Creux d'onde courte

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Voici une carte météorologique 500 hPa illustrant les creux d’onde longue et d’onde courte dans l’atmosphère. Les ondes longues sont représentées par les lignes pointillées rouges tandis que les ondes courtes sont représentées par les lignes pointillées bleues. De nombreux facteurs peuvent conduire au développement d’un creux d’onde courte. La force et la probabilité du phénomène augmentent lorsque plusieurs facteurs se chevauchent.

Des vents forts en altitude, en particulier dans le courant-jet, sont essentiels à la formation et au développement d’ondes courtes. La présence d’un courant-jet en altitude fournit la dynamique et l’énergie nécessaires pour entamer et soutenir le développement d’ondes courtes.
Les grands gradients de température et d’humidité (connus sous le nom de zones baroclines) favorisent le développement d’ondes courtes. Tout comme les fronts de surface, ces contrastes de température et d’humidité dans les niveaux moyens et supérieurs de l’atmosphère créent des zones d’instabilité et peuvent servir de déclencheur à la formation d’ondes courtes.
Le mouvement de rotation de l’air dans le sens antihoraire (appelé vorticité positive dans les niveaux supérieurs) joue un rôle dans la formation des ondes courtes. Les zones de forte vorticité peuvent favoriser le développement et l’amplification des ondes courtes.

Le mouvement ascendant ou le soulèvement de l’atmosphère est un ingrédient essentiel de la formation des ondes courtes. Ce mouvement vertical peut résulter de divers mécanismes, tels que les limites frontales, les zones de convergence ou les interactions avec d’autres systèmes météorologiques. Le soulèvement favorise le développement et l’intensification des ondes courtes.

Source de l'image : NWS

Ceci est une représentation idéalisée d’un creux d’onde courte (double ligne rose) encastré dans un creux d’onde longue. Il renforce l’ascendance à partir de la surface et est soutenu par la divergence en altitude.

La principale caractéristique du creux d'onde courte est son axe, qui consiste en une ligne ou un axe de basse pression atmosphérique. Cet axe représente une région où l’altitude de l’atmosphère est relativement faible par rapport à son environnement. Sur les cartes météorologiques, l’axe du creux apparaît sous la forme d’une ligne à courbure concave, comme un creux de surface. Les ondes courtes sont généralement associées à une circulation cyclonique ou dans le sens antihoraire autour de l’axe du creux. Le schéma de circulation est le résultat du gradient de pression à l’intérieur du creux.

Source de l'image : Adapté du diagramme de l’Université de l’Arizona (ATMO336 - Spring 2009 (arizona.edu)Ouvrir une nouvelle fenêtre ) (en anglais seulement)

Les ondes courtes induisent ou renforcent souvent les zones de convergence atmosphérique près de l’axe de leur creux. Cette convergence entraîne un mouvement ascendant de l’air, qui peut se traduire par la formation de nuages et de précipitations. Le mouvement ascendant associé à l’onde courte peut intensifier les systèmes météorologiques. Inversement, dans les niveaux supérieurs, il y a généralement une divergence qui contribue à renforcer le mouvement ascendant et peut favoriser le développement de tempêtes ou d’autres phénomènes météorologiques.

Les ondes courtes sont souvent associées à des systèmes frontaux de surface, tels que les fronts froids ou les fronts chauds. L’interaction entre l’onde courte et un front peut entraîner la formation ou l’intensification des précipitations et des changements dans le régime des vents.

En raison de leur capacité à renforcer les mouvements ascendants, les creux d’onde courte sont souvent à l’origine de la convection en surface ou dans les couches moyennes. Quelle que soit la saison, une onde courte peut amorcer une convection, notamment en neutralisant les inversions bloquantes, ce qui libère l’air piégé et lui permet de s’élever dans une atmosphère plus instable.

