Pourquoi le littoral japonais de la mer du Japon reçoit-il tant de neige ?
― Ce sont le vent froid et la « mer chaude » qui fabriquent les nuages de neige
Le même jour, dans le même pays, un côté croule sous la neige tandis que l'autre, de l'autre côté des montagnes, profite d'un beau ciel bleu. En hiver au Japon, ce n'est pas un spectacle rare. La raison n'est pas que « le côté mer du Japon est plus froid ». C'est même l'inverse : ce qui fabrique la neige, c'est la surface de la mer du Japon, suffisamment chaude même en hiver. La vapeur d'eau qui s'en élève forme des nuages ; ces nuages, en heurtant les montagnes, sont soulevés et finissent par lâcher leur charge sous forme de neige.
Avez-vous déjà traversé une montagne en train, en hiver ? Avant d'entrer dans le tunnel, le ciel était bleu ; à peine sorti, tout est blanc derrière la vitre. Dans l'autre sens, un paysage enneigé se change en quelques minutes en un ciel sec et dégagé.
Sur les cartes météo aussi, la même scène se répète chaque hiver. Les nuages s'alignent d'un seul côté de l'archipel japonais, tandis que l'autre côté reste complètement dégagé.
Même en comparant les températures, l'écart entre les deux côtés n'est pas si grand. Et pourtant, la quantité de neige qui tombe est radicalement différente. D'où vient cette différence ?
Deux grandes raisons
En hiver, un vent très froid et sec souffle du continent vers le Japon. La mer du Japon qu'il traverse garde une surface d'environ 10 °C même en hiver. L'air froid reçoit de cette surface chaude chaleur et vapeur d'eau pendant plus d'une demi-journée, et se transforme en air humide.
L'air humide ne devient pas neige tel quel. Lorsqu'il heurte la chaîne de montagnes qui forme comme l'épine dorsale de l'archipel, il n'a nulle part où fuir et remonte le long des pentes. Plus l'air monte, plus il se refroidit ; la vapeur d'eau qu'il ne peut plus contenir se transforme en cristaux de glace. C'est ainsi que la neige se concentre du côté amont des montagnes.
Ce n'est pas « parce qu'il fait froid qu'il neige », mais « parce qu'il y a une mer chaude qu'il neige ». Cet ordre est la clé pour comprendre la neige du littoral de la mer du Japon. Voyons cela dans le détail.
Le vent froid se transforme en « vent humide » au-dessus de la mer
En hiver, l'air qui quitte le continent est très sec. Refroidi en dessous de zéro, il ne peut de toute façon contenir presque aucune vapeur d'eau. Or la surface de la mer du Japon, grâce à un courant marin chaud venu du sud, reste selon les estimations autour de 10 °C même en hiver.
Quand la surface de l'eau est bien plus chaude que l'air, l'évaporation y est intense. En même temps, l'air réchauffé par le bas s'allège et s'élève. Ce brassage vertical se poursuit sans cesse au-dessus de la mer, si bien que l'air accumule toujours plus d'humidité en avançant. Quand la vapeur d'eau de l'air ascendant se transforme en gouttelettes ou en cristaux de glace, ce sont des nuages. Les « nuages en bandes », ces longues traînées bien alignées au-dessus de la mer du Japon, sont la trace visible de ce brassage organisé en files.
Regardez la figure 1. Elle représente le vent froid venu de la gauche, qui grossit en nuages en traversant la mer chaude au centre, puis heurte la montagne à droite et y laisse tomber la neige.
La montagne « presse » la vapeur d'eau
Même chargé d'humidité au-dessus de la mer, l'air qui ne fait que circuler en terrain plat ne provoque pas de chutes aussi intenses. Ce qui déclenche de fortes chutes de neige, ce sont les montagnes qui lui barrent la route.
Le vent pourrait contourner la montagne latéralement, mais face à une longue chaîne montagneuse, c'est difficile, et la majeure partie de l'air est repoussée vers le haut le long des pentes. Plus l'air monte, plus la pression baisse, il se dilate et se refroidit. L'air refroidi ne peut plus retenir toute sa vapeur d'eau, et l'excédent apparaît sous forme de gouttelettes ou de cristaux de glace. Comme on essore un chiffon mouillé et que l'eau en tombe, la montagne presse littéralement l'humidité hors de l'air.
