Écoulement vers le littoral

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En gros, deux mécanismes peuvent entraîner la formation de vents de mer.

Le premier est la formation d’une circulation de brise de mer (ou de lac). Ce phénomène apparaît lors de journées relativement peu nuageuses, où le sol se réchauffe beaucoup plus que l’eau qui l’entoure. L’air au-dessus des terres s’élève et, ce faisant, aspire l’air en provenance de l’eau pour le remplacer sur le littoral, ce qui redirige les vents de surface vers le littoral.

L’autre est la circulation de vents synoptiques (à l’avant d’un système de basse pression ou à l’arrière d’un système de haute pression) de l’eau vers les terres. Lorsqu’ils sont d’origine synoptique (causés par le gradient de pression global), ces vents peuvent être plus forts et plus durables.

Le concept de l’écoulement vers le littoral est en soi très simple, mais il peut entraîner des répercussions importantes, dont la principale est l’augmentation de l’humidité à l’endroit où le vent provenant de l’eau rencontre le littoral. Les effets de ce phénomène peuvent différer selon l’heure de la journée et la stabilité atmosphérique.

Dans les situations où l’air frais provenant de l’eau se déplace au-dessus d’une surface terrestre plus chaude (souvent pendant la journée, au printemps, à l’été et à l’automne), l’air frais se réchauffe rapidement au contact du sol et peut s’élever plus haut dans l’atmosphère, où il se condense et forme des nuages. Ce processus, qui est en fait une circulation de brise de lac, peut produire de la convection dans l’écoulement vers le littoral si les nuages peuvent librement s’élever suffisamment haut dans l’atmosphère. Un processus semblable peut se produire lorsqu’une masse d’air frais avec une couche de nuages se déplace au-dessus d’une surface terrestre très chaude. Si la différence de température entre le sol et la masse d’air envahissante est assez importante, la chaleur peut pousser les nuages vers le haut et ainsi améliorer les plafonds nuageux. Ce phénomène ne survient généralement qu’en été, lorsque le réchauffement de la surface est à son maximum.

Cette animation démontre la formation d’une circulation de brise de lac idéale, qui déclenche un écoulement vers le littoral et la formation de nuages à l’intérieur des terres, ainsi qu’une éventuelle convection (si les conditions sont assez instables).

Source de l'image : Environnement et Changement climatique Canada

En revanche, le phénomène inverse se produit lorsque l’air froid se déplace vers des terres fraîches ou froides. Lorsque l’écoulement vers le littoral atteint une surface plus froide, une inversion de surface se forme, créant une couche très stable qui empêche les mouvements ascendants. Lorsque cet air frais et humide se déplace vers des terres froides, il est refroidi par le bas, ce qui rapproche sa température du point de rosée. Si le refroidissement est suffisant, il peut se former de la brume ou des nuages de basse altitude près de la surface, et le tout continue de s’abaisser tant qu’il y a de l’humidité et que le refroidissement se poursuit. On observe souvent cet effet dans les régions côtières, au coucher du soleil ou après celui-ci, lors de l’écoulement vers le littoral.

Lorsqu’une masse d’air frais remplie de nuages bas se déplace au-dessus d’une surface froide dans des conditions stables (souvent en hiver, ou la nuit en toutes saisons), l’augmentation progressive de la hauteur du sol entraîne un léger refroidissement de la masse d’air au fur et à mesure qu’elle est soulevée. Cependant, comme la couche est stable, les nuages ne peuvent pas se former vers le haut. Ils se forment plutôt vers le bas, en direction de la surface, ce qui abaisse les plafonds nuageux. Avec la poursuite de la poussée des vents de mer, les plafonds peuvent continuer à descendre, surtout la nuit. En hiver, dans des conditions d’écoulement vers le littoral, ce phénomène peut être responsable du maintien de plafonds nuageux bas dans les régions côtières pendant une journée complète. Ces conditions sont particulièrement importantes en hiver, car l’eau et l’air directement en contact avec l’eau sont plus chauds que les températures terrestres, ce qui peut créer ou maintenir de très fortes inversions de surface tout au long de la journée.

