Efekt Foehna

Efekt foehna lub efekt Föhna to zjawisko meteorologiczne powstałe w wyniku spotkania cyrkulacji atmosferycznej i reliefu, gdy dominujący wiatr styka się z pasmem górskim . Nazwa pochodzi od foehn , nazwy nadanej silnemu , suchemu i gorącemu wiatrowi w Alpach .

Powietrze znajdujące się na zboczu wznoszącym jest poddawane suchemu chłodzeniu adiabatycznemu , co zwiększa jego wilgotność względną , ostatecznie aż do nasycenia. Jeśli dojdzie do kondensacji, po tej stronie wystąpią chmury i opady , wraz z uwolnieniem ciepła kondensacji do atmosfery. Wówczas zmiana temperatury staje się wolniejsza z mokrego gradientu adiabatycznego . Za przeszkodą powietrze, które ponownie wyschło, opada i nagrzewa się zgodnie z suchą adiabatyką, która oczyszcza niebo po tej stronie. W zależności od ilości utraconej pary wodnej oraz różnicy wysokości przed i za przeszkodą na zjazdowym zboczu będzie powstawał gorący, suchy wiatr.

Zasada

Kiedy wiatr napotyka górę mniej więcej prostopadle , podąża za reliefem i wznosi się. Ciśnienia atmosferycznego zmniejsza się wysokości , temperatura powietrza zmniejsza się przez adiabatycznego rozprężania , pierwsze według suchym adiabatycznego gradientu .

Jeśli wilgotność jest wystarczająco wysoka, aby rozpocząć, para wodna w powietrzu skrapla się od poziomu, w którym osiąga nasycenie , które ogrzewa powietrze. Rzeczywiście, promieniowanie słoneczne , który dostarcza się ciepło i pozostawiono do s' odparować z wodą na poziomie gruntu, zawraca się do powietrza przez ciepło utajone . Tempo spadku temperatury powietrza w paczce będzie zatem od tego momentu odpowiadać wolniejszemu wilgotnemu gradientowi adiabatycznemu , o ile para będzie się skraplać.

Jeśli powietrze nad pasmem górskim jest stabilne, wzniesiona działka nie może kontynuować wznoszenia po przejściu szczytu i opadnięciu na drugą stronę. Jest wtedy poniżej punktu nasycenia, ponieważ woda spadła w postaci deszczu. Kiedy opada, powietrze jest sprężane (ponieważ ciśnienie rośnie w dół), a zatem jego temperatura wzrasta przez kompresję adiabatyczną zgodnie z suchą szybkością adiabatyczną.

Efekt fohn nie wymaga opadów atmosferycznych ( deszcz / śnieg ) ani gęstych chmur po wznoszącej się stronie . Jak wyjaśniono wcześniej, kiedy chłodzenie masy uniesionej w górę rzeki pozwala tylko na tworzenie mniej lub bardziej cienkich chmur, bez posuwania się tak daleko, aby powodować opady, te ostatnie muszą zostać odparowane w dół rzeki podczas opadania. Różnica temperatur powierzchni między stroną nawietrzną (niebieska strzałka) i zawietrzną (czerwona strzałka) będzie wtedy zależeć tylko od różnicy wysokości między tymi dwoma stronami.

Na zdjęciu przedstawiającym efekt fohn pas błękitnego nieba zwany fohn hole jest wyraźnie widoczny z tyłu. W dół od otworu fohna znajdują się altocumulus lenticularis (dmuchane chmury), które są znacznikami fal grawitacyjnych i cumulus fractus (małe postrzępione chmury), które oznaczają obecność wirnika .

Stan warstwy atmosfery za przeszkodą

Za przeszkodą powietrze nagrzewa się adiabatycznie i wysycha w dół i staje się mniej gęste. Tytułem ilustracji, przeciwne brzmienie atmosferyczne przedstawia stan warstwy atmosferycznej przy silnym zachodnim wietrze w Reno , mieście położonym na wschód od Sierra Nevada . Wyraźnie widać, że gradient temperatury jest równy gradientowi suchej masy adiabatycznej (9,75  K / km ) do poziomu 630  hPa , czyli do wysokości 3700  m . Ponadto powietrze jest znacznie bardziej suche na ziemi niż na wysokości, co powoduje sondowanie przez większą różnicę między temperaturą powietrza a punktem rosy na poziomie gruntu. Badanie to, przeprowadzone w środku zimy, pokazuje zatem adiabatyczny wzrost temperatury powietrza i jego wysychanie, gdy powietrze opada w dół łańcucha górskiego. Powietrze staje się zatem cieplejsze niż otaczająca masa powietrza i dlatego odbija się na wysokości z powodu ciągu Archimedesa .

