Aperçu
Minimums de tourbillon et configurations en virgule miroir
Saison: Chaque jour
Phénomène: Circulation sèche, minimums de tourbillon et vitesse verticale
Outils: Imagerie de vapeur d'eau GOES
Défis pour les prévisions:
- Identifier et prévoir les minimums de tourbillon afin de prévoir les zones d’advection
négative de tourbillon
- Identifier les axes connexes de vents maximums, les zones de cisaillement, les zones de
déformation et les masses d’air
Les signatures des minimums de tourbillon sont tout aussi courantes et importantes que celles des
maximums de tourbillon. Il est tout aussi important de diagnostiquer où il y a un forçage
atmosphérique de descente que d’identifier les zones de forçage atmosphérique d’ascension.
Création d'une configuration en virgule miroir
La forme d'une virgule anticyclonique révèle l'emplacement du minimum de tourbillon. Celui ci se
trouve au point d'inflexion et est le centre de la rotation des nuages dans le cadre de
référence atmosphérique. Les formes des arcs de flux entrant concaves et de flux sortant
convexes sont liées à l'intensité relative du minimum de tourbillon et au temps d'action du
minimum de tourbillon sur ces arcs. Ceux-ci deviennent plus concaves ou plus convexes avec
l'intensité et l'âge du minimum de tourbillon.
Le minimum de tourbillon (N) est le résultat de l'addition du tourbillon rotationnel (R) et du
cisaillement horizontal du vent (S) - appelé simplement cisaillement dans ce qui suit. Les
graphes suivants illustrent le concept. La taille des symboles indique l'intensité relative.
Dans une rotation pure, cette ligne de nuages conceptuelle évoluerait de façon
symétrique. La position du minimum de tourbillon est au centre de la rotation, laquelle
est également le point d'inflexion. Le tourbillon rotationnel est la
seule composante du tourbillon. Il n'y a pas de tourbillon de cisaillement.
Comme résultat de l'augmentation du cisaillement du côté de l'équateur de la rotation, le
point d'inflexion et le tourbillon total sont déplacés vers cette région de plus grand
cisaillement. Comme conséquence, l'arc concave est accentué par l'écoulement relatif
plus fort. L'arc convexe n'est pas accentué et n'est créé que par la composante
rotationnelle du tourbillon, qui reste inchangée et localisée au centre du cercle. Le
point d'inflexion est toujours le centre de rotation. Il est également l'emplacement du
minimum 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 anticyclonique, qui
est formé par la rencontre de deux courbes [générées par une circulation]
anticyclonique. Un point d'intersection extérieur anticyclonique est généralement créé
par un cisaillement zonal de la vitesse d'un vent provenant de l'est et se trouvant du
côté de l'équateur par rapport au point d'inflexion. Celui-ci indique l'emplacement d'un
minimum de tourbillon.
Quand le cisaillement est encore plus grand du côté de l'équateur, la composante de
cisaillement du tourbillon augmente et le déplacement est plus prononcé. Le tourbillon
total et le point d'inflexion se déplacent vers la région de cisaillement et s'éloignent
du centre de tourbillon rotationnel. L'arc concave est toujours accentué par
l'écoulement relatif plus fort.
Si le cisaillement se trouve du côté du pôle par rapport à la rotation, le même
déplacement du point d'inflexion se produit, le centre de tourbillon total se déplaçant
toujours vers la région de cisaillement. Par contre, l'arc convexe au maximum des vents
de cisaillement est accentué. L'arc concave n'est pas accentué et n'est créé que par la
composante rotationnelle du tourbillon, laquelle reste inchangée et localisée au centre
du cercle. Le minimum de tourbillon se trouvera dans la zone d'humidité, contrairement à
ce qui se passait dans les illustrations précédentes où il se trouvait dans la partie
sèche de la circulation.
En résumé, ce point d'inflexion est un point d'intersection intérieur anticyclonique, qui
est formé par la rencontre de deux courbes [générées par une circulation]
anticyclonique. Un point d'intersection intérieur anticyclonique est généralement créé
par un cisaillement zonal de la vitesse d'un vent provenant de l'ouest et se trouvant du
côté du pôle par rapport au point d'inflexion. Celui-ci indique l'emplacement d'un
minimum de tourbillon. Ce patron est très fréquent en raison de la circulation générale
d’ouest autour du globe.
