Circulation atmosphérique - Définition
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Systèmes semi-permanents
Suivant le relief terrestre, la température de surface de la mer et des courants marins, ainsi que l'ensoleillement saisonnier, certaines régions de la Terre vont avoir une prédominance durant une partie importante de l'année de dépressions ou d'anticyclones sur les cartes montrant la moyenne mensuelle de la pression. Cela ne veut pas dire que ces systèmes soient stationnaires à ces endroits mais plutôt que dans les systèmes d'un certain type y demeurent plus longtemps, y sont plus intenses ou les deux.
Durant l'hiver de l'hémisphère Nord, des centres anticycloniques, dus au refroidissement intense en surface, s'installent sur le continent nord-américain et en Asie, tel l’anticyclone de Sibérie. En été, ces zones sont beaucoup moins fréquemment dominées par un anticyclone.
Sur les océans, on retrouve dans la partie descendante de la cellule de Hadley l'anticyclone du Pacifique nord, près d'Hawaï, et l'anticyclone des Açores/Bermudes sur le centre de l'Atlantique nord. Deux centres dépressionnaires se développent en hiver à l'approche des régions arctiques : la dépression d'Islande et la dépression des Aléoutiennes. Ces dernières sont plus diffuses en été alors que les deux anticyclones se renforcent et qu'une dépression thermique se forme sur toute l’Asie centrale et se prolonge en Afrique au-dessus du Sahara.
Dans l'hémisphère sud à prédominance océanique, ce type de système météorologique semi-permanent est peu développé à cause du manque de constrastes thermiques. Il se forment cependant un anticyclone thermique sur l'Australie en hiver à cause du refroidissement de son large désert intérieur. Sur les océans, on retrouve un anticyclone dans chacun des trois océans dans la partie descendante de la cellule de Hadley : Atlantique Sud à l'Île Sainte-Hélène, Pacifique Sud près de l'Île de Pâques et dans l'océan Indien autour des Mascareignes. Au sud de ces trois systèmes on retrouve une succession de dépressions au nord du continent Antarctique qui sont fameux pour leurs vents violents et constants (voir Cinquantièmes hurlants).
Effets locaux
Les cellules de Hadley, Ferrel et polaire donnent une idée générale de la circulation atmosphérique. Cependant, les effets locaux sont très importants et modulent ces circulations et créent des sous-cellules. Ces dernières sont influencées par la différence de friction des surfaces, par la capacité d'absorption et de relâchement différentielle de chaleur entre les océans et la terre, ainsi que par le cycle diurne d'ensoleillement. Cela joue même à micro-échelle. Par exemple, dans le cas des brises de mer, l'air de la rive réchauffé par le Soleil s'élève et il est remplacé par de l'air plus frais venant de l'eau. Durant la nuit, la terre perd sa chaleur plus rapidement que l'eau et la direction des vents s'inverse.
À plus grande échelle, ce cycle diurne peut devenir saisonnier ou même pluri-annuel. L'air chaud des continents équatoriaux et du Pacifique Ouest s'éleve, se déplace vers l'est ou l'ouest selon les circonstances jusqu'à atteindre la tropopause puis subside dans l'Atlantique, l'océan Indien ou le Pacifique Est plus froids.
Circulation de Walker
La cellule du Pacifique, entièrement océanique, est particulièrement importante. On lui a donné le nom de cellule de Walker en l'honneur de Sir Gilbert Walker, directeur au début du Vingtième siècle des observatoires météorologiques d'Inde. Il essaya de trouver un moyen de prédire les vents de mousson. Bien qu'il ne réussit pas, son travail le conduit à la découverte d'une variation périodique de pression entre les océans Indien et Pacifique qu'il dénomma l’Oscillation australe.
Le courant de Humboldt, venant de l'Antarctique, refroidit la côte de l'Amérique du Sud. Il y a donc une grande différence de température entre l'Ouest et l'Est de ce vaste océan qui donne lieu à une circulation directe semblable à celle de Hadley. On note de la convection dans la partie ouest, près de l'Asie et de l'Australie et de la subsidence dans un anticylone le long de la côte de l'Amérique du Sud. Ceci crée une forte circulation de retour d'Est qui produit un effet de Seiche : le niveau de la mer est de 60 cm plus haut dans le Pacifique Ouest que dans l'Est.
Le mouvement de l'air dans cette circulation affecte la température dans tout le système ce qui crée cycliquement des hivers inhabituellement chauds ou froids après quelques années. Ceci peut modifier également la fréquence des ouragans.
El Niño et l'Oscillation australe
Le comportement de la cellule de Walker est la clé principale pour comprendre le phénomène du El Niño (en anglais ENSO ou El Niño - Southern Oscillation). Si l'activité convective diminue dans le Pacifique Ouest, pour des raisons mal comprises, la cellule s'effondre comme un château de carte. La circulation d'ouest en altitude diminue ou cesse ce qui coupe l'apport d'air froid dans le Pacifique Est et le flux de retour d'est de surface faiblit.
Cela permet à l'eau chaude empilée dans le Pacifique Ouest de dévaler la pente vers l'Amérique du Sud ce qui change la température de surface de la mer dans ce secteur en plus de perturber les courants marins. Cela change également complètement le patron nuageux et pluviométrique en plus de donner des températures inhabituelles aux deux Amériques, à l'Australie et à l'Afrique du Sud-Est.
Pendant ce temps dans l'Atlantique, les vents d'altitude d'Ouest qui sont en général bloqués par la circulation de Walker peuvent maintenant atteindre une force inhabituelle. Ces forts vents coupent les colonnes ascendantes d'air humide des orages qui normalement s'organisent en ouragans et ainsi diminuent le nombre de ces derniers.
L'opposée du El Niño est La Niña. La convection dans le Pacifique Ouest augmente dans ce cas ce qui amplifie la cellule de Walker amenant de l'air plus froid le long de la côte de l'Amérique. Cette dernière donne des hivers plus froid en Amérique du Nord et plus d'ouragans dans l'Atlantique. Parce que l'eau chaude est repoussée vers l'Ouest par l'anticylone, cela permet à l'eau froide des profondeurs de remonter sur la côte de l'Amérique du Sud ce qui donne un meilleur apport de nutriments pour les poissons et amène une pêche excellente. Cependant, le temps demeurant au beau fixe, on note de longues périodes de sécheresse dans la même région.
