Détermination de caractéristiques dynamiques: Maximums de tourbillon et configurations en virgule

Aperçu

Maximums de tourbillon et configurations en virgule

Saison: Chaque jour

Phénomène: Circulation humide, maximums de tourbillon et advection de tourbillon

Outils: Imagerie de vapeur d'eau GOES

Défis en matière de prévision:

  • Identifier et prévoir les maximums de tourbillon afin de prévoir les zones d'advection positive de tourbillon
  • Identifier les axes connexes des vents maximums, les zones de déformation et les masses d'air

Les signatures des maximums de tourbillon sont très courantes et indiquent des zones de circulation ascendante et de forçage atmosphérique. La localisation exacte des maximums de tourbillon est cruciale pour la localisation des caractéristiques dynamiques connexes comme l'axe de vents maximums et les zones de déformation.

Modèle conceptuel

Création d'une configuration en virgule

La forme d'un régime cyclonique en virgule révèle l'emplacement du maximum de tourbillon. Celui ci se trouve au point d'inflexion et est le centre de rotation des nuages dans le cadre de référence atmosphérique. Les formes des arcs d'entrée concaves et de sortie convexes sont liées à l'intensité relative du maximum de tourbillon et du temps pendant lequel le maximum de tourbillon a influé sur ces arcs. La concavité de l'arc concave augmente avec l'intensité et l'âge du maximum de tourbillon, tandis que la convexité des arcs convexes devient plus prononcée.

Le maximum de tourbillon (X) est l'addition des effets du cisaillement horizontal du vent (S) (que nous appellerons simplement « cisaillement » dans ce qui suit) et le tourbillon rotationnel (R). Le phénomène est illustré par les graphiques ci dessous. La taille des symboles indique l'intensité relative.

Dans une situation de rotation pure, cette ligne de nuages conceptuelle évoluera de façon symétrique. La position du maximum de tourbillon est au centre du mouvement de rotation, qui est également le point d'inflexion. Le tourbillon rotationnel est la seule composante de tourbillon. Il n'y a aucun tourbillon de cisaillement. La forme de la virgule est déterminée par l'intensité et l'âge du maximum de tourbillon.

Quand le cisaillement s'accroît du côté de l'équateur par rapport à la rotation, le point d'inflexion et le tourbillon total se déplacent vers cette région de plus grand cisaillement. L'arc concave à l'emplacement du vent maximum est accentué. L'arc convexe n'est pas accentué et est créé purement par la composante rotationnelle du tourbillon, qui reste inchangée et localisée au centre du cercle. Le point d'inflexion reste le centre de rotation de l'humidité, qui est également le lieu du maximum de tourbillon total résultant de la somme du tourbillon rotationnel et du tourbillon de cisaillement.

En résumé, ce point d'inflexion est un point d'intersection extérieur cyclonique, qui est formé par la rencontre de deux courbes [générées par une circulation] cyclonique. Un point d'intersection extérieur cyclonique est généralement créé par un cisaillement zonal de la vitesse d'un vent provenant de l'ouest et se trouvant du côté de l'équateur par rapport au point d'inflexion. Celui-ci indique l'emplacement d'un maximum de tourbillon. Ce patron est très fréquent en raison de la circulation générale d’ouest autour du globe.

Quand les vents sont encore plus grands, la composante de cisaillement du côté de l'équateur du tourbillon augmente et il y a un déplacement accentué du tourbillon total et du point d'inflexion vers la région de cisaillement en s'éloignant de l'emplacement du centre de tourbillon rotationnel. L'arc concave de l'emplacement du vent maximum est fortement accentué et, également, en raison de l'augmentation du tourbillon de cisaillement, le maximum de tourbillon sera plus intense.

Si le cisaillement est du côté du pôle par rapport à la rotation, le même décalage du point d'inflexion se produit et, ici aussi, le centre de tourbillon total se déplace vers la région de cisaillement. Par contre, l'arc convexe à l'emplacement du maximum de tourbillon est accentué. L'arc concave n'est pas accentué et est créé purement par la composante rotationnelle du tourbillon, qui reste inchangée et localisée au centre du cercle. Le maximum de tourbillon s'enfoncera dans la zone d'humidité, contrairement à ce qui se passe dans les illustrations précédentes où il se trouve dans la partie sèche de la circulation. Cette accentuation de l'arc convexe est contrariante en ce sens que le point d'inflexion et le maximum de tourbillon peuvent être plus difficiles à localiser que lorsque le tourbillon est caractérisé par sa composante rotationnelle ou que le cisaillement est du côté de l'équateur par rapport au centre de rotation.