Il est important de noter que dans ces exemples idéaux, la région d'humidité s'étend à droite du
centre de tourbillon. Dans une atmosphère réelle, l'humidité peut disparaître près du centre de
circulation, surtout quand la circulation vieillit. Par conséquence, 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 miroir
C'est Roger Weldon qui, le premier, a identifié la configuration nuageuse « en virgule » au début
des années 1980. Une virgule miroir est la configuration correspondant au reflet d'une virgule
dans un miroir. Weldon a montré qu'il y avait des corrélations entre les nuages, les lignes de
courant et les isoplèthes de tourbillon absolu. On notera que les isoplèthes de tourbillon
absolu sont utilisées comme substituts opérationnels pour des lignes de courant relatives du
système. Des variations de la hauteur des nuages à partir de 500 hPa et des écarts temporels
entre l'analyse et les données satellitaires peuvent entraîner des erreurs. Le centre de
rotation des nuages, tel qu'identifié par le point de réflexion, est le minimum de tourbillon à
une approximation opérationnelle très précise.
Virgule miroir dominée par une rotation et/ou un cisaillement du côté de
l'équateur
L'arc concave associé au maximum des vents de cisaillement définit ce type de virgule miroir. La
tête de cette dernière est en aval du minimum de tourbillon. L'advection négative de tourbillon
sera la plus forte dans la région de la tête de la virgule miroir.
Virgule miroir dominée par un cisaillement du côté du pôle
L'arc convexe associé aux vents maximums du côté du pôle définit ce type de virgule miroir. La
région de l'arc concave est minimale, et le point d'inflexion se trouve dans la zone d'humidité.
La tête de la virgule miroir est toujours en aval du minimum de tourbillon.
Analyse
Dans l’interaction suivante, examinez la boucle de vapeur d’eau GOES, et cherchez à y détecter
les minimums de tourbillon, les maximums de tourbillon et les axes de vents maximums. Après
avoir identifié ces caractéristiques, comparez votre analyse à celle qui est fournie.
Boucle satellitaire
Cherchez les minimums 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 (1115 UTC) et
indiquez l'emplacement des minimums de tourbillon, des maximums de
tourbillon et des axes de vents maximums les plus évidents.
Votre analyse
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Quand vous aurez terminé, comparez votre analyse avec celle de l'expert.
Une fois l'opération terminée, comparez votre analyse avec celle
de
l'expert.
La formation en virgule miroir la plus évidente est
N1. Sa forme classique en virgule miroir est
constituée par un nuage de convection qui s'est
maculé.
Il y a un minimum de tourbillon plus ancien, N2, qui est à peine visible au nord est, ainsi qu'un autre plus récent, N3, qui se développe vers le sud-ouest.
Un maximum de tourbillon, X, se trouve à gauche de
l'écoulement en regardant vers l'aval.
Interprétation
Examinons cette situation de plus près. Nous examinerons d'abord les circulations atmosphériques
à grande échelle, puis la virgule principale et le minimum 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
Au sud de la principale zone de déformation, l'écoulement est vers le
sud. Au nord de la zone de
déformation, on constate la présence d'un écoulement général en méandre venant de l'ouest. Il y
a des cellules turbulentes dans ces deux écoulements. Les cellules turbulentes anticycloniques
sont confinées aux régions à droite de l'écoulement général, quand on regarde vers l'aval. Les
cellules turbulentes cycloniques sont confinées aux zones à gauche de l'écoulement général, en
regardant vers l'aval.
La virgule miroir
Concentrons-nous sur la plus grande virgule. Principaux points:
- Le minimum de tourbillon dominant est à gauche de l'écoulement associé, vers l'aval.
- La forme classique de la virgule miroir est ici constituée de nuages de convection qui se
sont regroupés.
