, Fabrice Papa, Marouane Temimi et Brian Vant‐Hull, « Severe Weather & Hazards Related Research at CREST ». Consulté le 2010-12-31
4. ↑ (en) CG Knight, SHE Massey, Aina et C, et al Christensen, « Association of parameter, software, and hardware variation with large-scale behavior across 57,000 climate models », dans Precedings, National Academy of Sciences, n^o 104, 24 juillet 2007, p. 12259–64 [résumé, texte intégral [PDF], lien DOI (pages consultées le 2010-12-31)] 
5. ↑ ^{a, b et c} (en) P.R. Jonas, « Turbulence and cloud microphysics », dans Atmospheric Research, vol. 40, n^o 2-4, 1996, p. 283-306 [lien DOI (page consultée le 2010-12-31)] 

Bibliographie

• (en) Bradley A. Baker, « Turbulent Entrainment and Mixing in Clouds: A New Observational Approach », dans J. Atmos. Sci., Boston, É-U., AMS, vol. 49, n^o 5, mars 1992, p. 387–404 (ISSN 1520-0469 et 0022-4928) [résumé, texte intégral [PDF] (pages consultées le 2011-01-01)] 
• (en) M. Baker et J. Latham, « The Evolution of Droplet Spectra and the Rate of Production of Embryonic Raindrops in Small Cumulus Clouds », dans J. Atmos. Sci., Boston, É-U., AMS, vol. 36, n^o 8, août 1979, p. 1612–1615 (ISSN 1520-0469 et 0022-4928) [résumé, texte intégral [PDF] (pages consultées le 2011-01-01)] 
• (en) M.B. Baker, R.G. Corbin et J. Latham, « The influence of entrainment on the evolution of cloud droplet spectra: I. A model of inhomogeneous mixing », dans Quarterly Journal, Londres, G-B, Royal Meteorological Society, vol. 106, n^o 449, juillet 1980, p. 581-598 (ISSN 1520-0469 et 0022-4928) [résumé, lien DOI (pages consultées le 2011-01-01)] 
• (en) Frédéric Burnet et Jean-Louis Brenguier, « Observational Study of the Entrainment-Mixing Process in Warm Convective Clouds », dans J. Atmos. Sci., Boston, É-U., AMS, vol. 64, n^o 6, juin 2007, p. 1995–2011 (ISSN 1520-0469 et 0022-4928) [résumé, texte intégral [PDF] (pages consultées le 2011-01-01)] 
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• (en) Adrian A. Hill, Graham Feingold et Hongli Jiang, « The Influence of Entrainment and Mixing Assumption on Aerosol–Cloud Interactions in Marine Stratocumulus », dans J. Atmos. Sci., Boston, É-U., AMS, vol. 66, n^o 5, mai 2009, p. 1450–1464 (ISSN 1520-0469 et 0022-4928) [résumé, texte intégral [PDF] (pages consultées le 2011-01-01)] 
• (en) E. Hicks, C. Pontikis et A. Rigaud, « Entrainment and Mixing Processes as Related to Droplet Growth in Warm Midlatitude and Tropical Clouds », dans J. Atmos. Sci., Boston, É-U., AMS, vol. 47, n^o 13, juillet 1990, p. 1589–1618 (ISSN 1520-0469 et 0022-4928) [résumé, texte intégral [PDF] (pages consultées le 2011-01-01)] 
• (en) Ilga R. Paluch, « The Entrainment Mechanism in Colorado Cumuli », dans J. Atmos. Sci., Boston, É-U., AMS, vol. 36, n^o 12, décembre 1979, p. 2467–2478 (ISSN 1520-0469 et 0022-4928) [résumé, texte intégral [PDF] (pages consultées le 2011-01-01)] 
• (en) Constantin A. Pontikis, et et Elizabeth M. Hicks, « Droplet Activation as Related to Entrainment and Mixing in Warm Tropical Maritime Clouds », dans J. Atmos. Sci., Boston, É-U., AMS, vol. 50, n^o 13, juillet 1993, p. 1888–1896 (ISSN 1520-0469 et 0022-4928) [résumé, texte intégral [PDF] (pages consultées le 2011-01-01)] 

Voir aussi

Articles connexes