Wariant

Odmiana tego procesu polega na tym, że powietrze pochodzi z regionu źródłowego znajdującego się na większej wysokości niż region dolny. Tak jest w przypadku wiatru Santa Ana, który niesie suche powietrze z wnętrza gór i opada w kierunku Oceanu Spokojnego . Jest to wiatr przejściowy, który zawiera składniki wiatru fenowego i katabatycznego . W takim przypadku uniesione powietrze nie musi osiągać nasycenia i uzyskiwać utajonego ciepła. Podniesiona masa powietrza będzie podążać za suchą adiabatyczną zarówno podczas wchodzenia, jak i schodzenia z góry. Poziom końcowy będzie niższy niż początkowy, temperatura końcowa będzie wyższa. Naturalnie może wystąpić kombinacja efektów, to znaczy różnica poziomów między odlotem a przybyciem, jak również uwolnienie utajonego ciepła poprzez kondensację pary wodnej.

Podobna sytuacja może wystąpić w Bas Languedoc, kiedy suche i letnie powietrze opada z wysokich płaskowyżów Masywu Centralnego wczesnym latem, a powietrze to jest zasysane przez depresję termiczną w Basse Provence, napędzaną zjawiskiem bryzy. Następnie dmucha dzienną mistral, która jest gorąca i bardzo sucha, co sprzyja pożarom lasów. Ten wiatr jest czasami nazywany mistralet . Do takiego zjawiska doszło najprawdopodobniej podczas bardzo silnego szczytu upałów w Nîmes 28 czerwca 2019 roku, kiedy to w regionie było 45,9  ° C. Tak więc tego dnia wiał dość silny wiatr z północy (13 węzłów w porywach do 23 węzłów).

Inną odmianą tego procesu jest nagrzewanie się . Działki powietrze ustępujące pod virgi z burzowych wyschnięciu dół. Następnie nagrzewa się zgodnie z suchą adiabatyczną . Jeśli jest dostatecznie mocny, przez bezwładność stanie się gorętszy niż otaczające go powietrze.

Wtórne skutki atmosferyczne

Fala grawitacyjna

Efekt foehna to pierwsza część tego, co dzieje się po przejściu powietrza na drugą stronę przeszkody. W dole, opadające powietrze ogrzewa się adiabatycznie. Kiedy jego temperatura przewyższa temperaturę otoczenia, jeśli wystąpi zanim uderzy w ziemię, ciąg Archimedesa powoduje jego odbicie w górę, ponieważ powietrze otoczenia jest wtedy gęstsze niż cieplejsza cząstka powietrza . Ruch w górę trwa do momentu, gdy chłodzenie adiabatyczne sprawia, że ​​jest chłodniejszy niż otoczenie, co powoduje jego ponowne opadanie. Może to powodować naprzemienne ruchy w górę iw dół na duże odległości w dół rzeki. Dzieje się tak, gdy cząsteczka powietrza wychodząca z fenu zostanie złapana w unoszącą się w górze warstwę inwersyjną .

Pod tymi falami orograficznymi, często stacjonarnymi, pojawiają się wirniki . Ruchy te mogą zatem być związane z chmurami ( cumulus fractus ) w części wznoszącej się i silnymi turbulencjami. Prawidłowe modelowanie zjawiska obejmuje równania mechaniki płynów z wykorzystaniem gradientu ciśnienia , stabilności powietrza, tarcia , siły Coriolisa i grawitacji .

Efekty działania fali grawitacyjnej generowanej przez fen doceniają piloci szybowcowi , którzy potrafią wznosić się na bardzo duże wysokości. Również ruchy tych fal w górę iw dół mogą być bardzo intensywne. Możliwe jest uzyskanie prędkości pionowej 10 m / s. Dzięki tym podjazdom szybowiec może pokonywać bardzo duże odległości.

Hydrodynamika i stabilność

Przepływ masy powietrza można porównać do przepływu cieczy. Używamy liczby Froude'a F, która jest równoważna liczbie Macha . Wyraża zależność między energią kinetyczną (kwadratem prędkości) a energią potencjalną (stabilność i wysokość pasma górskiego). Krytyczna wartość liczby Froude'a wynosi 1. W tym przypadku prawdopodobieństwo wystąpienia fal górskich jest wysokie. Tak , przepływ jest zablokowany, ponieważ powietrze jest zbyt stabilne w górę, a działka wznosząca się po zboczu nie może sięgać szczytu. Jeśli , to powietrze przepływa bez większych oscylacji, ponieważ nie jest dostatecznie stabilne, a wytworzona fala rozprasza się na wysokości.