- Le minimum de tourbillon est le centre de la rotation des nuages dans le cadre de référence
atmosphérique. Le centre de tourbillon est certainement dans la zone de la rotation des
nuages, et très probablement au
point d'inflexion. L'arc concave est associé à l'écoulement
qui pénètre dans la zone d'humidité alors que l'arc convexe est associé à l'écoulement qui
en sort
Interprétation des configurations d'humidité
Du point de vue de la lisière d'une zone d'humidité, pour localiser le
minimum de tourbillon vous devez généralement examiner l'arc concave ou arc d'entrée de la
configuration cyclonique.
N1
Cette configuration est constituée d'un nuage de convection bien développé. Les enclumes de
cirrus de la convection se sont fusionnées pour révéler les circulations à leur niveau, qu'il
serait autrement difficile de discerner. La convection résulte de divergence en altitude en
amont du minimum de tourbillon.
On a ici un bon exemple d'une virgule miroir où la lisière de la zone d'humidité s'enroule autour
du centre de rotation anticyclonique. Le point d'inflexion sépare l'arc concave de flux entrant
de l'arc convexe de flux sortant d'humidité. La forme de l'arc concave de flux entrant sert à
localiser le minimum de tourbillon. La meilleure position de ce dernier peut être estimée en
visualisant la circulation ovale qui s'inscrit le mieux à l'intérieur de la lisière de la zone
d'humidité près du point d'inflexion. La forme de cet arc de flux entrant est déterminée par la
rotation. Le centre de tourbillon est certainement dans l'ovale d'« ajustement optimal », et
très probablement au point d'inflexion.
N2
Les mêmes principes sont applicables à l'identification de cette virgule miroir, bien que la
circulation soit beaucoup plus sèche et beaucoup plus difficile à discerner. Notez la plus
grande profondeur de l'arc concave de flux entrant. Si les minimums de tourbillon ont tous la
même intensité (ce qui est une bonne approximation étant donné qu'elles sont tous créées par le
même axe de vents maximums relativement droit), cette circulation a agi sur l'arc concave de
flux entrant de N2 plus longtemps que n'importe laquelle des autres. Cela implique que le
minimum de tourbillon associé est le plus ancien des trois et celui qui a le plus de chances
d'être identifié exactement par la PMN.
N3
La virgule miroir N3 ne peut être identifiée que par la convection. Comme dans la discussion
ci-dessus, ce minimum de tourbillon est le plus jeune des trois et celui qui a le moins de
chances d'être bien identifié par la PMN.
On remarquera que la longueur d'onde entre les minimums de tourbillon est relativement uniforme.
Cela tient au fait que l'axe des vents maximums qui engendre les minimums de tourbillon est
relativement droit, et à la nature cyclique des ondes courtes dans l'atmosphère.
Comparaison avec la PMN
Ainsi, les minimums de tourbillon de la PMN et ceux qui sont observés
se correspondent assez bien. L'emplacement observé du minimum de tourbillon est basé sur le
point d'inflexion au niveau atmosphérique de l'humidité. Ce niveau peut ne pas correspondre
exactement au niveau de pression de l'analyse de la PMN (500 hPa dans le cas présent). Cet écart
entre les niveaux pourrait être la cause d'une différence entre l'emplacement observé du minimum
de tourbillon et l'emplacement indiqué par la PMN.
Le minimum de tourbillon de la PMN correspondant au N1 observé est très bien placé, comme il faut
s'y attendre avec une virgule miroir si bien organisée. L'emplacement et l'intensité de la
circulation ont été bien intégrés dans ce passage en machine du modèle. Les minimums de
tourbillon qui ont été correctement analysés par la PMN antérieurement seront plus probablement
analysés correctement dans les analyses actuelles et futures. Par conséquent, les minimums de
tourbillon ancien auront plus de chances d'être analysés correctement que les nouveaux dont le
tourbillonnement vient de commencer.
Il en va de même avec N2, un minimum de tourbillon relativement plus vieux. Mais, à mesure que le
système s'éloigne des terres et des capteurs de données utilisés dans l'initialisation du
modèle, la probabilité que ces caractéristiques soient perdues augmente. Ici, la zone bleue est
le minimum de tourbillon qui doit exister entre les deux maximums analysés. La précision du
positionnement du minimum de tourbillon par la PMN dépend de la quantité et de la qualité des
données d'observation dans la zone. Les données sont généralement clairsemées sur les océans, de
sorte que les minimums de tourbillon peuvent y être localisés incorrectement faute de données.
