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Les nuages
Le cirrus
Le cirrus est un genre de nuage de l'étage supérieur de la troposphère (entre 6000 et 12000 mètres d'altitude) à l'apparence de filaments blancs formés de cristaux de glace. La grande dispersion de ces cristaux fait que les cirrus sont transparents. La lumière du Soleil les traverse pratiquement sans être atténuée et ils deviennent roses ou rouges après le coucher du soleil.
Les cirrus sont généralement considérés comme des nuages non précipitants. Cependant, il n'est pas rare qu'ils se dissipent par sédimentation de leurs cristaux, créant alors du Virga (précipitations qui n'atteint pas le sol).
On observe un accroissement régulier du nombre et de la surface des cirrus artificiels initiés par les Traînées de condensation d'avions. Ils semblent avoir un impact significatif sur la température planétaire (refroidissement de 1 à 2°C dans l'hémisphère nord quand ils sont nombreux), en raison de leur Albédo qui contribue à renvoyer une partie du rayonnement solaire infrarouge vers l'espace. Cet effet est de court terme en raison de la durée de vie limitée du cirrus, à l'opposé, l'effet du réchauffement lié au CO2 émis par les avions est un effet global à long terme.
Le cirrocumulus
Un cirrocumulus est un genre de nuage appartenant à l'étage supérieur et situé à une altitude comprise entre 5000 et 10000 m. Rarement observé, il est en forme de fleur de coton. Il doit apparaître très petit à l'œil (largeur apparente inférieure à 1 degré, c'est-à-dire environ la largeur du petit doigt le bras tendu). Il est formé de cristaux de glace et parfois d'eau surfondue, c'est-à-dire liquide mais à température négative. Il traduit une instabilité dans les hautes couches de la troposphère, pouvant indiquer l'arrivée de front. Il annonce souvent le froid. Aucune précipitation ne lui est associée.
Le cirrostratus
Un cirrostratus est un genre de nuage appartenant à l'étage supérieur et situé à une altitude variant entre 4500 et 12000 m. Il est de même nature que le cirrus mais formant un voile continu translucide couvrant totalement ou partiellement le ciel. Il est souvent accompagné d'un petit halo. Aucune précipitation ne lui est généralement associée. Mais comme le cirrus, il annonce l'arrivée d'une dépression.
L'altocumulus
L'altocumulus est un genre de nuage de l'étage moyen, qui apparait à une altitude comprise entre 2 000 et 6 000 m. Il est constitué de gouttelettes d'eau et parfois de cristaux de glace et constitué de couches ou nappes de nuages blancs ou gris. L'altocumulus peut être formé par l'élévation d'une grande masse d'air puis de condensation dans une atmosphère instable. On le voit souvent avant les orages. Il peut indiquer l'approche d'un front et un changement de temps.
L'altostratus
L'altostratus est un genre de nuage de l'étage moyen situé à une altitude comprise entre 2000 et 5000m pour une épaisseur de 500 à 3000m. C'est un nuage stratiforme, c'est-à-dire en couche, dont les limites sont difficilement définissables. Il forme une vaste couche grise légèrement striée qui laisse diffuser la lumière solaire sans ombre apparente au sol comme au travers d'un verre dépoli. Il entraine parfois lorsqu'il est épais des chutes de pluie ou de neige. Il est relatif à un air stable, c'est-à-dire qu'il n'y a pas de mouvements d'air verticaux importants. On l'observe préférentiellement juste avant un front chaud (son arrivée rapide en annonce l'imminence) ou dans les occlusions peu actives de perturbation.
Le cumulus
Un cumulus est un nuage qui appartient à l'étage inférieur (base < 2 km d'altitude) mais peut s'élever jusqu'à l'étage moyen et atteindre ainsi plusieurs kilomètres d'épaisseur. Si les conditions sont instables, il peut, par la suite, se transformer en cumulus congestus qui a la forme d'une tour, puis en cumulonimbus, la transition se faisant lorsque son sommet devient fibreux et aplati.
