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Qu’est ce que l’inversion de température ?

Ces derniers jours, malgré une masse d’air plutôt douce en altitude, les gelées ont été fréquentes dans les plaines et les vallées… Mais pourquoi ?

Mer de nuages au-dessus de Vichy, Allier, le 30 décembre 2016 (copyright : David Bournadet pour Association Météo Centre).

En situation normale

En situation normale, plus on monte en altitude, plus la température de l’air diminue (environ 6,5°C en moyenne tous les 1000m) jusqu’à la tropopause. Les masses d’air chaud et les polluants peuvent s’échapper assez facilement dans la troposphère.

Situation normale / pas d’inversion de température (copyright : Association Météo Centre).

En situation d’inversion de température

En situation d’inversion de température, le gradient de température est positif ou nul (la température monte avec l’altitude). Comme l’air froid est plus lourd que l’air chaud, celui-ci descend vers le sol, tandis que l’autre monte. La couche d’inversion peut aller de quelques dizaines de mètres à plusieurs centaines de mètres. On observe principalement cette inversion thermique en période hivernale. En effet, le soleil étant bas dans le ciel et chauffant peu les sols, l’inversion thermique ne s’estompe pas si facilement.

En hiver, lors d’une période prolongée de hautes pressions (comme actuellement), l’anticyclone va agir comme un « couvercle » emprisonnant l’air froid et les polluants en basses couches (possible « smog »), surplombés en altitude par de l’air plus doux. A la limite de ces deux masses d’air, on constate généralement une couche de stratus ou stratocumulus (mer de nuages observée depuis les hauteurs) mais ce n’est pas toujours le cas (divers facteurs en dépendent : taux d’humidité dans l’air, températures, reliefs, mouvements des masses d’air, etc).

Situation d’inversion de température (copyright : Association Météo Centre).

En général, une couche d’inversion peut se former de plusieurs manières :

  • l’inversion de subsidence : elle se forme dans des conditions très calmes en basses couches, lorsqu’un anticyclone assez costaud ramène de l’air d’origine subtropical en altitude. Cet air doux descend vers le sol et plaque l’air froid vers le sol, notamment dans les vallées, piégées par les reliefs jouant le rôle de « barrières ». Ainsi, des brouillards peuvent se former près du sol si le point de rosée est atteint (température à laquelle la vapeur d’eau contenue dans l’air arrive à saturation et se condense = transforme en gouttelettes).
  • l’inversion nocturne : durant les nuits d’hiver et par ciel dégagé, l’air se refroidit rapidement près du sol par rayonnement infrarouge. La masse d’air près du sol est donc plus froide que celle la surplombant (parfois plus de 10°C d’écart sur quelques centaines de mètres). Ainsi, dans certains cas, il arrive que des brouillards se forment près du sol. Si ces derniers se dissipent rapidement ou qu’ils sont absents, l’inversion s’annule. A contrario, s’ils persistent, l’inversion va se maintenir plus longtemps.
  • l’inversion frontale : lors du passage d’un front chaud, l’air doux va petit à petit remplacer l’air froid. Cependant, comme l’air doux est plus léger que l’air froid, celui-ci va glisser sur l’autre et par conséquent, il va limiter l’évacuation de l’air plus froid en basses couches. La couche d’inversion se forme au contact des deux masses d’air.
  • l’inversion d’advection : elle se produit lorsqu’une masse d’air passe sur un sol plus froid (sol gelé et/ou enneigé, rivière, lac, etc). L’air près du sol va alors se refroidir tandis que la masse d’air le surplombant se montrera plus douce.
Mer de nuages au-dessus de Vichy, Allier, le 30 décembre 2016 (copyright : David Bournadet pour l’Association Météo Centre).
Mer de nuages près du Morvan, le 29 décembre 2019 (copyright : Pierre Péchin).

Ce phénomène se termine lorsque l’anticyclone se rétracte/s’affaiblit, lorsqu’une perturbation balaie la région concernée ou bien lorsque le vent se lève.

A noter qu’en hiver, lorsque les pressions varient énormément, elles peuvent perturber les ondes de la télévision notamment. Ces dernières peuvent aussi être gênées par une hausse brusque du mercure.

Comment se forme la neige ?

