Notions de climatologie et météorologie: les phénomènes météo en montagne
Climatologie :
Science qui donne une description systématique et une explication de la répartition des climats, mais aussi de leur évolution au fil du temps.
Le climat est l’aspect du temps sur une longue période en un domaine spatial déterminé.
Météorologie : Science qui étudie les phénomènes atmosphériques et par déduction qui permet de prévoir l’évolution du temps sur une durée courte (quelques jours).
Facteurs et système climatiques
Les facteurs du climat:
Ceux sont des facteurs qui agissent sur la variabilité des éléments du climat. On distingue:
-Les facteurs astronomiques: qui font intervenir la rotation de la Terre sur elle-même et autour du soleil, entraînant une variation de la quantité d’énergie solaire reçue au niveau de la surface terrestre au cours d’une journée et au cours de l’année.
-les facteurs météorologiques: qui tiennent compte de la circulation générale, de l’effet des masses d’air, etc.
-les facteurs géographiques: qui regroupent l’effet d’altitude, de la position par rapport à la mer, etc.
-les facteurs anthropogéniques: parmi lesquels le rejet de gaz carbonique dans l’atmosphère tient un rôle important.
Le système climatique. Il comprend:
-l’atmosphère: constitué par l’enveloppe gazeuse (air sec, vapeur d’eau, impureté et autres gaz (CO², ozone…))
-l’hydrosphère: comprend l’ensemble de toutes les étendues liquides (océans, mers, cours d’eau, étendues lacustres, fleuves, ..)
-la cryosphère: constituée par l’enveloppe glaciaire ou neigeuse (calottes glaciaires, polaires ou montagneuses, banquises et glaces de mer, étendues neigeuses,..).
-la lithosphère: comprend les éléments de l’enveloppe corticale rocheuse (masses continentales)
-la biosphère: constituée par l’ensemble des êtres vivants (couvert végétal, monde animal, activités humaines …)
Tous ces paramètres permettent de déterminer des constantes et des modèles caractérisant des zones du globe terrestre.
3- Les différents types de climats et leur localisation dans le monde :
La zone froide : Proximité des pôles. = Climat polaire
La zone tempérée : Caractérisée par plusieurs types de climats.
-Climat tempéré: Températures douces et pluies régulières, avec
4 saisons bien marquées.
-Climat océanique : Il se caractérise par des hivers doux (10 °C en moyenne ) et très humide marqué par des pluies intermittentes et surtout de la bruine. L’été, le temps est beaucoup plus sec mais très frais (pas plus de 23 °C en moyenne).
-Climat continental : C’est un climat brutal à cause de ses températures qui varient sans cesse d’une saison à l’autre, ainsi en hiver on peut relever des températures de l’ordre de 0°C en hiver et plus de 30 °C en été. Les précipitations sont les plus fortes en été avec de nombreux orages (en hiver, c’est plutôt de la neige).
-Climat méditerranéen : C’est un climat inégal sur le plan des précipitations (automne pluvieux). Quant aux températures, elles sont très chaudes en été ( jusqu’à 40 °C) et douces en hiver ( 16-17 °C ).
-Climat montagnard : Un climat très variable car à n’importe quel moment de l’année, il peut faire aussi bien froid pendant un ou deux jours et très chaud le troisième jour ; pareil pour les précipitations.
La zone chaude :
-Climat équatorial: Climat chaud, humide et très pluvieux. La forêt est dense et toujours verte.
-Climat tropical et subtropical : Ce sont des climats ou la température est constante toute l’année (autour de 25 °C en moyenne) mais marqués par des saisons hivernales et estivales très pluvieuses. Le reste de l’année, c’est un temps très sec qui prédomine.
Les grands principes généraux de la météo :
C’est dans la dizaine de kilomètres inférieurs de l’atmosphère (la troposphère) que le temps se fabrique pour l’essentiel. En saison froide, la tranche active des perturbations se trouve même comprise entre 1000 et 5000 mètres. Ces premières considérations suffisent à prouver l’importance du relief qui, même lorsque son altitude est modeste, s’oppose à l’écoulement du vent et contrarie la progression régulière des perturbations.
