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Quels liens les dépressions entretiennent-elles réellement avec le courant-jet ?

Crédits : Met Office.

Dans cet article, nous aborderons la question du lien existant entre dépressions synoptiques et courant-jet de moyennes latitudes. Pour plus de précisions sur ce sujet complexe, le lecteur est invité à consulter les références indiquées en bas de page. 

Dans les ouvrages de météorologie un peu élaborés, le creusement des dépressions est souvent expliqué comme étant le fait du fameux courant-jet polaire. Ce dernier forme, on le rappelle, un tube de vents forts concentrés en haute troposphère, vers 8 à 12 kilomètres d’altitude. De même, en météorologie opérationnelle, les prévisionnistes suivent de près tout risque d’interaction entre ce courant et des éléments de tourbillons en surface. Lorsque le phasage est optimal, une dépression peut se renforcer de façon considérable. Un cas emblématique est celui des tempêtes du siècle de fin décembre 1999.

Il s’agit là d’une approche dite diagnostique, qui sert moins la compréhension profonde des phénomènes que l’application pratique de la prévision météorologique. Aussi, c’est l’approche plus théorique et physicienne – sur laquelle repose toute construction diagnostique – qui peut réellement nous renseigner sur ce qu’il se passe d’un point de vue physique. Il est donc important de bien distinguer les deux.

L’eddy-driven jet : un courant-jet piloté par les tourbillons 

Le courant-jet des moyennes latitudes fait partie intégrante de la circulation générale de l’atmosphère. Et contrairement à ce que l’on pourrait penser sur la base de discours simplifiés, ce jet doit en fait sa présence aux tourbillons – essentiellement dépressionnaires – et autres ondes de Rossby. Aussi, la théorie révèle que les dépressions n’ont pas besoin d’un courant-jet pour se former du moment qu’un certain gradient thermique est présent*. Ce n’est d’ailleurs pas un hasard si les experts parlent d’eddy-driven jet. Mais comment les choses s’articulent-elles ?

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Formation d’un eddy-driven jet en laboratoire. Les ondes générées par un oscillateur mécanique produisent un jet d’ouest (bande verte) et des courants d’est plus faibles autour. Le centre de la figure représente le “pôle”. Enfin, le bord représente la zone tropicale. Crédits : Geophysical Fluid Dynamics Laboratory.

Initialement, le gradient de température entre le pôle et les tropiques organise des systèmes d’ondes et tourbillons de grande échelle – donc du vent. Ceux-ci vont peu à peu concentrer le contraste thermique et le mouvement généré sur une bande latitudinale relativement étroite. Notre courant-jet naît de cette redistribution complexe du mouvement atmosphérique sous l’effet de la rotation terrestre. On soulignera que cette vision n’est pas très intuitive, car l’on raisonne souvent à partir d’un état où le tube de vents forts existe déjà et entretient de nouveaux tourbillons.

En résumé, les dépressions structurent la circulation de grande échelle en organisant une zone bien localisée où se concentrent les instabilités. Il s’agit là d’un bel exemple de ce que l’on appelle l’interaction ondes-flux moyen. Bien que les deux éléments rétroagissent l’un sur l’autre, ce sont bien les dépressions qui maintiennent le jet polaire.

Des relations diagnostiques aux mécanismes physiques

Si le courant-jet se retrouve associé à un fort gradient thermique, cette association se fait finalement de manière assez indirecte. Comme on l’a vu, ledit tube est alimenté par le vent généré dans les régions de cyclogenèses. En effet, en altitude une importante partie du mouvement est exportée des dépressions (voir figure ci-dessous). Or, l’arrivée d’un tel flux dans une région extérieure produit des mouvements verticaux qui vont renforcer le gradient thermique. Autrement dit, les champs de température – et de masse – s’adaptent au champ de vent.

Exemple de production (ligne continue) et d’export (ligne en pointillés) d’énergie cinétique en fonction de l’altitude dans une dépression. Le cas correspond à une cyclogenèse d’octobre 1954. Enfin, bien que les valeurs numériques varient selon les cas, la forme des courbes est caractéristique. Crédits : Palmén & Newton, 1969.

Cet exemple n’épuise pas le sujet mais permet d’illustrer le caractère indirect du lien entre courant-jet et gradient thermique. L’analyse au travers d’outils diagnostiques – comme l’équilibre du vent thermique – ne permet pas de remonter à ces considérations physiques fondamentales. Plus précisément, aucune relation proprement dynamique n’est présente dans la plupart des outils diagnostiques utilisés en météorologie opérationnelle. D’où l’intérêt de bien comprendre leur statut ainsi que leur limite.

* Il s’agit là d’une considération purement académique mais qui peut se démontrer par les équations et la simulation numérique.

Sources : Zonal Jets : Phenomenology, Genesis, and Physics, Boris Galperin / Atmospheric and Oceanic Fluid Dynamics, Geoffrey K. Vallis / Atmospheric Circulation Systems, Palmén & Newton.