Cette animation est une représentation simplifiée de la formation de brouillard en présence d’un écoulement vers le littoral chaud et d’une surface froide. L’air chaud et humide qui se déplace vers le littoral fait augmenter l’humidité, tandis que la surface fraîche refroidit l’air directement au-dessus, ce qui a pour effet d’augmenter l’humidité et d’abaisser la température simultanément, rapprochant rapidement la température de l’air du point de rosée jusqu’à ce que du brouillard se forme et s’étende vers le littoral.

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De plus, lorsque l’écoulement vers le littoral rencontre une barrière (p. ex. en se déplaçant directement sur le littoral et en remontant une colline ou une pente montagneuse importante [soulèvement orographique]), l’une des deux situations suivantes peut se produire, selon la stabilité atmosphérique :

Conditions instables : l’écoulement vers le littoral est fortement soulevé par la pente soudaine et peut s’élever librement, se condenser et provoquer des précipitations convectives.
Conditions stables : l’air est poussé sur le flanc de la montagne jusqu’à la hauteur de l’inversion. Il se refroidit et se condense progressivement, mais ne dépasse pas nécessairement le sommet du terrain, ce qui produit une couche de nuages stagnants qui s’accumulent vers le bas. Ces nuages peuvent engendrer de la bruine ou de la pluie (si le sommet des nuages est suffisamment froid).

Cette animation est une représentation simplifiée de nuages dans un écoulement vers le littoral interagissant avec un relief élevé du sol. Dans des conditions instables, l’air humide ou les nuages peuvent être poussés vers le haut dans une atmosphère instable où ils peuvent se développer librement et devenir des nuages convectifs. Dans des conditions stables, les nuages ne s’élèvent qu’à la hauteur de l’inversion (dans ce cas-ci, le sommet de la montagne). À mesure que la masse d’air se refroidit en altitude et qu’une plus grande quantité d’air humide est soulevée le long de la paroi de la montagne, les plafonds nuageux se développent vers la surface, produisant éventuellement de la bruine ou de la pluie.

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Dissipation

Dans le cas d’une circulation de brise de lac ou de mer, le système se détériore lorsque les températures de surface diminuent et se rapprochent de celles au-dessus de l’eau. Ce changement est souvent lié au coucher du soleil qui, lorsqu’il commence ou se termine, élimine le fort gradient de pression qui a permis à la circulation de se former. Il peut également se produire si des nuages viennent bloquer le rayonnement solaire au-dessus du système (bien que cela ralentisse le taux de refroidissement pendant la nuit, ce qui pourrait permettre à une faible circulation de durer quelques heures de plus).

Pour que l’écoulement vers le littoral d’origine synoptique cesse, il faut que le gradient de pression global se déplace, de sorte que les vents ne soient plus dirigés directement de l’eau vers la terre. Pour cela, il faut généralement que les caractéristiques à l’échelle synoptique (système de basse pression ou système de haute pression, ou creux) ou les configurations changent d’emplacement, ce qui modifie la forme de la configuration de pression à la surface et réoriente les vents.

Le changement de vent le plus important qui améliorera les conditions de plafond bas engendrées par l’écoulement vers le littoral est le passage à un écoulement vers la mer. À l’inverse de la manière dont l’écoulement vers le littoral se refroidit, se condense et augmente l’humidité à la surface, les vents de terre provoquent un léger réchauffement et un abaissement de l’humidité. Les vents de terre permettent de dissiper très efficacement les conditions de plafonds bas, donc d’améliorer les plafonds nuageux. En raison de l’effet d’assèchement, le brouillard ou la brume peuvent se dissiper rapidement lorsqu’il y a des vents de terre.

Durée

Les circulations de brise de lac ne durent généralement que quelques heures. Elles commencent généralement en début d’après-midi et diminuent vers le coucher du soleil. Elles peuvent durer un peu plus longtemps si les conditions de surface peuvent rester assez chaudes par rapport à la température de l’eau, mais elles cessent souvent graduellement pendant la nuit.