La pression atmosphérique :
La pression de l’air sur une surface donnée est égale au poids de la colonne atmosphérique qui se trouve au- dessus de cette surface. La pression s’exprime en millibars. Au niveau de la mer, elle est en moyenne de 1013,5 mb, mais déjà à l’altitude du sommet du Mont Blanc elle n’est plus que de 555 mb, et au sommet de l’Everest elle avoisine 300 millibars. L’oxygène diminue dans les mêmes proportions. Ainsi s’expliquent les difficultés pulmonaires et cardiaques des alpinistes en haute altitude.
La pression varie à la surface du globe. Grâce au réseau des stations d’observation, sa répartition peut être mise en évidence sur des cartes où sont tracées, pour un niveau donné, des courbes isobares (courbes qui rejoignent les points où la pression est identique). C’est ainsi qu’apparaissent des zones de haute pression (les anticyclones) et des zones de basse pression (les dépressions).
L’inégalité des pressions commande le régime des vents.
En effet, le vent tend à rétablir l’équilibre de la pression en transportant de l’air des anticyclones vers les dépressions. L’écoulement de l’air n’est pas direct, comme on pourrait le croire, du centre anticyclonique vers le centre dépressionnaire. En fait, comme la Terre tourne, une force d’inertie (la force de Coriolis) agit de telle sorte que le vent respecte les conditions suivantes :
– Sa direction est sensiblement parallèle aux courbes isobares ;
– Sa force dépend du contraste entre les hautes et basses pressions : plus la différence de pression est grande, plus le vent souffle fort, et inversement ;
– Dans l’hémisphère Nord, il tourne autour des dépressions dans le sens inverse de celui des aiguilles d’une montre ; autour des anticyclones.
Pour l’Europe occidentale, le régime moyen des vents est d’ouest grâce, en particulier, à la présence très fréquente de l’anticyclone des Açores et de la dépression d’Islande. La distribution des anticyclones et des dépressions à la surface de la Terre trouve son origine dans la répartition des températures.
Les régions équatoriales et tropicales, parce qu’elles reçoivent le rayonnement solaire perpendiculaire, ou presque, accumulent de la chaleur.
Les régions septentrionales, parce que le soleil ne monte jamais beaucoup au-dessus de l’horizon, se refroidissent. Les masses d’air chaudes du Sud et les masses d’air froides du Nord se juxtaposent sans se mélanger, en moyenne à la latitude des régions tempérées.
La frontière qui les sépare, étroite zone de mélange d’une dizaine de kilomètres au plus, assimilable donc, à l’échelle des cartes météorologiques habituelles, à une ligne, s’appelle le “front polaire”.
Le front polaire est animé d’ondulations qui atteignent de très grandes dimensions (parfois 1000, 2000 km ou plus, dans le sens ouest-est). Ces ondulations s’appellent les “perturbations du front polaire”, ou, plus communément, les “perturbations”. Elles correspondent à la nécessité d’un échange de chaleur entre les régions nord et sud. De l’air chaud “monte” vers le Nord, de l’air froid “descend” vers le Sud.
Stade du développement d’une perturbation:
Les perturbations sont donc le résultat d’un rééquilibrage et même d’un conflit, entre l’air chaud et l’air froid. Cette opposition de masses d’air de densités différentes (l’air chaud est plus léger et tend à surmonter l’air froid), de teneurs en vapeur d’eau (humidité) différentes, se manifeste par la formation de systèmes nuageux qui s’enroulent en spirales autour des dépressions.
Les nuages :
Généralement les nuages deviennent suffisamment épais et denses pour donner des précipitations (pluie ou neige) libérant ainsi une eau devenue excédentaire (eau soustraite par le soleil aux océans des tropiques et de l’équateur et restituée à des milliers de kilomètres plus loin).
Il faut encore retenir que les perturbations se développent à l’intérieur des grands courants atmosphériques et que ceux-ci les transportent, par conséquent.
C’est ainsi que les perturbations formées sur l’Atlantique parviennent, dans la plupart des cas, sur l’Europe portées par le flux d’ouest des latitudes moyennes.
Tous les nuages, associés ou non à des perturbations, qui voyagent dans le ciel des plaines, se retrouvent sur les reliefs. D’autres, cependant, sont spécifiques à la montagne, ou du moins les processus physiques à l’origine de leur formation.
