Qui décide du jour du premier « vent d'hiver » ?
― Quand les lignes de la carte météo se resserrent, le vent du nord se met à souffler
Un jour de fin d'automne, le journal télévisé annonce : « le premier vent d'hiver a soufflé aujourd'hui ». En réalité, cette annonce répond à des critères bien précis. Et la force du vent peut presque se calculer à partir de « l'écart » entre les lignes tracées sur la carte météo.
Fin octobre. Hier encore, il faisait si doux qu'on pouvait sortir sans veste. Mais ce matin, dès que vous passez la porte, un vent froid vous frappe le visage.
Les feuilles des arbres s'envolent toutes en même temps et roulent sur la route avec un bruit sec. Le ciel est étrangement bleu, et les nuages filent à toute vitesse.
Le soir, le journal télévisé annonce : « aujourd'hui, le premier vent d'hiver a soufflé ». Pourquoi le vent bascule-t-il si brusquement, en un seul jour, vers un souffle hivernal ?
Deux raisons seulement expliquent ce vent du nord
À mesure que l'automne avance, le continent situé au nord-ouest du Japon se refroidit brusquement. L'air froid, plus lourd, s'accumule près du sol et forme une zone de haute pression. Au-dessus de l'océan, à l'est, une dépression se développe en parallèle.
L'air est poussé de la haute vers la basse pression. Plus les lignes de la carte météo (les isobares) sont resserrées, plus la force de poussée est grande. Comme la Terre tourne, le vent est dévié vers le nord.
Le premier jour où ces deux conditions sont réunies, c'est le premier vent d'hiver. En somme, cette annonce signale « le premier jour où la configuration hivernale de pression est en place, et où les lignes sont déjà suffisamment resserrées ».
Le « premier vent d'hiver » répond à des critères précis
Le premier vent d'hiver n'est pas une simple expression saisonnière approximative. À Tokyo, l'Agence météorologique du Japon l'annonce en gros selon les critères suivants : la période va de la mi-octobre à fin novembre ; la carte météo doit présenter la configuration hivernale « haute à l'ouest, basse à l'est » ; et le vent doit souffler de l'ouest-nord-ouest au nord, avec une vitesse maximale d'au moins 8 mètres par seconde.
Dans le Kansaï aussi, l'observatoire météorologique d'Osaka utilise des critères similaires. Mais seules Tokyo et le Kansaï font cette annonce officiellement. Certaines années, aucun jour ne remplit les conditions, et l'hiver arrive sans qu'elle soit jamais prononcée.
« Haute à l'ouest, basse à l'est » désigne une configuration où l'anticyclone est à l'ouest et la dépression à l'est. Sur la carte météo, les isobares s'alignent alors en bandes verticales, du nord au sud. Que ces bandes soient larges ou resserrées : voilà ce qui détermine la force du vent.
Le vent ne souffle pas en ligne droite de la « haute » vers la « basse »
Regardez la figure 1. L'air est poussé de la « haute » pression à gauche vers la « basse » pression à droite, et pourtant la flèche pointe du haut vers le bas, c'est-à-dire du nord vers le sud. C'est dû à la rotation de la Terre. Dans l'hémisphère nord, tout air en mouvement est continuellement dévié vers sa droite.
En altitude, lorsque la force de poussée et la force de déviation s'équilibrent, le vent finit par souffler le long des isobares. On appelle ce vent le « vent géostrophique ». Si les isobares forment des bandes verticales, le vent souffle du nord vers le sud.
Près du sol, le frottement avec les bâtiments et les arbres affaiblit le vent. La force de déviation s'affaiblit alors aussi, et le vent s'incline légèrement vers le côté « basse pression ». C'est ainsi que le vent d'hiver japonais souffle le plus souvent du nord-ouest.
Essayez de déplacer la molette vers la gauche pour resserrer l'écart entre les lignes. Quand l'écart est divisé par deux, la vitesse du vent double. C'est exactement ce que veut dire la météo quand elle annonce : « les isobares sont resserrées, donc le vent est fort ».
Le premier vent d'hiver annonce l'entrée dans l'hiver. À l'inverse, le vent fort qui souffle du sud à la fin de l'hiver s'appelle le « premier vent du printemps » (haru ichiban). Dans les deux cas, il s'agit d'une annonce qui capture le moment précis où la configuration de la carte météo bascule d'une saison à l'autre.
Le jour où souffle le vent d'hiver, le ciel de Tokyo est souvent bien dégagé et sec. Pourtant, ce même vent, en traversant la mer du Japon, se charge d'humidité et provoque pluie ou neige sur le littoral de la mer du Japon. Une fois les montagnes franchies et son humidité déposée, ce vent redescend ensuite vers le littoral du Pacifique.
En résumé
Le premier vent d'hiver est le vent du nord fort qui souffle le premier jour où de l'air froid s'accumule sur le continent et où la configuration « haute à l'ouest, basse à l'est » se met en place. La force du vent dépend de l'écart entre les isobares : si l'écart est divisé par deux, le vent double. En raison de la rotation de la Terre, le vent ne souffle pas en ligne droite de la « haute » vers la « basse » pression, mais arrive du nord.
