Comment se forment les orages ?

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Des orages

Un orage mature, avec enclume en haut. Service météorologique national de la NOAA

Que vous soyez un spectateur ou un 'fantôme', il y a de fortes chances que vous ne vous soyez jamais trompé à la vue ou aux sons d'un orage . Et ce n'est pas étonnant pourquoi. Plus de 40 000 se produisent chaque jour dans le monde. Sur ce total, 10 000 se produisent quotidiennement aux États-Unis seulement.

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Climatologie orageuse

Une carte montrant le nombre moyen de jours d'orage chaque année aux États-Unis (2010). Service météorologique national de la NOAA

Au printemps et en été, les orages semblent se produire comme sur des roulettes. Mais ne soyez pas dupe ! Les orages peuvent se produire à tout moment de l'année et à toute heure de la journée (pas seulement l'après-midi ou le soir). Il suffit que les conditions atmosphériques soient bonnes.

Alors, quelles sont ces conditions et comment conduisent-elles au développement des tempêtes ?

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Ingrédients de l'orage

Pour qu'un orage se développe, 3 ingrédients atmosphériques doivent être en place : la portance, l'instabilité et l'humidité.

Lever

La portance est responsable de l'initiation du courant ascendant - la migration de l'air vers le haut dans l'atmosphère - qui est nécessaire pour produire un nuage d'orage (cumulonimbus).

La portance est obtenue de plusieurs façons, la plus courante étant par chauffage différentiel , ou convection . Au fur et à mesure que le soleil chauffe le sol, l'air réchauffé à la surface devient moins dense et s'élève. (Imaginez des bulles d'air qui s'élèvent du fond d'une casserole d'eau bouillante.)

D'autres mécanismes de levage incluent l'air chaud dépassant un front froid, l'air froid sapant un front chaud (les deux sont connus sous le nom de lifting frontal ), l'air étant forcé vers le haut le long du flanc d'une montagne (appelé ascenseur orographique ), et de l'air qui se rassemble en un point central (appelé convergence .

Instabilité

Une fois que l'air a reçu un coup de pouce vers le haut, il a besoin de quelque chose pour l'aider à poursuivre son mouvement ascendant. Ce « quelque chose » est l'instabilité.

La stabilité atmosphérique est une mesure de la flottabilité de l'air. Si l'air est instable, cela signifie qu'il est très flottant et qu'une fois mis en mouvement, il suivra ce mouvement plutôt que de revenir à son emplacement de départ. Si une masse d'air instable est poussée vers le haut par une force, elle continuera vers le haut (ou si elle est poussée vers le bas, elle continuera vers le bas).

L'air chaud est généralement considéré comme instable car quelle que soit la force, il a tendance à monter (alors que l'air froid est plus dense, et descend).

Humidité

La portance et l'instabilité entraînent une montée de l'air, mais pour qu'un nuage se forme, il doit y avoir suffisamment d'humidité dans l'air se condense en gouttelettes d'eau comme ça monte. Les sources d'humidité comprennent les grandes étendues d'eau, comme les océans et les lacs. Tout comme les températures de l'air chaud favorisent la portance et l'instabilité, les eaux chaudes favorisent la répartition de l'humidité. Ils ont un plus haut évaporation ce qui signifie qu'elles libèrent plus facilement de l'humidité dans l'atmosphère que les eaux plus froides.

Aux États-Unis, le Golfe du Mexique et l'océan Atlantique sont les principales sources d'humidité pour alimenter les tempêtes violentes.

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Les trois étapes

Schéma d'un orage multicellulaire composé de cellules orageuses individuelles - chacune à un stade de développement différent. Les flèches représentent le fort mouvement de haut en bas (courants ascendants et descendants) qui caractérise la dynamique des orages. Service météorologique national de la NOAA

Tous les orages, les deux sévère et non sévères, passent par 3 stades de développement :

1. le stade de cumulus bourgeonnant,
2. la phase de maturité, et
3. l'étape de dissipation.

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1. L'imposant stade Cumulus

La phase initiale de développement d'un orage est dominée par la présence de courants ascendants. Ceux-ci font passer le nuage d'un cumulus à un cumulonimbus imposant. Service météorologique national de la NOAA

Oui cela est cumulus un péché cumulus de beau temps . Les orages proviennent en fait de ce type de nuage non menaçant.