L'animation satellitaire place N3 près de la lisière avant de la nouvelle convection. Le modèle
place à tort le minimum de tourbillon analysé en amont de la convection. L'erreur de la PMN dans
ce cas est le mieux représentée par le lobe du maximum de tourbillon qui tente d'inclure dans
une même configuration les deux virgules miroirs distinctes évidentes sur l'imagerie
satellitaire. La PMN ne réussit pas à distinguer les deux centres de maximum de tourbillon réels
et crée plutôt un seul maximum de tourbillon localisé au centre d'un lobe de maximum de
tourbillon allongé. Ceci est plus probablement dû aux problèmes de résolution du modèle.
Implications
La bonne localisation des minimums de tourbillon est cruciale pour localiser 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 des minimums de tourbillon pourrait être la pièce du puzzle nécessaire
pour identifier et localiser correctement d'autres caractéristiques dynamiques.
Quelques attributs importants des minimums de tourbillon à garder à l'esprit pour les identifier
:
- Les circulations autour des minimums de tourbillon sont généralement faibles. Comme
conséquence, les analyses numériques de l'atmosphère ont souvent de la difficulté à les
localiser et à déterminer correctement leurs intensités relatives.
- Les circulations anticycloniques ont tendance à être plutôt sèches. Comme résultat, il est
souvent impossible d'utiliser les nuages comme traceurs de la circulation. Généralement, la
vapeur d'eau est le seul traceur fiable pour les circulations anticycloniques.
- Bien identifier et localiser les minimums de tourbillon peut aider à mieux prévoir la
convection et les configurations de nuages.
Exemple 1: Rotation pure
Voici quelques exemples de minimums de tourbillon. Comme on le constate souvent au pupitre des
prévisions, la réalité n'est pas toujours aussi simple que les modèles conceptuels. Ces
situations réelles ne sont peut être pas les meilleurs exemples de minimums 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
Examinez la zone mise en évidence sur cette boucle de vapeur d'eau de 4 km
GOES. Cherchez le minimum de tourbillon bien développé ayant une
signature indiquant qu'il y a très peu de cisaillement.
Après avoir examiné la boucle, cliquez sur l'onglet Votre
analyse pour avoir accès à la dernière image (2130 UTC) et
indiquez l'emplacement du minimum de tourbillon et du maximum de
tourbillon les plus visibles, et de l'axe des vents maximums.
Votre analyse
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Indiquez les emplacements du minimum de tourbillon et du maximum de tourbillon les plus visibles, et de l'axe des vents maximums dans la zone en évidence.
Une fois l'opération terminée, comparez votre analyse avec celle
de
l'expert.
La virgule miroir la plus évidente est bien
décalée sur la droite par rapport à l'axe des
vents maximums. Les effets de cisaillement sont minimaux et le
minimum de tourbillon est le résultat de la rotation.
Le tourbillon absolu à 500 hPa GFS180 à 00 h 0000 UTC
le 28 juillet, soit un peu plus tard que l'image satellitaire, est
en assez bon accord avec la localisation des centres de tourbillon.
Le maximum de tourbillon est en aval comme prévu. Et, comme
prévu également, le minimum de tourbillon n'est pas
aussi bien localisé.
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
Il y a un faible minimum de tourbillon assez bien développé dans
cette boucle de vapeur d'eau à 4 km GOES. On perçoit une signature de
cisaillement du côté de l'équateur.
Après avoir visualisé la boucle, cliquez sur l'onglet Votre
analyse pour avoir accès à la dernière image (1730 UTC) et
indiquez l'emplacement du minimum de tourbillon le plus évident, de tout
maximum de
tourbillon et des axes de vents maximums.
Votre analyse
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Indiquez les emplacement du minimum de tourbillon et du maximum de tourbillon les plus visibles, et de l'axe des vents maximums dans la zone en évidence.