Le vent d'hiver, c'est le bruit de l'air froid continental qui s'échappe vers la mer.
Plus les bandes verticales de la carte météo sont resserrées, plus ce bruit s'amplifie.
Le mécanisme par lequel ce même vent d'hiver produit de la neige sur le littoral de la mer du Japon est expliqué dans Pourquoi neige-t-il tant sur le littoral de la mer du Japon ?, la force qui dévie le vent est détaillée dans Est-il vrai que les tourbillons de baignoire tournent à l'envers dans l'hémisphère sud ?, et la transformation du vent après le franchissement des montagnes est traitée dans Pourquoi un vent qui a franchi une montagne devient-il soudain chaud ?.
- De fin octobre à fin novembre, observez chaque jour la carte météo des prévisions. Comptez combien d'isobares verticales traversent le Japon.
- Le même jour, recherchez la vitesse maximale du vent dans votre région, par exemple sur le site de l'Agence météorologique du Japon.
- Dressez un tableau pour vérifier si le vent était plus fort les jours où les bandes étaient plus nombreuses. Regardez aussi si le premier vent d'hiver a été annoncé le jour où leur nombre a brusquement augmenté.
Sur une carte météo, les isobares sont en général tracées tous les 4 hectopascals. Plus elles sont nombreuses, plus leur écart est resserré.
Pour en savoir plus ― vocabulaire, formules, lien avec les manuels scolairesDu collège à l'université, le niveau de chaque notion est indiqué clairement
- CollègeNotion vue au collège, en sciences
- LycéeNotion vue au lycée, en « sciences de la Terre »
- Lycée＋Contenu d'approfondissement lycée, ou encadré de manuel
- UniversitéNon vu au lycée : contenu universitaire spécialisé (dynamique de l'atmosphère, géophysique des fluides)
- RechercheNon encore enseigné comme un « acquis établi », même à l'université : sujet en cours d'étude par les chercheurs
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- « Haute à l'ouest, basse à l'est » (seikô tôtei) : configuration de pression typique de l'hiver japonais, avec un anticyclone à l'ouest et une dépression à l'est. On parle aussi de « configuration de type hivernal ».
- Isobare : ligne reliant les points de même pression. Sur les cartes météo japonaises, elle est en général tracée tous les 4 hectopascals.
- Vent de mousson (saisonnier) : vent dont la direction s'inverse selon la saison. Au Japon, il tend à souffler du nord-ouest en hiver et du sud-est en été.
CollègeLycéeVérification par le calcul : de l'écart entre isobares à la vitesse du vent
En supposant que les isobares sont espacées de 200 kilomètres, estimons la vitesse du vent d'hiver. Le lieu considéré est à 35 degrés de latitude nord, autour de Tokyo.
| En notation symbolique | v = ΔP ÷ ( ρ × f × Δn ) avec f = 2 × Ω × sin φ |
| En mots | Vitesse du vent = écart de pression entre isobares ÷ (densité de l'air × effet de la rotation terrestre × écart entre isobares) |
| Origine de la formule | Elle découle de l'équilibre entre la « force due à l'écart de pression » qui pousse l'air, et la « force déviante (force de Coriolis) » due à la rotation de la Terre. Si l'écart est divisé par deux, la vitesse double. |
| Symbole | Signification et unité |
|---|---|
| v | Vitesse du vent en altitude (vent géostrophique). Unité : mètre par seconde |
| ΔP | Écart de pression entre isobares voisines. Unité : pascal |
| ρ | Densité de l'air. Unité : kilogramme par mètre cube |
| Δn | Écart entre isobares. Unité : mètre |
| Ω, φ | Vitesse de rotation de la Terre (en radians par seconde), et la latitude du lieu |
| Écart de pression entre isobares (4 hectopascals) | 400 pascals |
| Écart entre isobares | 200 km (200 000 m) |
| Densité de l'air près du sol | environ 1,2 kg/m³ |
| Vitesse de rotation de la Terre Ω | environ 0,0000729 radian par seconde |
| Sinus de la latitude 35° nord | environ 0,574 |
| Rapport vent au sol / vent en altitude (affaibli par frottement) | sur terre, environ la moitié |
| Le double de la vitesse de rotation | 2 × 0,0000729 = 0,0001458 |
| Multiplié par la latitude, effet de rotation f | 0,0001458 × 0,574 ≒ 0,0000837 |
| Densité × f | 1,2 × 0,0000837 ≒ 0,0001004 |
| Multiplié encore par l'écart entre isobares | 0,0001004 × 200 000 ≒ 20,1 |
| Vitesse du vent en altitude v (vent géostrophique) | 400 ÷ 20,1 ≒ 19,9 m/s |
| Vent au sol (environ la moitié, par frottement) | 19,9 × 0,5 ≒ 10 m/s |
On obtient environ 10 mètres par seconde au sol, ce qui dépasse le seuil de 8 mètres par seconde du premier vent d'hiver. Si l'écart passe à 300 kilomètres, le vent au sol tombe à environ 7 mètres par seconde et n'atteint plus le seuil. Un simple écart de 100 kilomètres dans l'espacement des lignes de la carte météo suffit donc à faire basculer l'annonce ou non.
