Nuage de Mammatus - Mammatus cloud
Mammatus (également appelé mamma ou mammatocumulus , signifiant "nuage mammaire") est un motif cellulaire de poches suspendues sous la base d'un nuage , généralement un nuage de pluie cumulonimbus , bien qu'ils puissent être attachés à d'autres classes de nuages parents. Le nom mammatus est dérivé du latin mamma (qui signifie « pis » ou « sein »).
Selon l' Atlas international des nuages de l' OMM , maman est une caractéristique supplémentaire du nuage plutôt qu'un genre, une espèce ou une variété de nuage. Les dessous distincts « grumeleux » sont formés par l'air froid descendant pour former des poches contrairement aux bouffées de nuages qui s'élèvent par convection d'air chaud. Ces formations ont été décrites pour la première fois en 1894 par William Clement Ley .
Caractéristiques
Les mammatus sont le plus souvent associés à des nuages d'enclume ainsi qu'à des orages violents. Ils s'étendent souvent à partir de la base d'un cumulonimbus , mais peuvent également être trouvés sous des altostratus et des cirrus , ainsi que des nuages de cendres volcaniques. Lorsqu'ils se produisent dans les cumulonimbus, les mammatus sont souvent le signe d'une tempête particulièrement forte. En raison de l'environnement intensément cisaillé dans lequel se forment les mammifères, les aviateurs sont fortement avertis d'éviter les cumulonimbus avec les mammifères car ils indiquent une turbulence induite par convection. Les traînées peuvent également produire des lobes, mais ceux-ci sont appelés à tort mammatus.
Mammatus peut apparaître comme des lobes lisses, irréguliers ou grumeleux et peut être opaque ou translucide. Parce que les mamelles se présentent sous la forme d'un groupement de lobes, la façon dont elles s'agglutinent peut varier d'un amas isolé à un champ de mamelles qui s'étend sur des centaines de kilomètres à une organisation le long d'une ligne, et peut être composée de lobes inégaux ou de taille similaire. Les diamètres moyens des lobes de mammatus individuels sont de 1 à 3 kilomètres (0,6 à 1,9 mi) et des longueurs en moyenne de 1 ⁄ 2 kilomètres (0,3 mi). Un lobe peut durer en moyenne 10 minutes, mais tout un groupe de mamans peut aller de 15 minutes à quelques heures. Ils sont généralement composés de glace, mais peuvent également être un mélange de glace et d'eau liquide ou être composés presque entièrement d'eau liquide.
Fidèles à leur apparence menaçante, les nuages mammatus sont souvent le signe avant-coureur d'une tempête à venir ou d'un autre système météorologique extrême. Généralement composés principalement de glace, ils peuvent s'étendre sur des centaines de kilomètres dans chaque direction et les formations individuelles peuvent rester visiblement statiques pendant dix à quinze minutes à la fois. Bien qu'ils puissent sembler inquiétants, ils ne sont que des messagers - apparaissant autour, avant ou même après un temps violent.
Mécanismes de formation hypothétiques
L'existence de nombreux types différents de nuages mammatus, chacun avec des propriétés distinctes et se produisant dans des environnements distincts, a donné lieu à de multiples hypothèses sur leur formation, qui sont également pertinentes pour d'autres formes de nuages.
Une tendance environnementale est partagée par tous les mécanismes de formation hypothétiques pour les nuages mammatus : des gradients marqués de température, d'humidité et de quantité de mouvement ( cisaillement du vent ) à travers la limite d'air nuage d'enclume/sous-nuage, qui influencent fortement les interactions à l'intérieur. Voici les mécanismes proposés, chacun décrit avec ses lacunes :
- L'enclume d'un cumulonimbus s'affaisse au fur et à mesure qu'il s'étend à partir de son nuage source. En descendant, l'air se réchauffe. Cependant, l'air nuageux se réchauffera plus lentement (au taux d'écoulement adiabatique humide ) que l'air sec sous-nuage (au taux d'écoulement adiabatique sec ). En raison du réchauffement différentiel, la couche nuageuse/sous-nuageuse se déstabilise et un renversement convectif peut se produire, créant une base nuageuse grumeleuse. Les problèmes avec cette théorie sont qu'il y a des observations de lobes mammaires qui ne supportent pas la présence d'un fort affaissement dans les lobes, et qu'il est difficile de séparer les processus de retombées d' hydrométéores et d'affaissement de la base des nuages, ce qui rend peu clair quant à si l'un ou l'autre des processus se produit.