La circulation synoptique peut provoquer des vents de mer pendant plusieurs heures, voire plusieurs jours, selon la vitesse globale et le mouvement du système.

Comme le nom le laisse entendre, l’écoulement vers le littoral ne peut se produire que dans les régions où le vent se déplace de l’eau vers la terre. Le phénomène se limite donc aux seules régions situées à proximité d’importantes étendues d’eau.

Les circulations de brise de lac sont particulièrement fortes au printemps et en été, mais elles peuvent se produire en automne lors de journées où l’ensoleillement est particulièrement fort, où le ciel est dégagé et où la différence de température entre la terre (chaude) et l’eau (froide) est au maximum.

Un écoulement vers le littoral créant des conditions stables (air plus chaud provenant de l’eau se déplaçant sur des terres plus froides) peut se produire à n’importe quel moment de l’année. Pendant les saisons chaudes, il est beaucoup plus probable qu’il se produise la nuit, lorsque le refroidissement de la surface est au maximum. En hiver, il peut survenir à n’importe quelle heure de la journée, puisque les plans d’eau sont généralement plus chauds que la terre.

Voici une carte de tous les plans d’eau du Canada. L’écoulement vers le littoral est possible à partir de tous les plans d’eau, mais c’est dans les régions au sud, où il fait plus chaud, qu’il transporte le mieux l’air humide. L’air arctique a tendance à être beaucoup plus sec et froid, bien que les régions nuageuses qui se déplacent vers le littoral soient encore sujettes à un refroidissement attribuable au soulèvement, et peut encore supporter des conditions de plafonds bas.

Source de l'image : Environnement et Changement climatique Canada

S’il est assez simple de déterminer le moment où les vents synoptiques souffleront sur le littoral à partir de l’eau, il peut s’avérer difficile de déterminer de quelle façon et à quelle vitesse les conditions météorologiques changeront sur le littoral.

Autre défi : déterminer si l’énergie solaire est suffisante pour percer la couche nuageuse de stratus. Un ensoleillement intense peut souvent permettre à une quantité tout juste suffisante de lumière d’atteindre la surface et ainsi de réchauffer, d’élever et de rompre cette couche nuageuse. Cependant, une forte inversion peut maintenir la couche de stratus en place. Il est souvent difficile de quantifier ces deux forces opposées. Étant donné que la quantité d’énergie solaire est saisonnière, il n’est pas toujours facile de déterminer laquelle de ces forces l’emportera.

Il est également difficile de déterminer avec précision la vitesse à laquelle les conditions de surface se détérioreront dans le contexte d’un écoulement vers le littoral. Les données sont souvent plus limitées au-dessus de l’océan, de sorte qu’il n’est pas toujours évident de déterminer exactement le degré d’humidité d’une masse d’air entrante (de façon générale, plus l’air est humide, plus il se condense et génère rapidement des conditions de plafonds bas). Par temps nuageux, ce problème est encore pire, car il n’y a souvent que peu ou pas d’observations directes des conditions sous la couche de nuages. Il peut donc être laborieux d’évaluer les conditions exactes qui seront touchées. Il peut également être difficile de savoir exactement à quelle vitesse la surface refroidira l’air au-dessus d’elle.

La convection associée à l’écoulement vers le littoral peut être complexe à cerner, car on ne connaît pas toujours les caractéristiques de l’air (soit la température ou l’humidité) se déplaçant vers le littoral. La situation est encore plus complexe lorsque l’air monte dans des régions montagneuses, où les données réelles sont rares et où les données de modélisation saisissent difficilement les caractéristiques de la surface en raison de l’extrême variabilité du terrain. Dans ces conditions, il peut être extrêmement compliqué de déterminer l’emplacement exact de la formation de la convection, le cas échéant, dans un écoulement vers le littoral.

Enfin, la prévision de la circulation d’une brise de lac comporte ses propres défis. En l’occurrence, il n’est pas toujours évident de déterminer si la circulation thermique sera en mesure de surmonter le gradient de pression existant.