Przypadek pasuje do tego, czego naucza FAA, kiedy mówi, że fale grawitacyjne mogą powstawać tylko wtedy, gdy powietrze jest stabilne w górę rzeki i na szczycie góry. Poniżej, ze względu na zjawisko mieszania indukowane przez wirniki , powietrze w warstwie podfalowej jest neutralnie stabilne i wirniki te mogą przemieszczać się migracyjnie wraz z wiatrem.

W ten sposób zjawiska stają się znacznie bardziej złożone. Może się więc zdarzyć, że warunek wzbudzenia fal grawitacyjnych poniżej gór będzie spełniony, ale chmury cumulonimbus utworzą się w rejonie powyżej.

Efekty klimatyczne

Efekt fenu często występuje w górach na obszarach przybrzeżnych i na wyspach górskich. Stok od strony morza jest wilgotny, podczas gdy strona lądowa jest bardziej sucha; jest więc jednym ze sposobów tworzenia cienia pluwiometrycznego . W Ameryce wschodnie stoki Gór Skalistych lub Andów są bardzo suche i znają wiatry dzięki zjawiskom takim jak Chinook i Zonda . Skrajnym przypadkiem, w którym foehn pomaga stworzyć taki cień, jest Dolina Śmierci . Odcięta od oceanicznych wpływów przez Sierra Nevada jest niemal absolutną pustynią . W Azji możemy sobie wyobrazić przypływ monsunowy w górę Himalajów i zalewający subkontynent indyjski, ale nadający suchy klimat płaskowyżu tybetańskiemu po drugiej stronie gór. W Australii efekt fenowego wiatrów wschodnich nad australijską Kordylierą ( Great Dividing Range ) zwiększa opady na wschodnim wybrzeżu kraju i tworzy wewnętrzną pustynię.

Wiatry typu Foehn często pojawiają się nagle na ziemi, nawet jeśli cyrkulacja wiatrów sprzyjała ich obecności przez jakiś czas. Wynika to z faktu, że na ziemi u podnóża gór, po zawietrznej stronie może znajdować się warstwa bardzo zimnego powietrza, co stanowi inwersję temperatury. Fena schodząca ze zbocza nie będzie w stanie przebić tej bardzo stabilnej masy powietrza i pozostanie w górze aż do wycofania się inwersji. To odwrót zwykle ma miejsce, gdy wiatry na ziemi stają się słabe i równoległe do gór po zawietrznej stronie. Kiedy uderza w ziemię, nagle ogrzewa pomieszczenie, często bardzo dramatycznie.

Ponieważ powietrze jest stale odnawiane i sprężane, reżim fenowy może powodować znacznie cieplejsze noce niż zwykle, ponieważ ocieplenie powietrza jest związane ze zjawiskiem mechanicznym. W ten sposób Grenoble i jego aglomeracja narażone są przez wiatry południowe na bardzo wysokie temperatury podczas letnich nocy i, bardziej ogólnie, na nadmiernie wysokie temperatury w sezonie.

Francja

W kontynentalnej części Francji , na Sewenny są przedmiotem halny celu przez ruch zachodnim. Na zachód od łańcucha wysokie płaskowyże są bardzo wilgotne, podczas gdy dolne doliny Ardèche i Gard , a także dolna dolina Rodanu są znacznie bardziej suche i mają klimat śródziemnomorski . Podobne zjawisko obserwuje się również na północy Masywu Centralnego  : Chaîne des Puys wywołuje również efekt foehna, który skutkuje znacznym zmniejszeniem opadów na równinie Limagne (która ma półkontynentalny klimat schronienia). Tak więc średnie roczne opady wynoszą tylko 57  cm w Clermont-Ferrand, co sprawia, że ​​jest to jedno z miast o najniższych opadach deszczu we Francji. To samo dotyczy Monts du Forez, które sprawiają, że równina Forez jest obszarem o niewielkich opadach deszczu.

Podobne zjawisko występuje w dolinach wewnątrzalpejskich, w szczególności w okolicach Grenoble oraz w Sabaudii i Górnej Prowansji . Region Sierre w środkowej części Wallis jest znany jako szczególnie suchy, niektórzy autorzy twierdzą nawet, że w Sierre panuje klimat śródziemnomorski .

Dotyczy to również francuskich i hiszpańskich stoków Pirenejów . Przy wiatrach południowych nad Akwitanią panuje silny suchy upał, podczas gdy przy wiatrach północnych w Aragonii panuje reżim podobny do mistral . Podobnie efekt foehna oznacza, że Colmar w Alzacji jest również dość suchym francuskim miastem z 61  cm opadów rocznie, a alzacka strona masywu Wogezów jest częściowo zadłużona winnicami efektowi fœhna.