Or blanc pour les skieurs, source de bonheur pour les enfants, cauchemar des automobilistes, la neige fait parler d’elle… mais comment se forme-t-elle ?

Comment se forme la neige ?

Au cœur des nuages froids chargés de particules volatiles microscopiques, la vapeur d’eau se condense en gouttelettes d’eau puis en en cristaux de glace à l’origine des flocons de neige. Lorsque la température du nuage est inférieure à 0°C, les cristaux de glace grossissent et finissent par se précipiter vers le sol du fait de leur poids. Lorsque ces précipitations traversent diverses couches d’air assez froides (température inférieure à 0°C), ces cristaux s’agglomèrent et forment des flocons.

Flocon de neige au microscope.
Flocon de neige au microscope.

Trois conditions sont nécessaires pour que la neige se forme. Premièrement, la température de la masse d’air (dans l’atmosphère et au sol) doit être très proche de 0°C ou juste en dessous. Deuxièmement, la vapeur d’eau et de minuscules particules volatiles (poussière, etc.) doivent être présentes en assez grande quantité dans l’atmosphère.

En France, la neige tombe généralement en plaine lorsque les températures sous abri sont comprises entre -5°C et +1°C. On retrouve des épisodes neigeux en plaine à partir de fin novembre jusqu’au mois d’avril la plupart du temps. Toutefois, il est possible d’observer des chutes de neige précoces en octobre mais aussi des chutes de neige tardives au mois de mai.

Neige dans l'Indre en février 2012.
Neige dans l’Indre en février 2012.

Les différents types de neige

Il existe trois types de neige en météorologie : la neige sèche, la neige humide et la neige mouillée. La quantité d’eau liquide est un facteur clé pour déterminer le type de neige.

La neige sèche ou poudreuse contient très peu ou pas d’eau liquide. On la retrouve fréquemment en montagne où la température est très basse (souvent inférieure à -5°C).

La neige humide contient un peu d’eau liquide. Elle est souvent « lourde et collante ». On la retrouve fréquemment en plaine où la température est proche de 0°C (souvent entre -1°C et +1°C). C’est le type de neige le plus appréhendé sur les routes.

La neige mouillée contient beaucoup d’eau liquide. Elle est très « lourde ». On a la retrouve parfois en plaine où la température est nettement positive (souvent entre +1°C et +3°C). Sur les routes, elle est facilement « nettoyée » mais elle peut être dangereuse en cas de fonte puis de regel par la suite (risque de verglas).

Les différents types de flocons de neige

Il existe une multitude de formes de flocons de neige mais elles restent difficiles à distinguer car les flocons se mêlent les uns aux autres la plupart du temps. La forme des flocons dépend de plusieurs conditions météorologiques (la température et l’humidité au cœur du nuage notamment). On observe généralement trois types de formes : plaquettes ou assiettes, étoiles et aiguilles ou colonnes.

Diagramme des formes de flocons selon la température et la sursaturation (Sources : intra-science.com / snowcrystals.com/).

Le vidéaste russe Vyacheslav Ivanov a filmé au microscope la naissance de flocons de neige. Des formes aussi uniques que complexes dont l’éclosion est magnifique à voir. Vous pouvez visionner sa vidéo ici : https://www.youtube.com/watch?v=h2hml0b0kLs.

Vous pouvez également consulter ces liens pour en savoir plus sur les différents types de flocons :

Pourquoi est-il si difficile de prévoir la neige pour les météorologues ?

La prévision d’un épisode neigeux reste une prévision délicate : il faut attendre 24h voire 12h avant l’épisode en question pour être le plus juste et le plus précis dans les prévisions.

En effet, la température est le paramètre le plus important lors des prévisions de chutes de neige. Les météorologues doivent prendre en compte la température du sol mais aussi celle de l’air près de ce dernier ainsi que de la masse d’air présente sur plusieurs kilomètres au dessus de nos têtes. Dans le cas où la température reste proche de 0°C, la prévision peut devenir difficile. En effet, l’eau peut aussi bien passer à l’état liquide qu’à l’état solide. L’humidité présente dans l’air et le vent sont également des facteurs clés pour déterminer la qualité de la neige.