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Ce panneau GFA des nuages et des conditions météorologiques, valide à 1200Z, le 29 août 2023, montre les écoulements vers le littoral dans diverses régions du Canada atlantique. Dans cet exemple, on examine les événements survenus à Yarmouth (CYQI), indiqués par une étoile rouge.

La région se trouve sous un système de haute pression centré au sud-est de la Nouvelle-Écosse et de Terre-Neuve, qui génère un faible écoulement anticyclonique (dans le sens antihoraire) dans la région. Notez que le « H » n’est pas dessiné, car le centre est en dehors du domaine de la GFA.

Un écoulement vers le littoral est prévu dans la GFA pour le sud-ouest de la Nouvelle-Écosse, le sud du Nouveau-Brunswick dans la baie de Fundy, l’Île-du-Prince-Édouard, l’extrémité sud de la péninsule gaspésienne, la Côte-Nord (Sept-Îles [CYZV], Natashquan [CYNA], Havre-Saint-Pierre [CYGV]), et la côte ouest de Terre-Neuve.

L’écoulement vers le littoral peut provoquer ou renforcer divers phénomènes météorologiques. Le brouillard d’advection – une caractéristique fréquente des prévisions pour la région des Maritimes – est dessinée dans la ligne pointillée orange touchant la pointe sud-ouest de la Nouvelle-Écosse et les régions le long de la baie de Fundy.

Le 30 août à 0000Z, l’anticyclone devrait se déplacer davantage dans l’Atlantique, et les vents anticycloniques devraient maintenant créer des conditions d’écoulement vers le littoral le long des côtes sud de la Nouvelle-Écosse, du Cap-Breton, de Terre-Neuve et du détroit de Belle-Isle. La GFA en fait état dans le commentaire sur les plafonds et la visibilité localement réduits au-dessus de Terre-Neuve, ainsi que dans la ligne pointillée orange.

La ligne pointillée orange indiquant la présence prévue de brouillard et de brouillard d’advection s’est étirée pour couvrir la majeure partie de la côte du littoral sud de la Nouvelle-Écosse. Il s’agit d’un exemple d’écoulement synoptique qui peut favoriser des conditions de plafond bas et de visibilité réduite, en particulier si la configuration stagne sur la région.

Un écoulement vers le littoral est prévu pendant toute la période de 12 heures de la TAF pour Yarmouth, à la pointe sud-ouest de l’île. Comme le montre la GFA, on s’attend déjà à ce qu’il se trouve à l’intérieur de la ligne pointillée orange à 1200Z le 29 août. Comme c’est typiquement le cas pour le brouillard d’advection estival, la TAF décrit une tendance à l’amélioration de 1200 à 1700Z au fur et à mesure que le réchauffement diurne augmente. Cependant, comme la station devrait connaître un écoulement vers le littoral tout au long de la journée et que le banc de brouillard devrait rester juste au large toute la journée, le risque de faibles visibilités et de plafonds bas demeure même en après-midi, comme l’indique la mention PROB30 de 1700 à 2200Z. Avec le coucher du soleil et la persistance des vents du large, les conditions dépressionnaires devraient revenir sur l’aéroport vers 2200Z, ce qui ramènerait Yarmouth dans la ligne pointillée orange notée sur la GFA de 0000Z le 30 août.

Soulignons que les écoulements vers le littoral ne garantissent pas des conditions IFR. En effet, bien qu’ils puissent réduire les plafonds et les visibilités dans le bas de la plage des conditions IFR et y rester pendant des heures ou des jours (selon la saison et les conditions particulières de la journée), les conditions varient souvent au cours de la journée. Cela peut dépendre de facteurs tels que la constance des vents, le chauffage solaire, la géographie et les effets locaux, ou d’autres systèmes météorologiques traversant la région. Bien que le mécanisme d’écoulement vers le littoral soit bien défini, tout phénomène (précipitations, faible visibilité ou plafonds bas, etc.) résultant de l’écoulement vers le littoral dépend fortement des conditions particulières de la journée.