Le cumulus est le nuage qui a la forme la plus caractéristique et reconnaissable. Son aspect bourgeonnant le fait, en effet, ressembler à un chou-fleur. On évoque parfois le terme poétique de « moutons nuageux ». Ce nuage est le siège d'un mouvement de convection, similaire à celui qui a lieu dans une casserole d'eau bouillante, constitué d'une colonne d'air ascendant (au cœur du nuage) et de mouvements d'air descendant (à sa périphérie). En s'élevant, l'air subit une détente adiabatique, ce qui refroidit la vapeur d'eau et provoque sa condensation. Au fur et à mesure que le nuage se charge en eau, le cumulus s'étire en hauteur et forme une tour appelée convectus.
Des cumulus peuvent se former dans de nombreux types de situation mais le cas le plus favorable à leur observation est la situation de traîne après le passage d'une perturbation. Alors que le front froid s'éloigne, le Soleil redevient visible et réchauffe le sol. Par conséquent les basses couches de l'atmosphère se réchauffent par conduction thermique rendant l'atmosphère instable. Des cumulus isolés bourgeonnent alors ici et là. Dans ces conditions, on dit qu'on a affaire à un «ciel de traîne».
Le stratus
Un stratus est un genre de nuage bas dont la base se trouve à des altitudes inférieures à quelques centaines de mètres. Lorsque cette base touche le sol, cela correspond à du brouillard.
Le stratus a généralement un aspect assez uniforme (stratus nebulosus) mais est parfois constitué d'éléments séparés ayant un aspect déchiqueté (stratus fractus). Le stratus s'accompagne souvent d'une atmosphère brumeuse et a une couleur grisâtre caractéristique. On utilise parfois le terme générique « grisaille », qui englobe à la fois les brouillards, les brumes, et les nuages très bas (stratus, voir stratocumulus). Le stratus avec le brouillard est le seul nuage susceptible de donner de la bruine (précipitation de très fines gouttelettes d'eau, également appelée crachin), ou lorsque la température est sous 0° Celsius, de la neige en grain (très fines particules de glace de diamètre inférieur à un millimètre).
Les stratus apparaissent lorsque les très basses couches de l'atmosphère sont très humides. Les causes de formation des stratus sont les mêmes que dans le cas de la formation du brouillard (refroidissement nocturne, apport d'air humide en provenance d'un lac, d'une mer ou d'un océan, évaporation au dessus d'une étendue d'eau ou après de fortes pluies). Les stratus peuvent également résulter de l'évolution des brouillards dont la base s'élève grâce au réchauffement du sol après le lever du soleil, ou plus rarement de l'évolution de stratocumulus par abaissement ou uniformisation de la base. Lorsqu'ils sont peu épais, les stratus qui se sont formés dans la nuit deviennent stratus fractus et se dissipent rapidement en début de journée. Mais lorsqu'ils sont plus épais, par exemple en conditions anticycloniques l'hiver, il se peut que le Soleil ne parvienne pas à percer et les nuages bas parfois même le brouillard persistent toute la journée. Même si le temps reste gris, le maigre réchauffement du sol en journée est parfois suffisant pour réchauffer et donc assécher un peu les plus basses couches de l'atmosphère. Le stratus se transforme alors progressivement en stratocumulus.
Le stratocumulus
Le stratocumulus est un genre de nuage appartenant à l'étage inférieur et situé à une altitude comprise entre 500 et 2500 m. Son épaisseur est de 600 m. Il est d'origine convective mais son extension verticale est immédiatement limitée par la stabilité de la couche supérieure. Visuellement, ce sont de larges masses sombres et arrondies, habituellement en groupe, lignes ou vagues. Pris isolément, ces nuages sont plus gros que ceux du type altocumulus et l'ensemble se situe à plus basse altitude, habituellement en dessous de 2000 mètres.
Le cumulonimbus
Le cumulonimbus est le nuage qui présente la plus grande extension verticale. Sa base se situe en général de quelques centaines de mètres à 2 000 mètres du sol. Son sommet dépasse parfois la tropopause, il peut donc culminer à des altitudes allant de 8 000 à 15 000 m. En fin d'évolution, sa partie supérieure ressemble à une enclume, et l'on parle alors de cumulonimbus capillatus, par opposition au cumulonimbus calvus (étape de transition entre le cumulus congestus (cumulus bourgeonnant), et le cumulonimbus capillatus). Par extension, l'expression « enclume du Cb » désigne généralement sa partie supérieure qui persiste souvent après la perte d'activité du nuage. Cette enclume devient alors un cirrus spissatus cumulonimbogenitus (cirrus épais né d'un cumulonimbus).