- Le refroidissement dû aux retombées d' hydrométéores est un deuxième mécanisme de formation proposé. Lorsque les hydrométéores tombent dans l'air sec du sous-nuage, l'air contenant les précipitations se refroidit en raison de l' évaporation ou de la sublimation . Étant maintenant plus froids que l'air ambiant et instables, ils descendent jusqu'à l'équilibre statique, à quel point une force de restauration courbe les bords des retombées, créant l'apparence lobée. Un problème avec cette théorie est que les observations montrent que l'évaporation à la base des nuages ne produit pas toujours des mammatus. Ce mécanisme pourrait être responsable du stade le plus précoce du développement, mais d'autres processus (à savoir le processus 1, ci-dessus) peuvent entrer en jeu au fur et à mesure que les lobes se forment et mûrissent.
- Il peut également y avoir une déstabilisation à la base des nuages en raison de la fonte. Si la base des nuages existe près de la ligne de congélation, alors le refroidissement dans l'air immédiat causé par la fonte peut conduire à un renversement convectif, tout comme dans les processus ci-dessus. Cependant, cet environnement de température stricte n'est pas toujours présent.
- Les processus ci-dessus reposaient spécifiquement sur la déstabilisation de la sous-couche nuageuse due aux effets de chauffage adiabatique ou latent . Sans tenir compte des effets thermodynamiques des retombées d'hydrométéores, un autre mécanisme propose que la dynamique des retombées seules suffisent à créer les lobes. Des inhomogénéités dans les masses des hydrométéores le long de la base du nuage peuvent provoquer une descente inhomogène le long de la base. La traînée de friction et les structures de type tourbillon associées créent l'apparence lobée des retombées. Le principal inconvénient de cette théorie est que les vitesses verticales dans les lobes ont été observées comme étant supérieures aux vitesses de chute des hydrométéores à l'intérieur de ceux-ci ; ainsi, il devrait également y avoir un forçage dynamique vers le bas.
- Une autre méthode, qui a été proposée pour la première fois par Kerry Emanuel , est appelée instabilité de détraînement de la base des nuages (CDI), qui agit beaucoup comme l' entraînement convectif au sommet des nuages . Dans le CDI, l'air nuageux est mélangé à l'air sec du sous-nuage plutôt que de précipiter dans celui-ci. La couche trouble se déstabilise en raison du refroidissement par évaporation et des mammatus se forment.
- Les nuages subissent une réorganisation thermique due aux effets radiatifs au fur et à mesure de leur évolution. Il y a quelques idées sur la façon dont le rayonnement peut provoquer la formation de mammatus. La première est que, parce que les nuages se refroidissent radiativement ( loi de Stefan-Boltzmann ) de manière très efficace à leur sommet, des poches entières de nuages froids et à flottabilité négative peuvent pénétrer vers le bas à travers toute la couche et émerger sous forme de mammatus à la base des nuages. Une autre idée est qu'à mesure que la base du nuage se réchauffe en raison du chauffage radiatif de l'émission à ondes longues de la surface terrestre, la base se déstabilise et se renverse. Cette méthode n'est valable que pour les nuages optiquement épais . Cependant, la nature des nuages d'enclume est qu'ils sont en grande partie constitués de glace et sont donc relativement minces optiquement.
- On propose que les ondes de gravité soient le mécanisme de formation des nuages mammatus organisés linéairement. En effet, des modèles de vagues ont été observés dans l'environnement des mammatus, mais cela est principalement dû à la création d'ondes de gravité en réponse à un courant ascendant convectif empiétant sur la tropopause et se propageant sous forme de vagues sur l'intégralité de l'enclume. Par conséquent, cette méthode n'explique pas la prévalence des nuages de mammatus dans une partie de l'enclume par rapport à une autre. De plus, les échelles de temps et de taille pour les ondes de gravité et les mammatus ne correspondent pas entièrement. Les trains d'ondes de gravité peuvent être responsables de l'organisation des mammatus plutôt que de les former.