On compte dix groupes principaux de nuages, appelés “genres” :
– Les nuages les plus élevés, qui occupent l’étage supérieur de la troposphère sont constitués de millions de minuscules cristaux de glace (préfixe: Cirr ou Cirro) et comprennent les genres Cirrus, Cirrocumulus et Cirrostratus. Leur température est inférieure à – 40°C.
– Ceux de l’étage moyen (préfixe: Alto), généralement constitués de gouttelettes d’eau, parfois de cristaux de glace, comprennent les Altocumulus et Altostratus, et le Nimbostratus. L’Altostratus peut pénétrer dans l’étage supérieur; le Nimbostratus déborde généralement dans les étages supérieur et inférieur. Ils recouvrent de très grandes surfaces, parfois des centaines de kilomètres carrés. Même s’ils ne donnent que de faibles précipitations, les altostratus indiquent souvent que l’arrivée de la pluie.
– A l’étage inférieur, on trouve les genres Stratocumulus et Stratus, nuages bas. Ils sont généralement composés de gouttes d’eau liquide.
– Deux genres, enfin, les Cumulus et Cumulonimbus, nuages d’instabilité, qui ont généralement leur base dans l’étage inférieur, peuvent s’étendre à travers les deux autres étages comme en témoigne souvent leur important développement vertical.
Le vent et la montagne:
Un pic montagneux isolé n’a pas grande influence sur le vent en général. Par contre, les chaînes puissantes comme les Alpes, la cordillère des Andes, les Rocheuses, l’Himalaya etc… représentent des obstacles qui modifient profondément l’écoulement des masses d’air.
Pour bien comprendre cela, il est commode d’assimiler l’air à une nappe liquide en mouvement sur un fond tourmenté, représentant le relief terrestre.
On imagine facilement le fluide des couches inférieures gêné dans sa progression par l’obstacle, obligé d’une part de le contourner à ses extrémités, d’autre part de le surmonter en créant un remous dans les couches supérieures.
Et si la section d’écoulement se rétrécit, la vitesse s’accélère. Il est bien vrai qu’au voisinage des crêtes le vent est notablement plus fort qu’au-dessus de la plaine, notamment au passage des cols (effet Venturi). Le remous se répercute facilement à des hauteurs atteignant quatre à cinq fois celle des chaînes, ainsi qu’à plusieurs dizaines de kilomètres en aval des crêtes.
A l’intérieur même des régions montagneuses, chaque vallée canalise une partie du volume d’air en mouvement. Plus le réseau des vallées est compliqué, plus il offre de chicanes et plus la ventilation interne est réduite. C’est surtout le cas en hiver, car un phénomène thermique permet, en saison chaude, la pénétration de l’air des plaines jusqu’au cœur des chaînes de montagne : c’est la brise.
Si la pression commande le vent, ce dernier, contrarié par un obstacle, provoque des modifications de la pression. Ainsi, devant une chaîne de montagnes, l’air s’accumule quelque peu, créant une surpression locale. Derrière, au contraire, il existe un déficit (parce qu’une partie du fluide qui devrait normalement s’y trouver s’évacue par les extrémités et manque donc dans le sillage du relief).
Par régime de nord-ouest à nord, s’organise la dépression du golfe de Gênes et de la plaine du Po, tandis que le flux se divise : une partie vers la Bavière, l’autre vers la Méditerranée par la vallée du Rhône (le mistral).
Derrière les Pyrénées, par vent de sud, se forme un couloir dépressionnaire qui appelle l’air méditerranéen : l’Autan.
Les brises :
Les différences de température selon l’altitude et l’orientation des pentes sont à l’origine de vents locaux propres à la montagne. Pendant la nuit, lorsque le ciel est dégagé, le sol (végétation, neige, roc…) perd de la chaleur.
L’air au voisinage de cette surface froide se refroidit par contact, s’alourdit et coule, vers les pentes inférieures, les vallées, puis la plaine : c’est la “brise de pente”. Peu rapide, elle n’est guère perçue que par les instruments sensibles. Elle existe en toute saison. Selon le même processus thermique, un courant d’air froid descend des glaciers, même pendant la journée : c’est ce qu’on appelle le “vent des glaciers”.