W Alpach Południowych obecność mistralu jest często kojarzona z falami górskimi . Obecność fal orograficznych używanych przez pilotów szybowcowych jest udowodniona w Saint-Auban , Vinon-sur-Verdon, a nawet w Fayence, położonym w pobliżu wschodniej granicy wpływów mistral. W tym samym czasie chmury cumulonimbus rozwijają się nad Mercantour i powodują gwałtowne burze. To właśnie wydarzyło się 10 sierpnia 2016 r. Wraz z gwałtownym mistralem w Marsylii, który spowodował pożary lasów i duże burze w Mercantour.

Wreszcie efekt foehna jest głównym elementem klimatu Korsyki , odpowiedzialnym za częstą asymetrię warunków pogodowych na wyspie po obu stronach pasm górskich, które przecinają wyspę na dwie części. Na przykład zimą libeccio (południowo-zachodni wiatr) często przynosi opady i burze na zachodnich stokach wyspy, jednocześnie podnosząc temperatury i obniżając wilgotność na wschodnim wybrzeżu.

Różne efekty

Szybownictwo

Halny efekt jest na ogół związane z górskich fal . Mogą one wznosić się bardzo wysoko (ponad 15 km) i dlatego umożliwiają osiąganie bardzo dużych wysokości i pokonywanie bardzo dużych odległości szybowcem .

Różne nazwy

W zależności od regionu wiatry te znane są pod różnymi nazwami, w tym:

Uwagi i odniesienia

Uwagi

  1. Mistral jest zwykle kojarzony z depresją Zatoki Genui, która jest dynamiczną depresją spowodowaną zablokowaniem zimnego frontu w łańcuchu Alp . Dlatego nie jest zaskakujące, że nad Mercantour rozwijają się duże burze.
  2. Marseille METAR oznacza wiatr 320 ° przy 30 węzłach z podmuchu 42 węzłów 13:00 tego dnia

Bibliografia

  1. World Meteorological Organization , "  Foehn  " , słownik pogody , Eumetcal (dostęp 15 kwietnia 2015 )
  2. "  Wpływ halny  " , Météo France (dostęp 15 kwietnia 2015 ),
  3. "  Wpływ halny  " na MétéoLaflèche (dostęp 15 kwietnia 2015 ),
  4. (w) „  Santa Ana  ” , Glossary , American Meteorological Society (dostęp 15 kwietnia 2015 )
  5. The Mistral , str.  34
  6. The Mistral , str.  37
  7. Honorin Victoire, Mała encyklopedia wiatrów Francji: ich pochodzenie i historia , Jean-Claude Lattès ,2001, 422  pkt. ( ISBN  978-2-7096-2193-9 ) , str.  258
  8. „  Wyjątkowa fala upałów w czerwcu: 46,0 ° C, nowy bezwzględny krajowy rekord upałów  ” , na Keraunos ,1 st lipca 2019(dostępny 1 st lipca 2019 )
  9. "  Nimes Garrons rekordy 28 czerwca  " , o klimacie Info
  10. (w) American Meteorological Society, „  Heat burst  ” , Glossary of Meteorology , American Meteorological Society ,2000( ISBN  1878220349 )
  11. "  Onde de relief  " , Meteorological glossary , Météo-France (dostęp 15 kwietnia 2015 )
  12. (w) Krótki kurs fizyki chmur , Butterworth-Heinemann,1 st styczeń 1989, 3 e  ed. , 304  s. ( ISBN  0-7506-3215-1 ) , str.  30-35EAN 9780750632157
  13. (w) Roland B. Stull, Wprowadzenie do meteorologii warstwy granicznej , Dordrecht / Boston / Londyn, wydawcy akademiccy Kluwer,1988, 666,  s. ( ISBN  90-277-2768-6 , czytaj online ) , str.  601
  14. Taniec z wiatrem , s.  174
  15. (w) "  Illustration of Foehn  " , Glossary , Bureau of Meteorology of Australia (dostęp 15 kwietnia 2015 )
  16. Guilhem Martin, Grenoble, klimat niezależny , Amazon,2013, 8 th  ed. , 170  str. ( ISBN  978-2-9545530-0-9 , czytaj online ) , str.  41
  17. Météo de France , str.  226
  18. Météo de la France , str.  239
  19. Pierre le Hire, „  Incendies in the Bouches-du-Rhône:„ Wyjątkowe pożary ze względu na ich podmiejski charakter ”  ”, Le Monde ,11 sierpnia 2016( czytaj online )
  20. Janis Brossard, „  Orages sur les Alpes-Maritimes on 10 sierpnia 2016  ” (dostęp 27 lipca 2017 )
  21. (w) „  Historia pogody dla LFML - 10 sierpnia 2016 r.  ”
  22. "  Remarkable February values ​​in France  " , Météo-France (dostęp 12 lutego 2010 )

Bibliografia

Zobacz też

Powiązane artykuły

Link zewnętrzny