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Ici, on présente les profils atmosphériques de Yarmouth (CYQI) pour une période de quatre jours afin de montrer la persistance possible d’un écoulement vers le littoral et des conditions météorologiques qui en résultent dans des conditions synoptiques constantes. La période montrée dans cette boucle va du 29 août à 0600Z au 31 août à 1800Z, soit une période de 60 heures.

Source de l'image : Pivotal Weather (en anglais seulement)

On peut observer l’écoulement vers le littoral prévu à la surface en regardant les barbules de vent sur le côté droit du graphique dans le cercle jaune. Tout écoulement de sud-est à sud-ouest à CYQI signifie vers le littoral au large de l’Atlantique, ce qui peut donner lieu à de mauvaises conditions lorsqu’il y a beaucoup d’humidité au-dessus de l’océan. Les conditions météorologiques résultantes de cet épisode d’écoulement vers le littoral devraient être une atmosphère saturée à basse altitude entre 0600Z, le 29 août, et 0600Z, le 30 août, donnant les plafonds bas et les visibilités réduites prévues à la fois dans la GFA et la TAF (cercle orange).

Source de l'image : Pivotal Weather (en anglais seulement)

Au cours de la nuit du 30, un système dépressionnaire devait se déplacer vers les Maritimes, apportant des précipitations et des nuages profonds, comme le montre la colonne d’air saturé (cercle orange). Malgré ce changement de masse d’air, l’humidité supplémentaire à basse altitude, soutenue par un écoulement vers le littoral continu (cercle jaune) en provenance de régions plus humides, devrait maintenir des conditions assez mauvaises à Yarmouth. Les vents devaient rester orientés au sud-sud-ouest et à la côte jusqu’à 2100Z le 30 août, soit un total de 39 heures.

Source de l'image : Pivotal Weather (en anglais seulement)

Après 2100Z le 30 août, les vents devaient passer progressivement à l’ouest, puis à nouveau à 0900Z le 31 août au nord-nord-ouest dans le sillage du passage du front froid. Au fur et à mesure que ces vents tournent, les températures (rouge) et les points de rosée (vert) commencent à s’ajuster, car le vent éloigne maintenant le banc de brouillard de la station. Bien qu’il y ait une petite composante côtière même dans l’écoulement de nord-ouest à CYQI au large de la baie de Fundy, les vents synoptiques de nord-ouest amènent généralement de l’air beaucoup plus sec, ce qui entraîne la dissipation des nuages bas et des restrictions de la visibilité. Cependant, ils peuvent facilement amener des phénomènes tels que des averses convectives de la baie au-dessus de l’aéroport dans des conditions favorables, par exemple. C’est pourquoi les prévisionnistes tiennent compte d’un grand nombre de données avant et pendant la rédaction de leurs prévisions, car des facteurs tels que l’écoulement vers le littoral peuvent, mais pas toujours, être à l’origine de phénomènes météorologiques importants à un endroit donné.

Source de l'image : Pivotal Weather (en anglais seulement)

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Il s’agit de la boucle de prévision du modèle SRPD pour la pression moyenne au niveau de la mer (hPa) et le vent à 10 mètres AGL (kt) entre 0600Z le 29 août et 1800Z le 31 août. Rappelons que Yarmouth (CYQI) est située à l’extrémité sud-ouest de la Nouvelle-Écosse (voir la GFA pour une référence visuelle).

Au début de la boucle, le modèle synoptique dérivé prévu sur les Maritimes montre des vents anticycloniques (dans le sens horaire), l’anticyclone centré au sud de Terre-Neuve, comme sur la GFA. L’anticyclone commence alors à s’affaiblir et à se déplacer vers l’est, mais le modèle maintient CYQI dans un écoulement vers le littoral, comme le montrent les barbules de vent prévues à proximité.

Dans le sillage de l’anticyclone, le modèle SRPD montre un système dépressionnaire (mentionné dans la section des profils atmosphériques) s’approchant de la région des Grands Lacs. Devant cette dépression, CYQI reste dans un écoulement vers le littoral, mais la courbure des isobares montre qu’il s’agit maintenant d’un écoulement cyclonique (dans le sens inverse des aiguilles d’une montre).