La “brise de vallée” s’établit d’aval en amont. Sur les versants ensoleillés, l’air réchauffé s’allège et s’organise en ascendances qui “aspirent” en quelque sorte celui des couches inférieures. Cette circulation, presque inexistante en saison froide, devient très efficace au printemps et surtout en été. Le vent d’aval atteint facilement 20 km/h, l’après – midi. Il contribue à tempérer le climat montagnard.
Les précipitations :
La formation de la pluie est un processus complexe. Dans la grande majorité des cas, c’est la neige qui apparaît d’abord dans les nuages où il fait suffisamment froid (au-dessus de -7°C). Les flocons, lorsqu’ils sont assez lourds, tombent. S’ils traversent, dans leur chute, des couches d’air de plus en plus chaudes, ils finissent par fondre et arrivent au sol en pluie. Si, au contraire, la température reste assez basse (inférieure à 0°C, ou voisine) les flocons touchent le sol.
En été, la neige ne tombe qu’en altitude, sur les reliefs tempérés. En hiver, par contre, il fait souvent assez froid, surtout dans les vallées internes qui retiennent bien l’air froid, pour que la neige descende à I 000m, ou même jusqu’en plaine.
Le foehn est le vent qui souffle dans les vallées alpines quand, en altitude, le courant du sud est fort. Il s’accompagne de phénomènes caractéristiques qui ne sont pas forcément propres au vent du sud. C’est pourquoi le météorologiste, généralisant, évoque “l’effet de foehn” quand un courant atmosphérique, quelle que soit sa direction, prend une chaîne de montagnes par le travers.
Le cas de figure de l’effet de foehn, est typique des reliefs situés en travers de la route des dépressions atlantiques. Quand l’air froid et humide arrive contre la montagne, II doit s’élever pour franchir l’obstacle. Quand il s’élève, sa pression diminue, il se “détend”. Cette détente provoque la condensation de gouttelettes d’eau: il pleut au flanc de la montagne. Au contraire, quand l’air arrive de l’autre côté, il a perdu une partie de son humidité : il est plus chaud, plus sec.
Ce contraste entre les versants est la règle là où les courants dominants sont assez humides (car s’il n’y a pas précipitation le résultat est différent : symétrie généralement).
Les exemples ne manquent pas dans nos massifs européens: le nord des Alpes est verdoyant et frais, le sud est sec et chaud même répartition dans les Pyrénées, les forêts de Lorraine et des Vosges occidentales, le vignoble alsacien, etc.
La température :
Il faut distinguer la température de l’air et celle du sol.
Avec l’altitude, la température de l’air décroît, en règle générale, dans la troposphère (environ les dix premiers kilomètres de l’atmosphère, aux latitudes tempérées) : grosso modo, la diminution est de 1°C pour 150m ou 6°C tous les 1 000m.
En effet, la température du sol (roc, neige, couverture végétale…) évolue en grande partie indépendamment de celle de l’air. Le sol se réchauffe en captant le rayonnement solaire, tandis que l’air y est très peu sensible. De nuit, le sol perd la chaleur accumulée en rayonnant vers l’espace.
D’innombrables conditions particulières interviennent : l’orientation du sol par rapport aux rayons de soleil, sa nature, sa couleur (la neige, par exemple, réfléchit presque intégralement le rayonnement incident), l’humidité de l’air, sa densité (le rayonnement solaire est particulièrement efficace en montagne puisque l’atmosphère n’oppose qu’un faible écran ; par contre, en sens inverse, la perte de chaleur nocturne est facilitée), la présence ou non de nuages (une couverture nuageuse empêche le refroidissement du sol, mais laisse passer, du moins quand elle n’est pas trop épaisse, une partie de l’énergie solaire : c’est l’effet de serre), le vent (la ventilation homogénéise les températures), Un écart de 10°C entre la température à 1,50m du sol et la température de la surface de la neige est courant, au petit matin, par beau temps calme. La température de surface d’une roche ensoleillée peut être notablement supérieure à celle de l’air environnant.
