E7 Ondes atmosphériques Planétaires et équatoriales

Topique

Les ondes atmosphériques de grande échelle se divisent en deux grandes familles selon leur origine et leurs forces de rappel : les ondes planétaires, également appelées ondes de Rossby, et les ondes équatoriales. Les ondes planétaires sont des oscillations de grande échelle dont la force de rappel est la variation méridienne du paramètre de Coriolis (ou gradient bêta), c’est-à-dire la variation de ce paramètre lorsqu’on passe d’une latitude à une autre. Cette variation repousse toute perturbation du flux, générant ainsi l’onde. Les ondes planétaires se propagent vers l’ouest par rapport au vent dominant qui les transporte et sont responsables des méandres à l’origine des courants-jets, des systèmes de blocage que ces méandres peuvent engendrer et des téléconnexions qui transportent les signaux météorologiques sur des milliers de kilomètres. La grandeur qui régit toute cette dynamique et qui se conserve lors de la propagation de l’onde est la vorticité potentielle d’Ertel.

La seconde famille, les ondes équatoriales, ne se propagent pas librement à toutes les latitudes comme les ondes planétaires, mais sont confinées près de l’équateur. Ceci s'explique précisément par le fait que le paramètre de Coriolis y change de signe et que sa variation avec la latitude agit comme un guide, confinant l'onde à cette zone équatoriale.

Au sein de cette famille d'ondes équatoriales, trois types sont particulièrement importants pour la circulation tropicale. Les ondes de Kelvin se propagent uniquement vers l'est, sans composante méridienne due au vent, et sont essentielles à la propagation de l'oscillation El Niño-La Niña dans le Pacifique tropical. Les ondes de Rossby équatoriales, quant à elles, se propagent vers l'ouest, à l'instar des ondes planétaires dont elles tirent leur nom, et sont liées à la convection de l'oscillation de Madden-Julian. Enfin, les ondes mixtes de Rossby-gravité, également appelées ondes de Yanai, se propagent elles aussi vers l'ouest, combinant les caractéristiques des deux types d'ondes.

Ensemble, ces trois types d'ondes équatoriales modulent l'organisation de la convection tropicale, déterminant où et quand les tempêtes se regroupent le long de la bande équatoriale. Elles modulent également le cycle semi-annuel qui se répète dans la stratosphère tropicale, imprimant leur propre rythme à la circulation de cette couche atmosphérique.

L'activité des ondes planétaires et équatoriales peut être suivie grâce au même outil de diagnostic : les vecteurs d'Eliassen-Palm. Ces vecteurs montrent comment l'activité ondulatoire se propage dans le plan, d'une latitude à l'autre et d'une altitude à l'autre, et révèlent également son effet sur le flux moyen environnant. La divergence de ces vecteurs d'Eliassen-Palm mesure précisément dans quelle mesure l'activité combinée des ondes planétaires et équatoriales accélère ou ralentit le flux zonal moyen. Ainsi, des méandres des jets qui produisent les ondes planétaires au rythme que les ondes équatoriales imposent à la convection tropicale et à la stratosphère, ces deux familles d'ondes atmosphériques à grande échelle sont finalement décrites par le même langage : l'intensité de la propagation de l'activité ondulatoire et son impact sur l'accélération ou le ralentissement du flux moyen environnant.

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