Voici une animation d’un creux d’onde courte idéalisé agissant comme déclencheur de convection estivale. Le mouvement ascendant provoqué par l’onde courte renforce l’ascendance entre les basses et les moyennes couches de l’atmosphère, ce qui permet aux masses d’air humide proches de la surface d’être entraînées dans une partie de l’atmosphère où elles peuvent s’élever plus librement. Soulignons par ailleurs que le déclenchement d’une convection dépend de plusieurs facteurs, l’onde courte n’étant pas toujours assez forte pour le faire.

Source de l'image : Environnement et Changement climatique Canada

Dissipation

Les ondes courtes peuvent se dissiper ou s’affaiblir sous l’effet de divers processus dans l’atmosphère. La dissipation dépend de plusieurs facteurs, dont les conditions environnementales et les interactions avec d’autres systèmes météorologiques.

Lorsqu’une onde courte se déplace dans une zone où les conditions sont moins favorables, elle peut perdre progressivement l’énergie nécessaire à son maintien, puis s’affaiblit et se dissipe. Les environnements qui favorisent la dissipation des ondes courtes sont ceux qui sont plus stables avec un cisaillement du vent vertical moindre, ceux qui ont un gradient de température plus faible ou moins d’humidité disponible. En outre, la perte de soutien en altitude ou l’éloignement de l’onde courte du courant-jet peuvent perturber l’apport d’énergie et entraîner sa dissipation.

Les ondes courtes peuvent interagir avec d’autres systèmes météorologiques, tels que des creux ou des crêtes à plus grande échelle, et être perturbées par ces derniers. Ces interactions peuvent conduire à la fusion ou à l’absorption de l’onde courte par le système à plus grande échelle, ce qui entraîne la dissipation de ses caractéristiques distinctes.

Même lorsqu’elles se déplacent dans les couches moyennes de l’atmosphère, les ondes courtes qui passent au-dessus de reliefs complexes, tels que des montagnes ou de grandes étendues d’eau, ou qui interagissent avec eux, peuvent se modifier ou se dissiper. L’interaction avec le relief peut perturber l’écoulement d’air, modifier les schémas de mouvement vertical ou affaiblir et dissiper l’onde courte.

Durée

La durée des creux d’onde courte peut varier selon leur taille, leur force et les conditions atmosphériques associées à la perturbation. Les ondes courtes à petite échelle et faibles peuvent durer plusieurs heures. Toutefois, il n’est pas rare que des ondes courtes plus dynamiques et de plus grande ampleur durent plusieurs jours.

La durée de vie d’une onde courte dépend également de l’interaction dynamique avec d’autres caractéristiques atmosphériques, telles que les fronts, les vents d’altitude et la configuration générale de l’écoulement. L’interaction avec d’autres systèmes peut entraîner la fusion, l’amplification ou la dissipation des ondes courtes.

La climatologie des ondes courtes au Canada peut varier d’une région à l’autre et d’une saison à l’autre en raison de l’étendue du pays et de la diversité de sa géographie. On peut néanmoins dégager quelques tendances générales.

Les ondes courtes peuvent se produire n’importe où au Canada et sont souvent associées à des systèmes de basse pression de surface. Elles suivent souvent les mêmes trajectoires que les systèmes de basse pression, car elles sont entraînées par le même schéma d’ondes longues. Les ondes courtes sont plus intenses pendant les saisons intermédiaires, lorsque les gradients de température sont les plus importants, mais en été, les ondes courtes servent souvent de déclencheur pour le développement d’orages. L'image montre ici les principales trajectoires des systèmes dépressionnaires au Canada et leur point d’origine.

Source de l’image : SpringerLinkOuvrir une nouvelle fenêtre

Les ondes courtes posent de nombreux problèmes de prévision aux météorologues en raison de leur échelle relativement petite et de leur nature dynamique.

L’une des principales difficultés de la prévision des ondes courtes est le moment et la trajectoire du système. En effet, les ondes courtes se déplacent généralement plus rapidement que les systèmes météorologiques à plus grande échelle, et même une légère déviation de la trajectoire prévue peut fortement influencer le changement de temps associé, à la fois à la surface et dans les niveaux moyens. Cela pourrait avoir un effet important sur la prévision de la gravité de la turbulence, du développement des orages et de leur gravité, des quantités de précipitations ainsi que du type de précipitations.