LycéeLycée＋L'équilibre entre force de poussée et force de déviation
LycéeEn sciences de la Terre, on étudie la « force due au gradient de pression » et la « force déviante (force de Coriolis) » qui agissent sur l'air. Le vent qui souffle le long des isobares lorsque ces deux forces s'équilibrent est le vent géostrophique. Dans l'hémisphère nord, la dépression se trouve toujours à gauche de la direction du vent.
Lycée＋Près du sol, une « force de frottement » s'ajoute, et l'équilibre se fait alors entre trois forces. Le vent s'affaiblit et traverse les isobares en biais, en direction de la dépression. Cet angle de traversée est faible au-dessus de la mer, et plus marqué au-dessus des terres accidentées.
UniversitéApproximation géostrophique et couche limite près du sol
En dynamique de l'atmosphère, à l'université, les vents à grande échelle sont traités par « approximation géostrophique ». Cette approximation est valable lorsque la variation de direction du vent est faible par rapport à l'effet de rotation, c'est-à-dire lorsque le « nombre de Rossby » est petit. Là où les isobares sont courbées, on utilise le « vent de gradient », qui inclut la force centrifuge. La couche proche du sol où le frottement joue un rôle est appelée « couche limite atmosphérique ». La structure dans laquelle la direction du vent se tord progressivement avec l'altitude au sein de cette couche est connue sous le nom de « spirale d'Ekman ».
📖 Pour la dérivation des formules et pour aller plus loin : Vent géostrophique (Wikipédia, en japonais) ／ Force de Coriolis (Wikipédia, en japonais)
RechercheCe qui n'est pas encore bien compris
- Pourquoi le début de la configuration hivernale varie-t-il d'une année à l'autre ? On pense que l'intensité de l'anticyclone continental dépend des courants en altitude au-dessus de l'Arctique, ainsi que de l'état de la température des mers tropicales. Mais il est encore difficile de le prévoir plusieurs semaines à l'avance.
- Le réchauffement climatique va-t-il retarder le premier vent d'hiver ? Si le refroidissement continental s'affaiblit, le début de la configuration hivernale pourrait être retardé. Mais les variations d'une année à l'autre sont importantes, et l'on manque encore de recul pour affirmer une tendance claire.
- Jusqu'où peut-on prévoir le vent en ville ? Entre les immeubles, l'effet du frottement varie énormément d'un endroit à l'autre. Pour une même carte météo, la force du vent peut différer totalement d'une rue à l'autre, et seul un calcul détaillé permet d'en comprendre la raison.
Le contenu de cet article n'est donc lui aussi qu'une « explication dans l'état actuel des connaissances ». La formule du vent géostrophique fonctionne bien à grande échelle, mais le vent réel au sol varie fortement selon le relief et les constructions.
Lien avec les manuels scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / unité | Partie correspondante de l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences, 4e, « Le temps et ses variations », « Le climat du Japon » | Configuration haute à l'ouest/basse à l'est, isobares, vent saisonnier |
| Lycée | Sciences de la Terre (fondamentales et avancées), « Mouvements de l'atmosphère » | Force du gradient de pression et force déviante, vent géostrophique |
| Lycée＋ | Sciences de la Terre (approfondissement) | Vent au sol avec force de frottement |
| Université | Dynamique de l'atmosphère, géophysique des fluides | Approximation géostrophique, nombre de Rossby, spirale d'Ekman |
| Recherche | Prévision saisonnière, changement climatique, météorologie urbaine | Variation annuelle du début de la configuration hivernale, vent en ville |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Estimer la force du vent du lendemain à partir de la densité des bandes verticales sur la carte météo |
- Agence météorologique du Japon (気象庁), explications sur les « phénomènes saisonniers (premier vent d'hiver) », et critères d'annonce des observatoires météorologiques régionaux de Tokyo et d'Osaka
- Kogarashi, le vent d'hiver (Wikipédia, en japonais)
- Vent géostrophique (Wikipédia, en japonais)
- Ogura Yoshimitsu (小倉義光), « Météorologie générale » (一般気象学), Presses de l'Université de Tokyo (東京大学出版会)
- Holton, J. R. "An Introduction to Dynamic Meteorology", Academic Press
※Cet article est une explication scientifique grand public. Les valeurs présentées sont des repères et des estimations destinés à faciliter la compréhension du mécanisme. Les critères d'annonce du premier vent d'hiver dépendent du fonctionnement des observatoires météorologiques et peuvent varier dans le détail. En cas de vent fort, veuillez vérifier les informations de l'Agence météorologique du Japon.