Poleward shear comma clouds are common with the northeast trade winds in the tropics.

Ces nuages en virgule du côté du nord devraient être plus courants avec les alizés du nord est dans les tropiques.

En résumé, ce point d'inflexion est un point d'intersection intérieur cyclonique, qui est formé par la rencontre de deux courbes [générées par une circulation] cyclonique. Un point d'intersection intérieur cyclonique est généralement créé par un cisaillement zonal de la vitesse d'un vent provenant de l'est et se trouvant du côté du pôle par rapport au point d'inflexion. Celui-ci indique l'emplacement d'un maximum de tourbillon.

Il est important de remarquer que, dans cet exemple idéal, l'humidité s'étend jusqu'au centre de tourbillon. Dans une atmosphère réelle, l'humidité peut disparaître près du centre de circulation, particulièrement à mesure que la circulation se prolonge. Comme résultat, le point d'inflexion réel peut être déplacé en amont par rapport au point d'inflexion apparent révélé par les configurations d'humidité.

Morphologie d'une configuration en virgule

Roger Weldon a le premier identifié la configuration nuageuse « en virgule » au début des années 1980. Les corrélations isoplèthes entre les nuages et le tourbillon absolu qu'il a utilisées étaient empiriques. Une variation de la hauteur des nuages à partir de 500 hPa et des écarts temporels entre l'analyse et la saisie des données satellitaires peuvent entraîner des erreurs. Toutefois, le centre de rotation des nuages identifié par le point d'inflexion correspond au maximum de tourbillon.

Virgule caractérisée par une rotation et/ou un cisaillement du côté de l'équateur

L'arc concave associé à l'axe des vents maximums définit ce type de virgule. La partie de la virgule où la concavité est maximale est l'endroit où l'axe des vents maximums pénètre dans la zone d'humidité.

Conceptual graphic of a comma moisture pattern with equatorial shear

La tête de la virgule est la partie de la virgule qui se trouve en aval du maximum de tourbillon. L'advection de tourbillon positive sera la plus forte dans la tête de la virgule.

Virgule déterminée par un cisaillement du côté du pôle

L'arc convexe définit ce type de virgule. La région de l'arc concave est minimale et le point d'inflexion est enfoui dans la zone d'humidité. Ici aussi la tête de la virgule est la partie située en aval du maximum de tourbillon.

Conceptual graphic of a comma moisture pattern with poleward shear

Autres considérations

  • Dans les deux configurations, la queue de la virgule est associée à la circulation chaude. L'advection de tourbillon sera minimale dans cette région. La queue de la virgule commence au creux d'onde longue en amont.
  • Il est très important de se rappeler que toutes les caractéristiques satellitaires sont déterminées par des mouvements relatifs de systèmes.
  • Si les éléments d'humidité du côté nord de la circulation cyclonique sont stationnaires ou se déplacent vers l'ouest par rapport à la surface terrestre, le maximum de tourbillon est une dépression en altitude fermée.

Analyse

Dans l'interaction suivante, examinez d'abord la boucle de vapeur d'eau GOES, puis analysez-la en cherchant les axes de vents maximums, les maximums de tourbillon et les minimums de tourbillon. Après avoir identifié ces caractéristiques, comparez votre analyse avec celle qui est fournie.

Boucle satellitaire

Cherchez les maximums de tourbillon dans cette boucle de vapeur d'eau de 4 km GOES.

Après avoir examiné la boucle, cliquez sur l'onglet Votre analyse pour avoir accès à la dernière image (1430 UTC) et indiquez l'emplacement des maximums de tourbillon, des minimums de tourbillon et des axes de vents maximums les plus évidents.

Votre analyse

The following exercise cannot be completed in Internet Explorer 11 or older versions. Please use Microsoft Edge or other modern browsers to complete this exercise.

Marquez les endroits des maximums et des minimums de tourbillon les plus évidents et les axes de vents maximums dans la zone mise en évidence.

Une fois l'opération terminée, comparez votre analyse avec celle de l'expert.