Une fois l'opération terminée, comparez votre analyse avec celle
de
l'expert.
-
-
Un vent maximum vers le nord
est, signalé par un assombrissement de l'image de
vapeur d'eau, crée le cisaillement du
côté de l'équateur pour le minimum
de tourbillon. L'assombrissement avec l'axe des vents
maximums diverge, et une des branches s'enroule autour
d'un ensemble de maximums de tourbillon. L'autre branche
s'enroulera vers le sud et renforcera les vents du nord
est.
Un examen plus approfondi du cisaillement cyclonique
révèle une série de maximums de
tourbillon uniformément espacés.
De plus, un grand tourbillon en appuie-livres classique est
révélé
par la présence de la zone de
déformation.
Un examen détaillé
révèle un
petit maximum de tourbillon, X4, associé au
vent
maximum du nord-est.
N1 est le point d'inflexion évident
causé
par le cisaillement du côté de
l'équateur. N2 est une circulation
fermée
en rotation se dirigeant vers le nord-ouest. Sans
accentuation, ces signatures sont très
faibles.
Si on examine le tourbillon
absolu à 500 hPa GFS90 du 29 juillet à 06
h 1800 UTC, on constate qu'il y a des
corrélations acceptables partout, sauf pour X3.
Les vents en altitude ne sont fort probablement pas
localisés correctement par le modèle.
D'après le modèle, le creux serait plus
profond avec un maximum de vent plus fort au sud-est de
X3. Cette situation, qui pourrait être la
conséquence d'un manque de données sur
l'environnement marin, a des implications pour les
prévisions côtières.
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
Dans la zone mise en évidence de cette boucle de vapeur d'eau à 4
km GOES, cherchez un faible minimum de tourbillon avec une légère
signature de cisaillement du côté du pôle.
Après avoir visualisé la boucle, cliquez sur l'onglet Votre
analyse pour avoir accès à la dernière image (1230 UTC) et
indiquez l'emplacement du minimum de tourbillon, de tout
maximum de
tourbillon associé et de tout axe de vents maximums.
Votre analyse
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Indiquez les emplacements du minimum de tourbillon et du maximum de tourbillon les plus visibles, et de l'axe des vents maximums dans la zone en évidence.
Une fois l'opération terminée, comparez votre analyse avec celle
de
l'expert.
-
-
Dans la zone mise en évidence, on voit un
écoulement en méandre vers l'ouest
traversant une crête en altitude
modérée. Cet écoulement est
composé de deux axes de vents maximums à
plus petite échelle. L'assombrissement de la
vapeur d'eau indique la présence d'un maximum de
courant jet entre les centres de tourbillon
jumelés, X et N1. Le maximum de vent est du
côté du pôle par rapport à N1,
causant une configuration d'humidité
caractéristique, mais faible, comme
conséquence de cisaillement vers le pôle.
La queue de la virgule miroir est assez sèche, et
l'identification est particulièrement difficile
dans cet exemple.
Avec une image accentuée de la vapeur d'eau,
le contraste entre les niveaux moyens humides et
secs est évident. L'emplacement du maximum de
courant jet séparant les centres de
tourbillon jumelés est bien visible. Il y a
des indications de cisaillement du côté
de l'équateur et d'un second minimum de
tourbillon, N2, au point d'inflexion de la
tête de virgule miroir maintenant perceptible.
En examinant le tourbillon absolu à 500 hPa
GFS180 pour le 27 juillet à 00 h 0000 UTC, on
constate un excellent accord pour la localisation
du maximum de tourbillon. Comme on peut s'y
attendre, les circulations plus faibles des minimums
de tourbillon ne sont pas bien visibles. La plus
grande résolution temporelle et spatiale de
l'imagerie satellitaire fournit des détails
qui pourraient être importants dans le
processus de prévision.
Ceci termine la section Minimums de tourbillon et configurations en
virgule miroir.
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minutes pour remplir notre questionnaire de Sondage des utilisateurs. Si vous rencontrez de
bons exemples de minimums de tourbillon, nous vous prions de présenter une
courte étude de cas à la NorLatMet Case Study Library.