- L'instabilité Kelvin-Helmholtz (K-H) est répandue le long des limites des nuages et entraîne la formation de saillies en forme de vagues (appelées vagues de Kelvin-Helmholtz) à partir d'une limite des nuages. Les mammatus ne se présentent pas sous la forme de houles KH, il est donc proposé que l'instabilité puisse déclencher la formation des protubérances, mais qu'un autre processus doit former les protubérances en lobes. Pourtant, le principal inconvénient de cette théorie est que l'instabilité du KH se produit dans un environnement stratifié de manière stable et que l'environnement des mammatus est généralement au moins quelque peu turbulent .
- L'instabilité de Rayleigh-Taylor est le nom donné à l'instabilité qui existe entre deux fluides de densités différentes, lorsque le plus dense des deux se trouve au sommet du fluide le moins dense. Le long d'une interface base de nuage/sous-nuage, l'air plus dense et chargé d'hydrométéores pourrait provoquer un mélange avec l'air sous-nuage moins dense. Ce mélange prendrait la forme de nuages mammatus. Le problème physique avec cette méthode proposée est qu'une instabilité existant le long d'une interface statique ne peut pas nécessairement être appliquée à l'interface entre deux écoulements atmosphériques cisaillés .
- Le dernier mécanisme de formation proposé est que les mammatus proviennent de la convection Rayleigh-Bénard , où le chauffage différentiel (refroidissement en haut et chauffage en bas) d'une couche provoque un renversement convectif. Cependant, dans ce cas de mammatus, la base est refroidie par les mécanismes thermodynamiques évoqués plus haut. Au fur et à mesure que la base du nuage descend, cela se produit à l'échelle des lobes de mammatus, tandis qu'à côté des lobes, il y a une ascension compensatrice. Cette méthode ne s'est pas avérée valable d'un point de vue observationnel et est considérée comme généralement insignifiante.
Cette plénitude de mécanismes de formation proposés montre, à tout le moins, que le nuage mammatus est généralement mal compris.
Galerie
Nuages Mammatus au - dessus de l' US Air Force Academy , 2004
Nuages de Mammatus sur la Croatie
Nuages Mammatus sur New York , 2009
Nuages de Mammatus à Tulsa, Oklahoma , 1973
Nuages Mammatus sur San Antonio, Texas , 2009
Nuages de Mammatus sur la côte du Pacifique San Francisco
Nuages Mammatus sur Squaw Valley Ski Resort, Olympic Valley, Californie
Nuages de Mammatus à Milan, Italie , en juillet 2005 par une journée très chaude et humide sans vent
Nuages de Mammatus à San Francisco, Californie
Nuages de Mammatus se formant au Minnesota en 2005
Nuages de Mammatus et raies crépusculaires au- dessus de la baie de San Francisco
Photo aérienne de nuages mammatus sur le centre de la Nouvelle-Galles du Sud , Australie ,
Nuages de Mammatus sur les montagnes Sierras de Córdoba, Argentine
Nuages Mammatus au-dessus de Big Cottonwood Canyon près de Salt Lake City , Utah
Nuages Mammatus sur Santa Catarina, Brésil , suite au cyclone Catarina .
Cumulus Mammatus entre Hamilton et Missoula, Montana
Nuages Mammatus au-dessus de l' Université de Floride centrale à Orlando, Floride , 2011.
Juste avant un gros orage à Altomuenster , Bavière , Allemagne
Nuages Mammatus sur Bingley , Royaume-Uni, à la suite d'un orage le 2 novembre 2013
Mammatocumulus au Cap de Creus , Gérone , Espagne . Ambiance électrique. juin 2014
Nuages de Mammatus sur Hoshiarpur 20 mai 2016, Pendjab, Inde
Formation de nuages Mammatus à Coimbatore, Tamil Nadu Inde - 2019
Formation de nuages Mammatus à Berlin Allemagne 2021
Nuages Mammatus sur Englewood Cliffs , New Jersey 2021.
Les références
Liens externes
- Vidéo en accéléré sur la formation des nuages de Mammatus
- Nuages Mammatus sur Hastings, Nebraska
- Mammatus Clouds affaissant des structures en forme de poche
- NASA Astronomy Picture of the Day : Mammatus Clouds Over Mexico (30 décembre 2007)
- Nuages de Mammatus sur St Albans, Hertfordshire, Royaume-Uni le 12 août 2008 sur le site Web de BBC News. 21 août 2008