C'est justement pour cela que l'air, une fois la montagne franchie, est déjà sec : il a laissé tomber son humidité en amont. Si l'autre versant connaît en hiver un ciel dégagé et un vent fort et sec, ce n'est pas parce que les nuages n'y arrivent pas, mais parce que c'est le même vent qui descend après avoir fini de déverser sa neige. Un seul et même vent apporte la neige d'un côté et le beau temps de l'autre.
Pour un vent froid de même intensité, plus la surface de la mer est chaude une année donnée, plus l'air peut capter de vapeur d'eau. La température de la mer du Japon varie d'une année à l'autre, et elle est considérée comme l'un des indices importants pour anticiper les chutes de neige hivernales.
Il arrive que des vents ayant contourné les hautes montagnes du continent se rencontrent au-dessus de la mer du Japon et que les nuages se regroupent en une seule bande. On appelle ce phénomène la zone de convergence des masses d'air polaire de la mer du Japon ; les régions survolées par cette bande sont connues pour recevoir des accumulations de neige concentrées en peu de temps.
En résumé
La neige du littoral de la mer du Japon n'est pas due au seul froid. Le vent froid, la mer chaude, et la montagne : ce sont ces trois éléments réunis qui produisent des quantités aussi importantes. Si un seul manque, la neige tombe, mais en quantité ordinaire. À l'échelle mondiale, il est rare qu'une plaine aussi habitée accumule autant de neige.
Ce n'est pas le froid qui fabrique la neige.
C'est l'eau que le vent froid a empruntée à une mer chaude.
La raison pour laquelle les cristaux de neige sont hexagonaux est expliquée dans Pourquoi les flocons de neige sont-ils hexagonaux ?, et pourquoi la glace est transparente alors que la neige paraît blanche dans La glace est transparente, alors pourquoi la neige paraît-elle blanche ?. Le mécanisme par lequel l'air qui heurte une montagne change le temps est aussi abordé dans Pourquoi le temps en montagne change-t-il si brusquement ?.
- Comparez une carte météo hivernale et des images satellite de nuages, à la télévision ou sur le web. Cherchez un jour où les nuages ne s'alignent que d'un seul côté de l'archipel, en longues traînées.
- Comparez, le même jour, la météo et la température de deux villes situées de part et d'autre d'une montagne. Vous constaterez que la température varie peu, alors que les quantités de neige sont radicalement différentes.
- Tenez un verre froid au-dessus d'une bassine d'eau chaude. La vapeur d'eau qui s'élève de la surface se change en gouttelettes sur la surface froide. Vous venez de reproduire sur votre table le tout début de la formation des nuages au-dessus de la mer.
Si vous utilisez de l'eau chaude, faites attention aux brûlures et faites-vous accompagner d'un adulte.
Pour aller plus loin ― vocabulaire, formules et liens avec les manuelsDu niveau collège au niveau universitaire spécialisé, le niveau de chaque partie est indiqué
- CollègeProgramme de sciences du collège
- LycéeProgramme de « sciences de la Terre, niveau de base » au lycée
- Lycée+Contenu avancé du lycée, ou traité en encadré dans les manuels
- UniversitéContenu non vu au lycée, relevant d'une matière universitaire spécialisée (météorologie)
- RechercheSujet qui n'est même pas encore enseigné à l'université comme « établi » : des chercheurs l'étudient encore aujourd'hui
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Vent de mousson : un vent qui souffle dans une direction fixe selon la saison. Autour du Japon, le schéma de base est : du continent vers la mer en hiver, de la mer vers le continent en été.
- Ascension orographique : lorsque le vent heurte un relief tel qu'une montagne et est repoussé vers le haut le long de la pente. C'est l'un des déclencheurs типиques de formation de nuages, de pluie et de neige.
- Nuages en bandes : longues traînées de nuages alignées qui se forment au-dessus d'une surface d'eau chaude, quand l'air se brasse verticalement en formant des files.