Deuxièmement, l’intensité exacte et les effets à mésoéchelle des ondes courtes, selon leur emplacement et leur interaction avec le relief local, peuvent influencer la gravité et le type de conditions météorologiques produites.

Même lorsqu’une onde courte est présente, il n’est pas toujours évident de savoir si elle dominera les caractéristiques de basse altitude et provoquer un soulèvement suffisant pour générer ou accroître des précipitations, ou si elle déclenchera une convection importante. Les prévisionnistes doivent analyser minutieusement tous les éléments et déterminer si le creux surmontera les éléments qui inhibent le mouvement vertical.

Enfin, la rareté des données, en particulier au Canada, rend difficile l’obtention d’une représentation précise des creux d’onde courte en vue de leur intégration dans les modèles météorologiques. La résolution du modèle joue également un rôle dans le défi des ondes courtes. Certaines caractéristiques à mésoéchelle produites par les ondes courtes sont impossibles à résoudre correctement, car elles sont trop petites pour être vues.

Un creux d’onde courte en altitude n’est pas systématiquement représenté dans une GFA, en particulier lorsqu’il existe des caractéristiques de surface qui sont également liées aux phénomènes météorologiques prévus. Il n’est représenté que lorsqu’il est le principal générateur de météo. Dans cet exemple du 8 février, le panneau GFA valide à 0000Z montre un creux de surface entre Ottawa (CYOW) et CYUL qui devrait générer des altocumulus castellanus (ACC) occasionnels jusqu’à une altitude de 24 000 pieds. Si les caractéristiques de surface telles que les creux sont très capables de générer une convection vigoureuse, celle-ci devient souvent plus profonde et plus durable avec l’ajout d’un soutien au niveau supérieur. Les sections suivantes montreront comment la présence d’un creux d’onde courte renforce la caractéristique de surface et rend ainsi la convection associée plus facile à distinguer parmi les précipitations continues attendues sur une zone beaucoup plus large.

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La TAF pour Ottawa (CYOW) émise à 1143Z prévoit le passage du creux de surface à partir de 2000Z, accompagné d’une dégradation des conditions, avec une visibilité de 1 1/2 SM et des plafonds BKN008 attendus pendant qu’il neige. Comme pour les caractéristiques de surface, le passage des caractéristiques d’altitude qui renforcent les précipitations est exprimé dans une TAF par des périodes de précipitations plus intenses ou de visibilité plus réduite. Les caractéristiques en altitude sont cependant plus difficiles à distinguer, car elles ne sont pas toujours accompagnées de signatures classiques telles que des sautes de vent ou de type de température ou de précipitation. Le rôle de la TAF étant de planifier en fonction des changements des conditions de surface, les creux d’onde courte et autres caractéristiques en altitude ne sont pas faciles à reconnaître dans ce format.

À CYUL, la TAF émise à 1440Z (non montrée ici) indique une visibilité de 1 1/2 SM dans une faible neige entre 2200Z et 0000Z. Comme à Ottawa (CYOW), les prévisionnistes ont très tôt saisi le risque d’une éventuelle dégradation des conditions. À 2040Z, dans la TAF montrée ici, les prévisionnistes disposaient également d’un grand nombre d’observations en amont et ont modifié les prévisions pour tenir compte d’éventuelles autres réductions de la visibilité jusqu’à 1/2 SM dans des averses de neige modérées.

Cette image, tirée de la page de mésoanalyse du SPC le 7 février à 1900Z, est une représentation graphique du processus de convergence de surface colocalisée avec la divergence de niveau supérieur (ce processus est expliqué dans la deuxième image de la section La science expliquée, sous « Ingrédients nécessaires »). Les contours rouges indiquent la convergence dans les basses couches de l’atmosphère (850 hPa, environ 5 000 pieds) tandis que les contours violets indiquent la divergence dans les hautes couches (250 hPa, environ 34 000 pieds). Bien qu’elle ne soit pas parfaitement superposée, l’importante divergence en altitude montrée ici et la convergence en surface le long du creux de surface (montré dans la GFA) fournissent le soutien nécessaire au développement de la convection et des sommets associés prévus jusqu’à 24 000 pieds. L’imagerie radar est également superposée à cette image derrière les contours, la zone la plus rigoureuse étant presque centrée sur la zone de divergence maximale en altitude générée par le creux d’onde courte.