Il existe évidemment une interaction entre le sol et l’air. C’est surtout le sol qui, en particulier par temps calme et sec, influence la température de l’air proche (voir “les brises”).
La diminution de température avec l’altitude se manifeste par l’étagement des espèces végétales et, plus haut, par la présence de neiges éternelles.
Il est pourtant des cas – nombreux – l’hiver par beau temps où la décroissance n’est pas la règle. En effet, l’air froid, parce qu’il est lourd, s’accumule dans les fonds de vallée. Sur les versants au contraire, sitôt formé il ruisselle vers le bas, Dans de telles conditions, il peut faire bien plus froid en vallée, et même en plaine qu’en moyenne montagne. C’est “l’inversion de température”. La nappe froide inférieure est souvent de l’ordre de 800 à 1200m d’épaisseur. Il peut, par exemple faire – 5°C en plaine, -10°C à 1000m, en fond de vallée enneigée, et 8°C à 2000 m.
Structure extrêmement stable, l’inversion de température se manifeste par une stratification très contrastée de l’atmosphère inférieure. Dans la couche froide, l’air est humide (brouillard ou nuages bas), au-dessus l’air est sec (excellente visibilité).
Les perturbations :
La genèse des perturbations est indépendante du relief; mais par la suite, leur comportement est toutefois fort affecté par la présence de la montagne, surtout si la masse de celle-ci est importante.
Au vent, les perturbations s’activent ou se réactivent (un système nuageux ne précipitant pas en plaine peut apporter neige et pluie en montagne). Sous le vent, elles se disloquent ou s’effacent, quitte à se reformer, parfois, quelques dizaines de kilomètres au-delà de la ligne de crête.
Pour peu qu’une situation perturbée se maintienne plusieurs heures, voire plusieurs jours, qu’une mer chaude alimente l’atmosphère en vapeur d’eau, des quantités de pluie ou de neige énormes peuvent s’accumuler sur un versant tandis que l’autre ne reçoit presque rien et la plaine beaucoup moins (il en est ainsi des Cévennes et du sud des Alpes par vent de sud, des Alpes italiennes par vent de sud-est ou d’est).
L’orage :
Les orages accompagnent des perturbations de plus ou moins grande étendue ou se développent localement dans une masse d’air devenue instable. L’orage est un événement essentiellement estival que les alpinistes, en particulier, redoutent beaucoup car il s’accompagne de phénomènes violents, soudains, imprévisibles, notamment la foudre.
On distingue 3 types d’orages :
L’orage isolé : C’est celui qui éclate très localement en fin d’après-midi ou le soir des chaudes journées d’été. Cet orage traduit une détérioration sensible de la stabilité des couches d’air par excès de chaleur à la base mais non une aggravation irrémédiable. Avec le retour de la fraîcheur nocturne, ce type d’orage se résorbe.
Si les conditions générales restent les mêmes, il peut d’ailleurs se répéter le lendemain, pas forcément au même endroit. Et ainsi de suite pendant une période de chaleur.
L’orage isolé trouve sur le relief des conditions qui lui permettent de s’y développer bien plus aisément qu’en plaine. Les mouvements ascendants, facilités par les versants, une humidité souvent plus forte (forêts, rivières, fonte des neiges) contribuent à déclencher l’orage en montagne. Celui-ci est, en général, de courte durée. Il éclate plutôt en fin d’après-midi et s’éteint en soirée.
La zone orageuse :
Vaste plage d’air humide, chaud et instable, qui recouvre de vastes territoires, et même la France entière parfois. A l’intérieur de cette zone, à n’importe quelle heure du jour et même de la nuit (mais quand même de préférence l’après-midi et le soir) se déclenchent de multiples orages. Ces orages sont souvent annoncés par de nombreux nuages aux formes tourmentées, et notamment vers 4000m d’altitude.
L’orage de front froid : Le plus dangereux de tous car, surtout en été, il peut être à la fois soudain, violent (rafales, fortes averses…) généralisé et accompagné d’un refroidissement intense. Il est la conséquence de l’irruption d’une masse d’air froid qui repousse brutalement l’air chaud préexistant.
*STAPS Font-Romeu, Renforcement randonnée pédestre, Alain Place, guide de haute montagne et de canyonning en France.