Bien qu'à première vue cela puisse sembler contradictoire, considérez ceci : l'instabilité thermique (qui déclenche le développement d'un orage) est aussi le processus même par lequel un cumulus se forme. Comme le Soleil chauffe la surface de la Terre, certaines régions se réchauffent plus rapidement que d'autres. Ces poches d'air plus chaudes deviennent moins denses que l'air environnant, ce qui les fait monter, se condenser et former des nuages. Cependant, quelques minutes après leur formation, ces nuages ​​s'évaporent dans l'air plus sec de la haute atmosphère. Si cela se produit pendant une période suffisamment longue, cet air finit par s'humidifier et à partir de ce moment, continue la croissance des nuages ​​plutôt que de l'étouffer.

Cette croissance verticale des nuages, appelée courant ascendant , est ce qui caractérise le stade cumulus de développement. Cela fonctionne pour construire la tempête. (Si vous avez déjà observé un cumulus de près, vous pouvez réellement voir cela se produire. (Le nuage commence à bourgeonner de plus en plus haut dans le ciel.)

Au stade du cumulus, un cumulus normal peut se transformer en un cumulonimbus d'une hauteur de près de 20 000 pieds (6 km). À cette hauteur, le nuage dépasse le niveau de congélation de 0 °C (32 °F) et des précipitations commencent à se former. Au fur et à mesure que les précipitations s'accumulent dans le nuage, elles deviennent trop lourdes pour être supportées par les courants ascendants. Il tombe à l'intérieur du nuage, provoquant une traînée dans l'air. Ceci, à son tour, crée une région d'air dirigé vers le bas appelée courant descendant .

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2. La phase de maturité

Dans un orage « mature », un courant ascendant et un courant descendant coexistent. Service météorologique national de la NOAA

Tous ceux qui ont vécu un orage connaissent son stade de maturité - la période où des rafales de vent et de fortes précipitations se font sentir à la surface. Ce qui n'est peut-être pas familier, cependant, c'est le fait que le courant descendant d'une tempête est la cause sous-jacente de ces deux conditions météorologiques orageuses classiques.

Rappelez-vous que lorsque les précipitations s'accumulent dans un cumulonimbus, elles génèrent éventuellement un courant descendant. Eh bien, lorsque le courant descendant se déplace vers le bas et sort de la base du nuage, les précipitations sont libérées. Une bouffée d'air sec refroidi par la pluie l'accompagne. Lorsque cet air atteint la surface de la Terre, il se répand devant le nuage d'orage - un événement connu sous le nom de rafale avant . Le front de rafales est la raison pour laquelle des conditions fraîches et venteuses sont souvent ressenties au début d'une averse.

Le courant ascendant de la tempête se produisant côte à côte avec son courant descendant, le nuage d'orage continue de s'agrandir. Parfois, la région instable s'étend jusqu'au fond de la stratosphère . Lorsque les courants ascendants atteignent cette hauteur, ils commencent à se propager latéralement. Cette action crée le sommet de l'enclume caractéristique. (Parce que l'enclume est située très haut dans l'atmosphère, elle est composée de cirrus/cristaux de glace.)

Pendant tout ce temps, de l'air plus frais et plus sec (et donc plus lourd) provenant de l'extérieur du nuage est introduit dans l'environnement du nuage simplement par le fait de sa croissance.

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3. L'étape de dissipation

Schéma d'un orage qui se dissipe - sa troisième et dernière étape. Service météorologique national de la NOAA

Avec le temps, à mesure que l'air plus frais à l'extérieur de l'environnement nuageux s'infiltre de plus en plus dans le nuage d'orage en croissance, le courant descendant de la tempête finit par dépasser son courant ascendant. Sans apport d'air chaud et humide pour maintenir sa structure, la tempête commence à s'affaiblir. Le nuage commence à perdre ses contours brillants et nets et apparaît à la place plus irrégulier et taché - un signe qu'il vieillit.

Le processus de cycle de vie complet prend environ 30 minutes. Selon le type d'orage, un orage peut le traverser une seule fois (cellule unique) ou plusieurs fois (multicellule). (Le front de rafales déclenche souvent la croissance de nouveaux orages en agissant comme une source de portance pour l'air humide et instable voisin.)