- Zone de convergence des masses d'air polaire de la mer du Japon : expression désignant l'endroit où des courants d'air froid se rencontrent au-dessus de la mer du Japon et où les nuages de neige se rassemblent en bande.
CollègeLycéeVérification par le calcul : combien de temps le vent reste-t-il au-dessus de la mer ?
Vérifions par les chiffres l'affirmation selon laquelle « le vent capte de la vapeur d'eau pendant plus d'une demi-journée ». Nous n'utilisons que trois symboles : la distance (en mètres), la vitesse (en mètres par seconde) et le temps (en secondes). Le mètre par seconde est l'unité qui indique combien de mètres sont parcourus en une seconde.
| En symboles | t = L ÷ v ／ ΔT = Γ × Δz |
| En mots | Temps passé au-dessus de la mer = distance traversée sur la mer ÷ vitesse du vent. Baisse de température en montagne = refroidissement par 100 m × hauteur gravie (en unités de 100 m) |
| D'où vient cette formule | La première est une réécriture de « vitesse = distance ÷ temps ». La seconde est une estimation qui suppose que le taux de refroidissement de l'air qui monte et se dilate (gradient thermique adiabatique) est à peu près constant quelle que soit l'altitude. À l'intérieur d'un nuage, la libération de chaleur latente fait que ce taux vaut environ la moitié de celui de l'air sec. |
| Distance approximative entre le continent et l'archipel japonais | environ 800000 m (800 km) |
| Vitesse approximative du vent de mousson hivernal | environ 15 m/s |
| Hauteur approximative de l'ascension en franchissant la montagne | environ 2000 m |
| Refroidissement de l'air ascendant dans les nuages | environ 0,5 °C par 100 m, selon les estimations |
| Nombre de secondes pour traverser la mer | 800000 ÷ 15 ≒ 53000 |
| Conversion des secondes en heures | 53000 ÷ 3600 ≒ 15 |
| 2000 m représente combien de fois 100 m ? | 2000 ÷ 100 = 20 |
| Baisse de température en montant la montagne | 20 × 0,5 = 10 |
Le vent voyage donc environ 15 heures, soit plus d'une demi-journée, au-dessus de la surface chaude. Et pendant la courte ascension de la montagne, l'air se refroidit d'environ 10 °C. L'humidité accumulée sur un long trajet est expulsée d'un coup lors d'une ascension pourtant brève. Voilà pourquoi la neige se concentre juste avant les montagnes.
LycéeLycée+Pourquoi le refroidissement se produit-il en montant ?
LycéePlus l'air monte, plus la pression environnante baisse, et il se dilate. En se dilatant, l'air fournit un travail en repoussant ce qui l'entoure. Comme il ne reçoit pas de chaleur de l'extérieur pour compenser ce travail, son énergie interne diminue d'autant, et sa température baisse. Cette transformation qui se produit sans échange de chaleur est appelée détente adiabatique.
Lycée+Cependant, le refroidissement de l'air dans lequel se forment des nuages est plus modéré. Quand la vapeur d'eau se transforme en gouttelettes ou en glace, la chaleur libérée lors de ce changement d'état est restituée à l'environnement. Cette chaleur est appelée chaleur latente, et elle réchauffe de l'intérieur l'air ascendant. Alors que l'air sec se refroidit d'environ 1 °C tous les 100 m, dans un nuage ce taux tombe à environ la moitié. Grâce à cet apport de chaleur latente, l'air conserve plus facilement sa légèreté et l'ascension se prolonge.
UniversitéComment la chaleur passe-t-elle de la mer à l'atmosphère ?
En météorologie universitaire, ce transfert est traité comme un flux de chaleur à la surface de la mer. On distingue en général une part transmise directement par la différence de température, et une part transportée sous forme de chaleur par la vapeur d'eau évaporée. En hiver, au-dessus de la mer du Japon, l'écart de température entre la surface et l'air est important et le vent est fort, si bien que ce flux est considéré comme l'un des plus importants au monde pour une mer de cette taille. La structure dans laquelle l'air réchauffé forme de longues files en se brassant verticalement est par ailleurs étudiée comme une forme de convection de la couche limite atmosphérique ; on sait que l'espacement et l'orientation des nuages alignés sont liés à l'épaisseur de la couche et aux variations du vent. Les deux formes de chaleur transmises de la mer vers l'air sont appelées flux de chaleur sensible et flux de chaleur latente, et sont estimées par la méthode bulk, à partir de la vitesse du vent et des écarts de température et d'humidité. Par ailleurs, la bande formée par la rencontre de vents ayant contourné les montagnes de la péninsule coréenne est appelée zone de convergence des masses d'air polaire de la mer du Japon, connue comme cause de fortes chutes de neige localisées.