Les cumulonimbus sont des nuages d'origine convective, membres de la classe des cumulus. Il s'agit en fait de cumulus de très forte extension verticale dont la partie supérieure est constituée de cristaux de glace. Leur formation est favorisée par des conditions chaudes et humides près de la surface mais plus froides et sèches en altitude. Ces orages se développent en général à l'approche d'un front froid. La plupart des orages d'hiver sont de ce type. Les cumulonimbus dits de masse d'air (typiquement les orages en été de fin d'après-midi), qui sont relativement bénins, se forment suite à la convection causée par le réchauffement solaire de l'air près du sol, en l'absence de forçages dynamiques. La présence de forçages dus à la dynamique atmosphérique peut déstabiliser davantage l'atmosphère, ce qui augmente la probabilité de formation de cumulonimbus et la sévérité des orages qui en résultent. L'apparition de l'enclume est la conséquence de l'étalement du cumulonimbus au niveau de la tropopause (nom donné à la limite entre la troposphère et la stratosphère). Les courants ascendants à l'intérieur du nuage sont stoppés ou ralentis en arrivant dans cette zone de l'atmosphère particulièrement stable et ils se transforment alors en courants horizontaux. En cas d'orage sévère le différentiel entre la température de la masse d'air ascendante et l'air extérieur peut faire que le courant ascendant peut se propager dans la stratosphère et il se forme alors ce que l'on appelle en anglais un overshooting dome.
Le cumulonimbus est le type de nuage qui donne les orages. En fonction de son développement, il peut être le siège de manifestations électriques comme la foudre, de chutes de grêle, de pluie, de fortes précipitations et dans les cas les plus extrêmes, de tornades. A cela s'ajoute le risque de givrage (présent lorsque la température de l'air extérieur est comprise entre -40 et 0 degrés celsius) et de forts cisaillements des vents dans le nuage. En général, les courants ascendants et descendants sous un cumulonimbus correspondant à un orage de fin d'après-midi d'été sont modestes (de l'ordre de 3 m/s). Par contre, les orages supercellulaires peuvent avoir des courants ascendants dépassant 20 m/s.
Le nimbostratus
Le nimbostratus est un genre de nuage stratiforme d'extension verticale importante, produisant des précipitations faibles à modérées mais sur de grandes superficies. Les nimbostratus sont souvent formés de plusieurs couches stratifiées sans forme définie et de couleur gris foncé. La base d'un nimbostratus est en général inférieure à 2000 m. Ils peuvent être comparés aux stratus, altostratus et cirrostratus.
Le brouillard
Le brouillard est un amas de fines gouttelettes ou de fins cristaux de glace accompagné de fines particules hygroscopiques saturées d'eau souvent de taille microscopique réduisant la visibilité en surface. Sa composition est donc identique à celle d'un nuage dont la base toucherait le sol. Par convention, les météorologistes parlent de « brume » lorsque la visibilité horizontale est plus de un kilomètre et de « brouillard » si la visibilité est inférieure à un kilomètre. Les marins utilisent souvent le terme de brume quelle que soit la visibilité horizontale et le nomment également fumée de mer quand il s'agit de brouillard d'évaporation.
Lorsque les conditions sont réunies, le brouillard peut être givrant : si la température du sol et des objets baignés par la nappe de brouillard est inférieure à 0°C, les gouttelettes en suspension gèlent en se déposant formant du givre ou du verglas sur une chaussée.
Le processus de formation du brouillard est identique à celui des nuages. Il résulte du refroidissement d'un volume d'air jusqu'à la condensation d'une partie de sa vapeur d'eau ou par ajout de vapeur d'eau pour atteindre la saturation. La condensation de la vapeur d'eau en eau liquide ou en glace se produit initialement autour de certains types de micro-particules de matière solid, qu'on appelle des noyaux de condensation ou de congélation. La congélation spontanée de l'eau liquide en glace, dans une atmosphère très pure, ne se produit pas au-dessus de -40 °C. Entre 0 et -40 °C, les gouttes d'eau restent dans un état métastable (surfusion), qui cesse dès qu'elles rentrent en contact avec un noyau de condensation (poussière, cristal de glace, obstacle). Lorsque ce phénomène se produit au sol, on assiste à des brouillards givrants.
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