Lorsque deux masses d’air rentrent en conflit (froid d’un côté et doux et humide de l’autre), on observe la formation d’une perturbation. Lors d’un épisode neigeux, les météorologues surveillent tout d’abord l’activité et le comportement de cette perturbation. Ensuite, ils prennent en compte l’évolution des températures du sol et de l’air. Le relief et l’intensité des précipitations restent également deux éléments déterminants pour bien anticiper l’isotherme 0°C et la limite pluie-neige… Enfin, il faut parfois analyser l’épaisseur et la qualité de la couche de neige déjà présente (ou qui sera éventuellement présente) au sol pour pouvoir prévoir éventuellement du verglas ou une fonte plus ou moins rapide.

A Météo Centre, nous utilisons divers modèles météo (Arôme, Arpège, WRF ou encore ECMWF) pour réaliser nos prévisions. Un important temps d’analyse et de comparaison des modèles nous est requis pour réaliser la meilleure prévision possible et mieux appréhender les risques de verglas par exemple. Le « live » permet également des réajustements de nos prévisions. En effet, grâce aux images satellite, aux radars précipitations, aux relevés et aux observations des internautes et de nos équipes de terrain, nous pouvons voir l’évolution des températures, une éventuelle tenue de la neige ou encore une possible accentuation de l’intensité des précipitations.

Modèle Arpège (Copyright : Météo France / Météociel).

Neige ou pluie verglaçante ?

Comme nous l’avions dit plus haut, un épisode neigeux reste très complexe à prévoir. Généralement, il neige lorsque les températures sont égales ou inférieures à 0°C. Cependant, il arrive parfois qu’il neige alors que les températures sont positives.

Lorsque les flocons de neige traversent diverses couches d’air où la température est négative dans toutes ces dernières, alors il neige. Si les sols sont froids, on peut alors observer un « manteau blanc ». Mais il arrive parfois que la température devienne positive (+1°C à +3°C) à moins de 300 m du sol, alors les flocons n’ont pas le temps de fondre et ont le temps d’atteindre le sol.

Lorsque les flocons de neige traversent une couche d’air où la température est négative puis une nouvelle couche d’air où elle devient positive et enfin retraverse une couche d’air près du sol où la température est de nouveau négative, alors on observe de la pluie. On appelle cela des pluies verglaçantes. Elles sont très redoutées sur la route car lorsque les gouttes d’eau touchent le sol, d’importantes plaques de verglas peuvent se former.

Formation de la neige et de la pluie verglaçante (copyright : Association Météo Centre).

La neige dite par « isothermie »

La neige peut parfois tomber à basse altitude alors que la masse d’air n’est pas très froide. Ce phénomène reste difficile à prévoir car il reste très localisé et assez rare. En effet, tout dépend de la fluctuation de l’isotherme 0°C (en montagne, c’est l’altitude où il fait 0°C et où se situe la limite pluie-neige) et de l’intensité et de la durée des précipitations. Lorsque ces dernières sont durables et soutenues, de l’air très froid en altitude arrive à plonger vers le sol et la température de l’air finit par baisser progressivement. Ainsi, l’isotherme 0°C s’abaisse jusqu’en plaine. D’abord, il pleut puis la neige remplace progressivement la pluie et il se met à neiger durablement à basse altitude. Moins il y a de vent, plus il y a de chances d’observer ce genre de phénomène. On observe généralement de la neige mouillée et parfois humide. On a pu voir de la neige dite par « isothermie » en décembre 2009 dans la Nièvre.

La neige « industrielle » ou « de pollution »

En hiver, lors de conditions anticycloniques, on observe une forte inversion de température. L’air froid reste plaqué contre le sol et empêche les particules de pollution de « s’échapper ». On observe généralement des brouillards près des vallées par ces temps calmes et froids. Couplée à la pollution liée aux industries et aux transports, l’humidité présente dans l’air permet de charger l’air ambiant de particules solides (des noyaux de condensation). La vapeur d’eau se fixe sur ces dernières et se transforme en neige très fine lorsque les conditions météo sont favorables (température négative et absence de vent). On retrouve cette neige dite « industrielle » notamment près des zones polluées (zones industrielles). La prévision de ces faibles chutes de neige reste difficile voire impossible puisque les émissions des usines et des transports (particules, etc.) ne sont pas prises en compte dans les modèles météo.

Formation de la neige industrielle (copyright : Association Météo Centre).