Les tornades les plus dévastatrices sont souvent précédées d’un panache nuageux associé à de la glace et de la vapeur d’eau potable s’élevant au-dessus d’un violent orage. De nouvelles recherches montrent que le mécanisme des panaches humains pourrait être associé à des «sauts hydrauliques» – un phénomène que Léonard de Vinci a remarqué plus de 500 au cours des dernières années.
Chaque fois qu’un panache nuageux associé à de la glace et de la vapeur d’eau potable s’élève au-dessus du sommet d’un orage violent, il y a de fortes chances que la violente tornade, des vents plus forts ou des grêlons plus gros que des balles de golf puissent bientôt frapper la planète Terre en dessous.
Une toute nouvelle recherche dirigée par l’Université de Stanford, publiée le 10 septembre 2021, dans La technologie , révèle le mécanisme physique particulier des panaches humains, qui se classent au-dessus de la plupart des tornades les plus dommageables au monde.
Un rendu d’objet 3D du test de simulation qui produit l’AACP particulier dans le côté abrité ou à l’abri du meilleur dépassement. Crédit : Leigh Loin de, David Semeraro
Recherches antérieures a montré qu’ils sont faciles à repérer dans les images de la télévision par satellite, souvent une demi-heure ou plus avant que les intempéries n’atteignent le sol. « La question sera, pourquoi ce panache est-il associé aux pires situations, et comment peut-il être trouvé en premier lieu ? C’est le vide particulier que nous commençons à combler », a déclaré l’homme de science atmosphérique Morgan O’Neill, auteur du guide de la toute nouvelle étude.
L’étude intervient un peu plus d’une semaine après des orages et des tornades supercellulaires uniques parmi les restes de l’ouragan Ida alors qu’ils se dirigeaient vers le nord-est des États-Unis, aggravant les ravages causés dans la région simplement par des précipitations record et des crues éclair.
La série d’orages produisant des AACP le 27 mai 2021, au-dessus du sud et du centre des Great Flatlands. Crédit : Kelton Halbert/NOAA/NASA
Se concentrer sur comment et pourquoi les panaches prennent forme au-dessus d’orages puissants peut aider les prévisionnistes à reconnaître des dangers imminents comparables et à émettre des alertes plus précises sans se fier aux systèmes radar Doppler, qui peuvent être détruits simplement par le vent et sont – et ont angles morts même les bons jours. Dans de nombreuses régions du monde, la couverture radar Doppler est certainement inexistante.
« S’il doit devenir un terrible ouragan, observez-le de la zone. Nous ne pouvons pas découvrir les tornades car elles sont cachées sous les sommets des orages. Nous devons mieux nous familiariser avec les sommets », a déclaré O’Neill, qui pourrait être enseignant adjoint en sciences du programme de la Terre à l’École des sciences de la planète, de l’énergie et de l’environnement de Stanford (Stanford Earth).
Orages supercellulaires et perturbations explosives
Les orages qui engendrer la plupart des tornades sont généralement connues sous le nom de supercellules, une race inhabituelle de tempête utilisant un courant ascendant rotatif qui peut se précipiter vers le ciel avec des vitesses plus rapides par rapport à 150 milles en une heure, avec une capacité suffisante pour percer le couvercle typique de la troposphère terrestre, le niveau le plus bas de notre atmosphère.
Dans les orages plus faibles, les courants ascendants associés à l’air humide s’aplatissent et se diffusent souvent en atteignant ce couvercle particulier, appelé tropopause, formant un nuage en forme d’enclume. Le courant ascendant intense d’un orage supercellulaire pousse la tropopause vers le haut dans la couche suivante de l’environnement, créant ce que les chercheurs appellent un sommet dépassant. “C’est comme une fontaine qui pousse face à la couche suivante de notre atmosphère”, a déclaré O’Neill.
Étant donné que les vents dans l’atmosphère supérieure se déplacent ainsi qu’autour du sommet de la tornade en saillie, ils soulèvent parfois des avenues de vapeur d’eau et de glace, qui se jettent généralement dans la stratosphère pour former le panache révélateur, techniquement connu sous le nom de panache de cirrus au-dessus de l’enclume. , ou AACP.
L’air croissant du dépassement accélère rapidement vers la troposphère particulière, comme un ballon de basket qui accélère vers le bas après avoir atteint une crête en altitude. Dans le même temps, l’air circule certainement au-dessus de la coupole dans la stratosphère et descend le côté abrité.