Ce n’est qu’après le passage du front froid prévu par le modèle SRPD que les vents devraient tourner radicalement à l’ouest puis au nord-ouest. Cette direction du vent est beaucoup plus susceptible d’apporter de l’air beaucoup plus sec (voir l’image suivante), ce qui entraîne la dissipation des conditions dépressionnaires observées tout au long de la période, même si les vents restent « vers le littoral ». En effet, l’air sec déplacé au-dessus de la station domine souvent et chasse l’humidité restante à la surface de l’eau, ce qui réduit l’humidité disponible qui pourrait se transformer en conditions dépressionnaires.

Source de l'image : Pivotal Weather (en anglais seulement)

Cette boucle du modèle SRPD de l’humidité relative à 2 mètres AGL et des vents à 10 mètres AGL est montrée pour la période de 0600Z, le 29 août, à 1800Z, le 31 août (comme la boucle précédente). Les barbules de vent affichées à chaque pas de temps sont également identiques à celles de la boucle précédente.

Bien que ce soit purement sous l’influence de l’anticyclone en début de période, on remarque les régions localisées d’humidité relative plus élevée (baie de Fundy et eaux atlantiques au sud de la Nouvelle-Écosse) prévues par le modèle. Cela correspond au panneau GFA de 1200Z qui donne ces régions comme étant susceptibles de voir des plafonds et des visibilités réduits. À 0000Z le 30 août, la zone d’humidité dérivée du modèle s’étend jusqu’à la limite sud du Cap-Breton et de Terre-Neuve, ce qui cadre avec les conditions plus faibles prévues dans l’écoulement vers le littoral dans le panneau GFA de 0000Z illustré.

Lorsque la dépression commencera à influencer la région, le modèle prévoit que l’humidité localisée sera dominée par l’humidité et la dynamique à grande échelle associées à la dépression. Cependant, c’est dans le sillage de son passage que l’on prévoit un net changement de la masse d’air. Cette baisse calculée de l’humidité, ainsi que la saute de vent à CYQI en particulier, devraient contribuer à faire tomber les plafonds et les visibilités réduits dans la région et à faire apparaître un ciel dégagé.

Source de l'image : Pivotal Weather (en anglais seulement)

Il s’agit d’une boucle d’image satellitaire multispectrale Nighttime MicrophysicsOuvrir une nouvelle fenêtre (en anglais seulement) au-dessus du Canada atlantique montrant des nuages entre 0600Z et 1000Z le 29 août. On peut voir l’écoulement anticyclonique qui traverse la Nouvelle-Écosse et le sud de Terre-Neuve, associé au centre de l’anticyclone situé au large, en observant la légère courbe dans le sens horaire de la structure globale des nuages dans la région.

Le stratus à basse altitude au-dessus des eaux méridionales qui donne du brouillard et réduit les plafonds la visibilité à Yarmouth (CYQI) est en grande partie caché par la présence de nuages plus élevés. Les cirrus rendent souvent difficile, voire impossible, la détection par le satellite de ce qui se trouve en dessous, bien que des indices de nuages bas et chauds et de brouillard (bleu-vert clair, voir la légende sous l’image) apparaissent ici et là.

On peut toutefois observer ces nuages de basse altitude dans d’autres régions : Vermont, Maine, New Hampshire, New York et certaines parties du sud du Québec. Si l’on regarde la prévision GFA valable pour 0000Z le 29 août, une ligne pointillée orange supplémentaire pour le brouillard ou la brume était située au large de la côte nord de Terre-Neuve. On peut le voir sur la boucle satellite, car ce stratus de basse altitude apparaît bleu-vert clair pendant la nuit, puis devient fuchsia après le lever du soleil.

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

Les observations à Yarmouth (CYQI) le 30 août, entre 1500Z et 2020Z, montrent des conditions dépressionnaires marquées par le brouillard et la brume dans un écoulement vers le littoral. Cette période coïncide avec le passage du système dépressionnaire sur la région, ce qui ajoute de l’humidité et des facteurs supplémentaires susceptibles d’amplifier les conditions dépressionnaires observées.

Source de l'image : OGIMET

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