GOES Water Vapor 1430 UTC 07 Mar 2004
GOES Water Vapor 1430 UTC 07 Mar 2004 - Map Overlay GOES Water Vapor 1430 UTC 07 Mar 2004

Éléments à glisser:
Minimums:
N

Maximums:
X
Outil: Taille: Couleur:

Interprétation

Examinons cette situation de plus près. Nous examinerons d'abord les circulations atmosphériques à grande échelle, puis la virgule principale et le maximum de tourbillon, et finalement, nous examinerons de plus près les profils d'humidité associés à des virgules beaucoup moins bien définies.

Aperçu de la circulation

GOES-12 Water Vapor, 1430 UTC 07 Mar 04 showing axis of maximum wind and deformation zones associated with Maximums.

Un écoulement large et fort venant du nord qui déferle par-dessus une forte crête en altitude à l'ouest pénètre encore plus vers le sud durant la période d'animation. Cet écoulement tourne brusquement vers le nord pour surmonter à nouveau une crête en aval. Un large écoulement du sud-ouest en altitude traverse les parties sud de l'image satellitaire. Ces deux circulations contribuent à accélérer la rotation du maximum de tourbillon central durant son déplacement vers l'est. Vers la fin de l'animation, les éléments d'humidité au nord du maximum de tourbillon sont stationnaires dans le cadre de référence terrestre. Quand cela se produit, le maximum de tourbillon se transforme en dépression en altitude. L'image satellitaire est dominée par des crêtes en altitude dans les régions à droite des axes de vents maximums. Le maximum de tourbillon est confiné dans la circulation cyclonique nette et profonde.

La virgule

GOES Water Vapor, 1430 UTC 07 Mar 04 highlighting the area of a comma associated with a vorticity maximum.

Concentrons-nous sur la plus grande virgule. Principaux points:

  • Le maximum de tourbillon dominant est à gauche de l'écoulement associé, quand on regarde vers l'aval. On distingue le maximum de tourbillon associé sous la forme d'un assombrissement dans l'afflux sec de la virgule.
  • Le point d'inflexion et le maximum de tourbillon se trouvent au point de rebroussement du profil d'humidité car le maximum de tourbillon est dominé par la rotation et le cisaillement du côté de l'équateur. De ces deux composantes, c'est la rotation qui est de loin la source la plus importante du tourbillon total.
  • Le point d'inflexion a déjà effectué une rotation cyclonique de 270 degrés. La rotation évidente autour du centre de rotation des nuages que l'on voit ici peut être le résultat d'un fort centre de tourbillon, d'un centre de tourbillon plus ancien, ou d'une combinaison de ces deux centres.

Interprétation des profils d'humidité

GOES Water Vapor, 1430 UTC 07 Mar 04 highlighting moisture patterns associated with a series of Maximums.

Du point de vue de la lisière d'une zone d'humidité, pour localiser le maximum de tourbillon, vous devez généralement examiner l'arc concave ou arc d'entrée de la configuration cyclonique.

X1

Cette virgule se change en une configuration fortement enroulée. La courbure de l'axe des vents maximums s'enroulant autour du maximum de tourbillon étant prononcée, le tourbillon de courbure est la principale source du fort maximum de tourbillon. L'assombrissement dans la zone d'afflux est associé à un maximum de vent qui augmentera davantage le tourbillon de ce centre.

X2

Un axe de vents maximums se creuse un trajet plus vers le sud dans la base du creux en altitude. La présence de l'afflux sec dans la bordure de l'humidité est l'information nécessaire pour localiser le nouveau minimum de tourbillon au point de rebroussement dans la virgule.

N1 et N2

Ces virgules miroirs sont caractérisées par un cisaillement du côté du pôle. Comme résultat, le centre de rotation des nuages doit se trouver au point d'inflexion interne de la signature d'humidité.

La chaîne de maximums de tourbillon

Les bordures d'humidité liées aux zones de déformation peuvent également être utilisées très efficacement pour détecter de faibles maximums de tourbillon. Les zones de déformation caractéristiques « en S inversé » ne peuvent être créées que par deux maximums de tourbillon se trouvant aux deux extrémités de la bordure d'humidité. On peut voir une série de ces faibles « S inversés » le long d'une ligne nord sud juste à l'ouest de la tête de la virgule. Les points d'inflexion de chaque virgule sont beaucoup plus flous que les zones de déformation qui révèlent l'existence de faibles circulations cycloniques.

