Déferlement d'onde de Rossby

L'analyse à grande échelle des cartes du champ de vent ou de géopotentiel révèle la présence d'ondulations plus ou moins marquées de la circulation atmosphérique, qu'on appelle des ondes de Rossby. Elles permettent des transferts méridiens de chaleur et de quantité de mouvement. Sans trop entrer dans les détails, la naissance et la propagation de ces ondes peut s'expliquer par la perturbation de l'écoulement par le relief ou les contrastes thermiques, et la rotation de la Terre. Les ondes de Rossby se propagent d'est en ouest par rapport à l'écoulement qui les porte, à la vitesse dite de phase qui est fonction de la longueur d'onde (distance entre deux crêtes ou deux creux). Comme le vent moyen en altitude dans la zone tempérée est de secteur ouest et fort, il compense en fait largement la vitesse de phase dirigée vers l'ouest, de sorte que dans le cas général les ondes se propagent vers l'est dans un référentiel lié à notre planète, mais à une vitesse bien inférieure au courant-jet. On peut le mettre en évidence sur une animation du champ de géopotentiel à 500 hPa par exemple. Les ondes se déplacent d'autant plus vite qu'elles sont de courte longueur d'onde, et que l'écoulement général est rapide. Lorsque la circulation ralentit, les grandes ondes peuvent parfois présenter un caractère stationnaire voire rétrograder.

 

 
Vent et lignes de courants à 200 hPa.
Source : Wetterzentrale.

 

La figure ci-dessous montre un diagramme de Hovmoller, représentant le vent méridien (c’est-à-dire la composante nord-sud du vent) à 200 hPa, moyenné entre 30 et 60 degrés de latitude nord (régions des moyennes latitudes) et construit à partir des données GFS. On lit la longitude en abscisse, les jours en ordonnée. Une ligne noire horizontale sépare l’analyse de la prévision (en bas). La France se situe autour de zéro degré de longitude, c’est-à-dire en limite droite ou gauche du diagramme, à l'est du bassin atlantique-nord. Le vent de composante nord est en bleu, le vent de composante sud en rouge. On identifie alors des minimums et des maximums de vent méridien, ce qui permet de localiser approximativement les axes de thalweg (T) et de dorsale (R pour ridge). L’orientation des perturbations (flèches vertes pour illustrer sur deux exemples) donne la vitesse de phase à laquelle se propagent les ondes élémentaires. L’énergie associée aux ondes de haute troposphère se propage vers l’est à la vitesse dite de groupe, en opposition à la vitesse de phase. De proche en proche, il y a alors naissance de nouvelles perturbations cycloniques et anticycloniques en alternance, en aval de l’écoulement : on parle de développement en aval. Le trait noir ajouté sur le diagramme identifie par exemple un train d’onde (ou paquet d'onde de Rossby) récent. On voit que la vitesse de groupe à laquelle se transmet l'énergie est bien supérieure à la vitesse de phase, de sorte qu'une ondulation sur le Pacifique donne lieu à une perturbation sur l'Atlantique quelques jours plus tard !

 

 
Diagramme de Hovmoller.
Sources : Michael J. Ventrice, University at Albany, NCEP.


 

Dans certaines circonstances, lorsque les ondes de Rossby s'amplifient, elles peuvent déferler : on parle de déferlement d'onde de Rossby (en anglais, RWB pour Rossby Wave Breaking). C'est ce qui s'est produit récemment au-dessus de l'Atlantique, suite à la transition extra-tropicale de l'ouragan Larry. Un déferlement d'onde de Rossby est la déformation rapide et irréversible des iso-contours du tourbillon potentiel à la tropopause, sur une surface isentrope (par exemple 355 K). Le dégagement de chaleur latente dans la troposphère qui accompagne la formation des nuages au sein des perturbations cycloniques induit des anomalies négatives de tourbillon potentiel (tourbillon anticyclonique) au voisinage de la tropopause, lesquelles contribuent à "alimenter" et amplifier la dorsale. Quand un phénomène de déferlement d'onde de Rossby finit par se produire, on observe la formation de bandes de fort tourbillon potentiel s'étirant aux latitudes subtropicales. La figure suivante illustre le déferlement de nature anticyclonique lors du weekend précédent.


Illustration du RWB à la tropopause. Source : Tropical Tidbits.



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