Source de l'image : Storm Prediction Center Mesoscale Analysis PagesOuvrir une nouvelle fenêtre (en anglais seulement)

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L’imagerie satellitaire de la vapeur d’eau à moyenne altitudeOuvrir une nouvelle fenêtre (en anglais seulement) est l’un des meilleurs moyens de visualiser le passage d’un creux d’onde courte. Ce GIF, valide entre 1330Z et 2010Z le 7 février, montre la progression rapide de la caractéristique de haute altitude à travers l’est de l’Ontario et dans le sud du Québec.

Source de l'image : CIRA (en anglais seulement)

Cette image satellitaire de la vapeur d’eau à moyenne altitude met en évidence certaines signatures d’un creux d’onde courte. Les cercles A, B et C sont des zones de vorticité positive, de l’air tournant dans le sens antihoraire qui peut renforcer un creux d’onde courte lorsqu’il se trouve au même endroit. La ligne pointillée D représente l’emplacement approximatif du creux de surface à ce moment-là, tandis que la ligne pointillée double E montre l’emplacement approximatif du creux d’onde courte en altitude. Comme indiqué dans la section La science expliquée, les prévisionnistes examinent l’emplacement relatif des caractéristiques en surface et en altitude pour déterminer si les conditions météorologiques en surface sont soutenues par le haut. Dans cet exemple, la caractéristique de surface (ligne D) est légèrement en avance sur le creux d’onde courte en altitude (ligne E), ce qui constitue une position idéale pour le soutien du niveau supérieur. Le creux d’onde courte contient une zone de vorticité positive (cercle A) qui le renforce, ce qui favorise l’ascendance à partir de la surface et sert probablement à déclencher ou à renforcer la convection.

Source de l'image : CIRA (en anglais seulement)

Le Corridor Integrated Weather System & Consolidated Storm Prediction for Aviation (CIWS/CoSPA) a capté la progression rapide de la bande intense d’averses de neige convectives sur l’Ontario et le Québec entre 1855Z et 2055Z, avec des sommets variant entre 20 000 et 26 000 pieds. La bande est étroite et allongée le long de l’axe du creux de surface, soutenue par le creux d’onde courte de haute altitude qui suit juste derrière. Le creux de surface amorce le mouvement vertical à partir de la surface, que le creux d’onde courte soutient depuis les couches supérieures de l’atmosphère, fournissant une divergence supplémentaire en altitude qui renforce le mouvement vertical.

Source de l'image : MIT Lincoln Laboratory

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Étant donné qu’un creux d’onde courte passe plus haut dans l’atmosphère et non à la surface, il n’est généralement pas possible de lire leur passage dans les observations, à moins qu’ils n’influencent directement les précipitations passant au-dessus d’une station particulière.

Les METAR pour Ottawa (CYOW) rendent compte de la vitesse de passage du creux de surface et de la rapidité avec laquelle les conditions se sont détériorées et améliorées à l’intérieur et à l’arrière de ce creux. Le pire de l’événement a duré environ 60 minutes (de 1928 à 2030Z), avec des conditions fluctuant considérablement dans ce laps de temps.

Source : OGIMET

Le passage du creux de surface a été observé de la même manière à CYUL, les plafonds et la visibilité ayant baissé et s’étant améliorés autant et aussi rapidement qu’à Ottawa deux heures plus tôt, restant en baisse pendant environ 60 minutes. Cette cohérence, observée en amont des aéroports, aide les prévisionnistes à déterminer le début, la durée et l’intensité des phénomènes météorologiques et à vérifier les modèles.

Source de l'image : OGIMET

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