Comparaison avec la PMN

GOES Water Vapor from 1430 UTC 07 Mar 04 with GFS 500 hPa absolute vorticity from the 00-hr forecast valid 1200 UTC 07 Mar 04. Comparing location of observed voriticity maxima to NWP locations.

Les centres de tourbillon de la PMN et des observations, X1, N1 et N2, se correspondent bien. La PMN a identifié un fort (32) maximum de tourbillon corrélé avec X1, mais l'a localisé à tort vers le nord-ouest. N1 et N2 sont également déplacés de la même façon. Ces erreurs de localisation pourraient être importantes dans des applications à méso échelle.

La partie la plus faible de la PMN se trouve dans l'orientation des axes de vents maximums qui débordent la crête en altitude. À l'aide de l'imagerie de la vapeur d'eau, on peut identifier deux axes distincts de vents maximums constituant l'écoulement large. L'un des bords des cirrus plus élevés et plus froids immédiatement à l'est de la crête peut être utilisé pour localiser un axe secondaire de vents maximums. Cet axe de vent particulier peut être suivi le long du bord des cirrus jusque dans le creux, où il s'enfonce vers le sud est et accélère la rotation d'un nouveau maximum de tourbillon.

Afin de diagnostiquer les lacunes de la PMN dans l'identification de l'écoulement en altitude, il est plus facile d'examiner les écoulements canalisés et les écoulements d'advection.

  • Un écoulement canalisé est droit. Un lobe allongé de maximum de tourbillon se trouvera à gauche de l'écoulement, tandis qu'un lobe allongé de minimum de tourbillon se trouvera à droite, en direction aval. L'advection de tourbillon le long d'un écoulement canalisé est faible.
  • Un écoulement d'advection est courbe. Les écoulements courbes produisent généralement l'advection de grandes quantités de tourbillon.
    • Si l'écoulement est cyclonique, le maximum de tourbillon est accentué. La zone du maximum de tourbillon à gauche de l'écoulement cyclonique se transforme en un centre de tourbillon positif plus intense. Il se produit une importante advection positive de tourbillon en aval de ce centre de tourbillon positif intense. Le lobe de minimum de tourbillon à droite de l'écoulement s'affaiblit et est généralement remplacé par un creux d'onde courte à mesure que l'écoulement devient de plus en plus cyclonique.
    • Si l'écoulement devient anticyclonique, le minimum de tourbillon est accentué. Le lobe de minimum de tourbillon à droite de l'écoulement anticyclonique se transforme en un centre de tourbillon négatif plus intense. Il se produit une importante advection négative de tourbillon en aval de ce centre de tourbillon négatif intense. Le lobe de maximum de tourbillon à gauche de l'écoulement s'affaiblit et est généralement remplacé par une crête d'onde courte à mesure que l'écoulement devient plus anticyclonique.

Dans le graphique joint, des lobes rouges et bleus de tourbillon canalisé chevauchent les axes de vents maximums identifiés dans l'imagerie de la vapeur d'eau. L'orientation des lobes de tourbillon de la PMN est plus vers le nord ouest comparativement à l'orientation vers le nord des axes de vents maximums identifiés dans l'imagerie de la vapeur d'eau. Le pointillé rouge et utilisé pour identifier une zone de courbure cyclonique importante et d'advection positive de tourbillon (APT).

Implications

La bonne localisation des maximums de tourbillon est cruciale pour la localisation des caractéristiques dynamiques connexes comme l'axe de vents maximums et les zones de déformation. Toutes ces caractéristiques dynamiques doivent s'inscrire de façon cohérente dans le puzzle atmosphérique. La localisation exacte de maximums de tourbillon pourrait être la pièce du puzzle qui est nécessaire pour identifier correctement et localiser d'autres caractéristiques dynamiques.