📖 Pour la démonstration des formules et pour aller plus loin : Wikipédia « Gradient thermique » (en japonais) ／ Wikipédia « Zone de convergence des masses d'air polaire de la mer du Japon » (en japonais)
RechercheCe qui n'est pas encore clairement établi
- Prévoir quand et où la bande de nuages de neige se formera. Les conditions de formation de la bande elle-même sont mieux connues, mais il reste difficile de prédire où se déplacera, dans quelques heures, une bande large de quelques dizaines de kilomètres ; la précision des prévisions de fortes chutes de neige localisées reste un sujet de recherche.
- Ce que deviendront les chutes de neige avec le réchauffement climatique. On pense que la hausse des températures devrait réduire la neige, mais plus la surface de la mer se réchauffe, plus l'air capte d'humidité. Les résultats varient selon la région et l'altitude, et l'évolution de la quantité et de la fréquence des chutes de neige n'est pas encore établie.
- Comment les cristaux de glace se multiplient à l'intérieur des nuages. Des processus ont été proposés, comme des cristaux qui se brisent en s'entrechoquant, leurs fragments servant de nouveaux noyaux, mais il est difficile de mesurer quel processus domine réellement dans les nuages, ce qui laisse une incertitude dans le calcul des quantités de neige.
Autrement dit, le contenu de cet article aussi relève de « ce que l'on comprend dans l'état actuel des connaissances ». Le mécanisme d'ensemble est bien établi, mais les détails de l'endroit et de la quantité où il neigera restent, aujourd'hui encore, à la pointe de la recherche.
Liens avec les manuels (par niveau)
| Niveau | Matière / unité | Passage correspondant de l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences, domaine 2 « Le temps et ses variations » | Vent de mousson, formation de la vapeur d'eau et des nuages |
| Lycée | Sciences de la Terre de base « Atmosphère et océan » | Ascension et refroidissement de l'air heurtant une montagne |
| Lycée+ | Physique de base, approfondissement « Transformation adiabatique » | Pourquoi la dilatation refroidit, effet de la chaleur latente |
| Université | Météorologie, couche limite atmosphérique | Transfert de chaleur depuis la surface de la mer, convection en files |
| Recherche | Prévision des chutes de neige, physique des nuages | Prévision de la bande de nuages de neige, processus de multiplication des cristaux de glace |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Pourquoi il ne neige que d'un côté, pourquoi certains hivers doux connaissent quand même de fortes chutes de neige |
- Agence météorologique japonaise, « Terminologie des prévisions ― Zone de convergence des masses d'air polaire de la mer du Japon » (site de l'Agence météorologique japonaise, 気象庁)
- Agence météorologique japonaise, « Tendance à long terme de la température de surface de la mer au voisinage du Japon » (Bilan de santé de l'océan, site de l'Agence météorologique japonaise, 気象庁)
- Yoshimitsu Ogura, Météorologie générale (2ᵉ édition révisée), Presses de l'Université de Tokyo (小倉義光『一般気象学』東京大学出版会)
- Société météorologique du Japon (éd.), Dictionnaire des sciences météorologiques, Tokyo Shoseki (日本気象学会編『気象科学事典』東京書籍)
- Ministère de l'Éducation, de la Culture, des Sports, des Sciences et de la Technologie, Commentaire du programme du collège, matière sciences (domaine 2, « Le temps et ses variations ») (文部科学省『中学校学習指導要領解説 理科編』)
※ Cet article est une vulgarisation scientifique grand public. Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur destinés à faciliter la compréhension du mécanisme. En cas de fortes chutes de neige annoncées, suivez les informations et consignes les plus récentes des organismes officiels, tels que l'Agence météorologique japonaise ou les autorités locales.