Stabilité et instabilité verticale de l'atmosphère (suite)

Ce paragraphe, inspiré du livre Météorologie Générale de J. P. Triplet et G. Roche (Météo France), présente une analyse plus fine de la stabilité et de l'instabilité de l'atmosphère observée par radiosondage, en considérant les diverses évolutions possibles des températures potentielle θ; et pseudo adiabatique potentielle du thermomètre mouillé θw (ou θ'w) en fonction de l'altitude. Pour cela on se focalise sur une couche élémentaire, c'est-à-dire une couche dans laquelle θ et θw varient de façon monotone de la base B au sommet S de la couche considérée.
Quatre cas possibles sont présentés ci-après avec des schémas de type émagramme où la ligne bleue représente la courbe du thermomètre mouillé, c'est-à-dire l'ensemble des points W dits du thermomètre mouillé:

Stabilité absolue (SA): soulèvement en bloc d'une couche élémentaire BS initialement stable le restant après saturation [10]

Initialement :
La couche est non saturée et stable (courbe d'état BS inclinée à droite des adiabatiques). Une particule ascendante issue de la base B, atteignant ou non la saturation, sera toujours plus froide que l'air environnant car sur l'émagramme, le chemin suivi par le point d'état (courbe adiabatique jusqu'au point de condensation de la base CB puis courbe pseudo adiabatique) correspond à des températures systématiquement inférieures à la température de l'air ambiant indiquée par la courbe d'état en rouge sur la figure précédente.
Soulèvement en bloc de 50hPa :
La courbe d'état devient B'S'. Le soulèvement est insuffisant pour qu'il y ait saturation puisque ni le point de la base B', ni le point du sommet S' n'ont atteint les points de condensation CB et CS. Rien ne change quant à la stabilité (B'S' inclinée à droite de l'adiabatique issue de B').
Soulèvement en bloc de 150hPa
La courbe d'état devient B"S". Il y a saturation de toute la couche mais B"S" est inclinée à droite des pseudo adiabatiques (notamment celle issue de B"), il y a donc toujours stabilité.
Quel que soit le soulèvement, la stabilité est toujours présente. Cette configuration correspond au critère de STABILITE ABSOLUE (SA).

INStabilité absolue (IA): soulèvement en bloc d'une couche élémentaire BS initialement instable le restant après saturation [11]

Initialement
La couche est non saturée et instable (courbe d'état BS est inclinée à gauche de l'adiabatique issue de B). Une particule ascendante, atteignant ou non la saturation, sera toujours plus chaude que l'air environnant, car sur l'émagramme, le chemin suivi par le point d'état (courbe adiabatique jusqu'au point de condensation de la base CB puis courbe pseudo adiabatique) correspond à des températures systématiquement supérieures à la température de l'air ambiant indiquée par la courbe d'état en rouge sur la figure précédente.
Soulèvement en bloc de 50hPa
La courbe d'état devient B'S'. Le soulèvement est insuffisant pour qu'il y ait saturation puisque ni le point de la base B', ni le point du sommet S' n'ont atteint les points de condensation CB et CS. Rien ne change quant à l'instabilité (B'S' inclinée à gauche de l'adiabatique issue de B').
Soulèvement en bloc de 150hPa
La courbe d'état devient B"S". Il y a saturation de toute la couche. B"S" est inclinée à gauche des pseudo adiabatiques (notamment celle issue de B"), il y a donc toujours instabilité. La couche devient instable pour tout soulèvement provoquant sa saturation de la couche soulèvement, l'instabilité est toujours présente. Cette configuration correspond au critère d'INSTABILITE ABSOLUE (IA).

INSTABILITE CONVECTIVE LATENTE (ICL): soulèvement en bloc d'une couche élémentaire BS initialement stable devenant instable après saturation mais avec un niveau de convection libre hors de la couche initiale [12]

Initialement
La couche est non saturée. La courbe d'état BS est inclinée à droite de l'adiabatique issue de B, il y a donc stabilité. Le niveau de convection libre n'est pas présent à l'intérieur de la couche (le sommet S de la couche est à droite de la pseudo adiabatique issue du point de condensation CB de la base) donc l'instabilité est impossible.
Soulèvement en bloc de 50hPa
La courbe d'état devient B'S'. Le soulèvement est insuffisant pour qu'il y ait saturation, mais le niveau de convection libre (point K') apparaît dans la couche.
Soulèvement en bloc de 150hPa
La courbe d'état devient B"S". Il y a saturation de toute la couche. B"S" est inclinée à gauche des pseudo adiabatiques (notamment celle issue de B"), il y a donc instabilité.
Initialement stable, l'instabilité apparaît avec la saturation de la couche lors d'un soulèvement suffisant. Cette configuration correspond au critère d'INSTABILITE CONVECTIVE LATENTE (ICL).

INSTABILITE CONVECTIVE SELECTIVE (ICS): soulèvement en bloc d'une couche élémentaire BS initialement stable devenant instable après saturation mais avec un niveau de convection libre présent dans la couche initiale [13]

Initialement
La couche est non saturée. La courbe d'état BS est inclinée à droite de l'adiabatique issue de B, il y a donc stabilité. Par contre, le niveau de convection libre (point K) est initialement présent à l'intérieur de la couche (le sommet S de la couche est à gauche de la pseudo-adiabatique issue du point de condensation CB de la base). L'instabilité est donc possible à condition que l'ascendance se développe au-delà du niveau de convection libre.
Soulèvement en bloc de 50hPa
La courbe d'état devient B'S'. Le soulèvement est insuffisant pour qu'il y ait saturation, mais le niveau de convection libre (point K') devient plus proche de la base (point B').
Soulèvement en bloc de 150hPa
La courbe d'état devient B"S". Il y a saturation de toute la couche. B"S" est inclinée à gauche des pseudo adiabatiques (notamment celle issue de B"), il y a donc instabilité.
Initialement stable pour les petites perturbations, l'instabilité apparaît pour de plus grandes perturbations et après saturation de la couche lors d'un soulèvement suffisant. Cette configuration correspond au critère d'INSTABILITE CONVECTIVE SELECTIVE (ICS).

INSTABILITE SECHE (IS): soulèvement en bloc d'une couche élémentaire BS initialement instable devenant stable après saturation [14]

Initialement
La couche est non saturée et instable (courbe d'état BS est inclinée à gauche de l'adiabatique issue de B).
Soulèvement en bloc de 50hPa
La courbe d'état devient B'S'. Le soulèvement est insuffisant pour qu'il y ait saturation, rien ne change quant à l'instabilité (B'S' inclinée à gauche de l'adiabatique issue de B').
Soulèvement en bloc de 150hPa
La courbe d'état devient B"S". Il y a saturation de toute la couche. B"S" est ici inclinée à droite des pseudo adiabatiques (notamment celle issue de B"), il y a donc maintenant stabilité.
L'instabilité devient impossible si la saturation se produit. Cette configuration correspond au critère d'INSTABILITE SECHE (IS).
conclusion Conclusion
Synthèse des critères de stabilité de Pone

Stabilité AbsolueSA
Instabilité AbsolueIA
Instabilité Convective Latente (K* hors de la couche)ICL
Instabilité Convective Sélective (K* dans la couche)ICS
Instabilité sècheIA
*K représente le niveau de convection libre

Crédits


[10] [11] [12] [13] [14] Adapté de J. P. triplet et G. Roche, Météorologie Générale, Météo France