Quelques attributs importants des maximums de tourbillon à garder à l'esprit pour les identifier:

  • Les circulations autour des maximums de tourbillon sont généralement fortes. Comme résultat, les analyses numériques de l'atmosphère réussissent généralement à les localiser et à en déterminer l'intensité relative. Toutefois, si elles devaient localiser incorrectement un maximum de tourbillon ou être incapables de l'analyser, les répercussions sur les prévisions pourraient être importantes.
  • Les circulations cycloniques sont plutôt humides en général.
  • Bien identifier et localiser les maximums de tourbillon peut aider à mieux prévoir la convection et les configurations de nuages.
  • La rétroaction de convection dans les modèles numériques peut engendrer des maximums de tourbillon parasites qui peuvent être détectés par une analyse soignée de l'imagerie de vapeur d'eau.

Exemples

Exemple 1: Rotation pure

Voici quelques exemples de maximums de tourbillon. Comme on le constate souvent au pupitre de prévision, la réalité n'est pas toujours aussi simple que les modèles conceptuels. Ces situations réelles ne sont peut être pas les meilleurs exemples de maximums de tourbillon, mais il est très rare de voir des exemples parfaits au pupitre.

Examinez soigneusement la boucle avant de commencer l'analyse. N'oubliez pas de comparer votre analyse avec celles qui sont fournies.

Boucle satellitaire

Cherchez les maximums de tourbillon dominé par la rotation dans cette boucle de vapeur d'eau de 4 km GOES.

Après avoir examiné la boucle, cliquez sur l'onglet Votre analyse pour avoir accès à la dernière image (1245 UTC) et indiquez l'emplacement des maximums de tourbillon, des minimums de tourbillon et des axes de vents maximums les plus évidents.

Votre analyse

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Marquez les endroits des maximums et des minimums de tourbillon les plus évidents et les axes de vents maximums dans la zone mise en évidence.

Une fois l'opération terminée, comparez votre analyse avec celle de l'expert.

GOES Water Vapor 0245 UTC 04 Nov 2003
GOES Water Vapor 0245 UTC 04 Nov 2003 - Map Overlay GOES Water Vapor 0245 UTC 04 Nov 2003

Éléments à glisser:
Minimums:
N

Maximums:
X
Outil: Taille: Couleur:

Exemple 2: Cisaillement du côté de l'équateur

Examinez soigneusement la boucle avant de commencer l'analyse. N'oubliez pas de comparer votre analyse avec celles qui sont fournies.

Boucle satellitaire

Cherchez les maximums de tourbillon avec un cisaillement du côté de l'équateur dans cette boucle de vapeur d'eau de 4 km GOES.

Après avoir examiné la boucle, cliquez sur l'onglet Votre analyse pour avoir accès à la dernière image (0600 UTC) et indiquez l'emplacement des maximums de tourbillon, des minimums de tourbillon et des axes de vents maximums les plus évidents.

Votre analyse

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Marquez les endroits des maximums et des minimums de tourbillon les plus évidents et les axes de vents maximums dans la zone mise en évidence.

Une fois l'opération terminée, comparez votre analyse avec celle de l'expert.

GOES Water Vapor 1430 UTC 04 Mar 2003
GOES Water Vapor 0600 UTC 07 Mar 2004 - Map Overlay GOES Water Vapor 0600 UTC 04 Mar 2003

Éléments à glisser:
Minimums:
N

Maximums:
X
Outil: Taille: Couleur:

Exemple 3: Cisaillement du côté du pôle

Examinez soigneusement la boucle avant de commencer l'analyse. N'oubliez pas de comparer votre analyse avec celles qui sont fournies.

Boucle satellitaire

Cherchez les maximums de tourbillon avec un cisaillement du côté de pôle dans cette boucle de vapeur d'eau de 4 km GOES.

Après avoir examiné la boucle, cliquez sur l'onglet Votre analyse pour avoir accès à la dernière image (0115 UTC) et indiquez l'emplacement des maximums de tourbillon, des minimums de tourbillon et des axes de vents maximums les plus évidents.

Votre analyse

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Marquez les endroits des maximums et des minimums de tourbillon les plus évidents et les axes de vents maximums dans la zone mise en évidence.

Une fois l'opération terminée, comparez votre analyse avec celle de l'expert.

GOES Water Vapor 0115 UTC 30 Aug 2003
GOES Water Vapor 0115 UTC 30 Aug 2003 - Map Overlay GOES Water Vapor 0115 UTC 30 Aug 2003

Éléments à glisser:
Minimums:
N

Maximums:
X
Outil: Taille: Couleur:

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