En utilisant des simulations informatiques associées à des orages supercellulaires idéalisés, O’Neill et ses collègues ont découvert que cela excite un ouragan, un cyclone, une tornade à la tropopause, exactement là où la vitesse du vent dépasse 240 milles chaque heure. « L’air sec descendant de la stratosphère et l’air humide montant de la troposphère participent à ce jet très filtrant et ultra-rapide. Le jet particulier devient volatil et le tout se mélange et explose dans les turbulences », a déclaré O’Neill. “Ces taux de vitesse lors de la tempête n’ont jamais été remarqués ou supposés juste avant. ”
Saut hydraulique
Les chercheurs reconnaissent depuis longtemps que le dépassement des sommets orageux d’air humide s’élevant dans la haute atmosphère peut agir comme des obstructions solides qui bloquent ou même redirigent le flux d’air. De plus, il a été suggéré que les vagues associées à l’air humide se déplaçant au-dessus de ces sommets peuvent se briser et faire monter l’eau de la zone dans la stratosphère. Mais aucune analyse à ce jour n’a décrit comment tous les éléments s’emboîtent.
La toute nouvelle modélisation suggère que l’explosion particulière de perturbations dans l’atmosphère qui accompagne les orages à panache se déroule à travers une sensation appelée saut hydraulique. Le même système est en jeu chaque fois que des vents violents tombent au-dessus des montagnes et génèrent des turbulences du côté de la pente descendante, ou même lorsque l’eau qui monte doucement dans le déversoir du barrage éclate rapidement en mousse à mémoire de forme en rejoignant l’eau plus lente en dessous.
Léonard de Vinci observé le phénomène particulier dans l’eau courante potable dès les années 1500, et les anciens Romains ont peut-être cherché à limiter les sauts hydrauliques dans les styles d’aqueduc. Mais jusqu’à présent, les scientifiques de l’atmosphère n’ont vu que la puissance induite par la forte topographie. La nouvelle modélisation suggère qu’un saut hydraulique peut également être induit par des obstacles fluides dans l’atmosphère produits presque entièrement associés à l’air et qui changent de forme chaque seconde, à des kilomètres au-dessus de la surface de la Terre.
Les simulations suggèrent que le point de départ du saut coïncide avec une injection étonnamment rapide de vapeur d’eau potable dans la stratosphère, à plus de 7 000 kilos par seconde. C’est deux à quatre fois plus élevé que les estimations précédentes. Une fois que cela atteint le monde extérieur, l’eau peut y rester pendant des jours, voire des semaines, ce qui pourrait avoir un impact sur la quantité et la qualité de la lumière solaire qui atteindra la Terre en détruisant l’ozone dans la stratosphère et en réchauffant la surface de la planète. “Dans nos propres simulations qui affichent des panaches, l’eau pénètre profondément dans la stratosphère, où elle pourrait peut-être avoir plus d’effets climatiques à long terme”, a déclaré le co-auteur Leigh Orf, un bon scientifique de l’atmosphère à l’Université du Wisconsin-Madison. .
Selon O’Neill, la haute altitude Nasa les avions de recherche n’ont obtenu que récemment la capacité d’observer les vents tridimensionnels au meilleur des orages, et n’ont pas encore remarqué la production AACP de près. “Nous avons la technologie pour vérifier les résultats de la modélisation pour savoir s’ils sont réalistes”, a déclaré O’Neill. «C’est vraiment un endroit doux en science. ”
Référence : “Hydraulic jump dynamics over supercell thunderstorms” simplement par Morgan E O’Neill, Leigh Orf, Gerald M. Heymsfield plus Kelton Halbert, 10 septembre 2021, Science .
DOI : 10. 1126/science. abh3857
Cette recherche a été soutenue par la Nationwide Science Foundation ainsi que par le programme de validation de terrain et de mission de dimension de précipitation de la NASA.
O’Neill est également un membre intermédiaire (avec l’aimable autorisation) du Stanford Hardwoods Institute for the Atmosphere. Des co-auteurs supplémentaires sont généralement affiliés à Cooperative Start for Meteorological Satellite Television Studies à Madison, Wisconsin; et le centre de vol de la compagnie aérienne spatiale Goddard de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland.
