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Lorsque nous avons étudié les cyclones des latitudes moyennes, nous avons un peu parlé du courant-jet, qui est un canal de vents rapides près du sommet de la troposphère. Mais, le jet stream dont nous avons parlé est en réalité le jet stream des latitudes moyennes, qui affecte régulièrement le temps aux latitudes moyennes. Le courant-jet des latitudes moyennes n’est cependant pas le seul courant-jet de la Terre !
Dans notre discussion sur les anticyclones subtropicaux, nous avons ignoré la rotation de la Terre et la force de Coriolis lorsque nous avons parlé du flux de haute altitude, vers le pôle, dans la cellule de Hadley. En raison de la rotation de notre planète, l’air ne s’écoule pas directement vers les pôles à haute altitude. En effet, il emprunte un chemin beaucoup plus tourbillonnant. Lorsque l’air s’écoule vers les pôles dans la branche supérieure de la cellule de Hadley, il finit par s’incurver vers l’est (dans l’hémisphère nord). Le résultat final est que les paquets d’air dans les branches supérieures des cellules de Hadley finissent par faire le tour de la terre au cours de leur périple des régions équatoriales aux régions subtropicales. Cette spirale vers les pôles culmine dans le courant-jet subtropical (« STJ », en abrégé) près de 30 degrés de latitude.
Le STJ est en fait l’une des dernières caractéristiques troposphériques majeures à avoir été découvertes par observation humaine directe. Pendant la Seconde Guerre mondiale, des pilotes américains, alors qu’ils volaient vers l’ouest à proximité du Japon et d’autres îles du Pacifique, ont signalé des vitesses au sol nettement inférieures à la vitesse air indiquée par l’avion. Voler à des vitesses très faibles par rapport au sol ne pouvait signifier qu’une seule chose : un sacré vent de face ! Regardez l’image ci-dessous, qui montre les vitesses moyennes à long terme du vent (en mètres par seconde) et les directions près de 40 000 pieds au-dessus de l’Asie et de l’ouest de l’océan Pacifique pendant l’hiver météorologique (décembre, janvier et février). L’étroit ruban de vents rapides près de la latitude 30 degrés marque la position moyenne du STJ. Même si les pilotes ne pouvaient guère progresser dans certaines de leurs missions, ils avaient fait une découverte majeure !
En fait, le STJ est plus fort sur la région du Pacifique occidental, en moyenne, que n’importe quel autre endroit dans le monde. C’est principalement parce que les hautes terres de l’Himalaya et du Tibet interrompent et détournent le flux d’air généralement orienté vers l’ouest dans la haute troposphère. Plus à l’est, les branches d’air déviées se rassemblent et s’accélèrent près du Japon. Pour référence, l’image ci-dessus montre que les vitesses moyennes dans le STJ près du Japon peuvent dépasser 70 mètres par seconde (environ 157 miles par heure) pendant l’hiver météorologique.
Le mécanisme global de maintien du STJ près de 30 degrés de latitude, cependant, est la tendance des parcelles d’air à conserver leur moment angulaire dans les branches supérieures des cellules de Hadley. Rappelons que la conservation du moment cinétique est le concept qui explique pourquoi les patineurs artistiques tournent tellement plus vite lorsqu’ils tirent leurs bras vers l’intérieur (en diminuant leur distance par rapport à l’axe de rotation). À mesure que les parcelles situées dans les branches supérieures des cellules de Hadley spiralent vers le pôle, leur distance par rapport à l’axe de rotation de la terre diminue, ce qui se traduit par des vitesses plus rapides. En théorie, l’air partant du repos (par rapport à la surface de la terre) à haute altitude au-dessus de l’équateur atteindra la latitude 30 degrés avec une vitesse vers l’est de 134 mètres par seconde (environ 260 nœuds, ou 300 mph) en supposant qu’il conserve parfaitement son moment angulaire le long de son parcours.
Mais, en réalité, le STJ n’atteint pas de telles vitesses. C’est parce que les colis ne conservent pas complètement leur moment angulaire. Les grandes montagnes et les cumulonimbus imposants, par exemple, exercent une certaine résistance sur les parcelles d’air qui se déplacent vers le pôle dans les branches supérieures des cellules de Hadley. Indépendamment de ces obstacles et d’autres obstacles à la conservation du moment angulaire, il est juste de dire que les parcelles d’air ont tendance à conserver leur moment angulaire lorsqu’elles se déplacent en spirale vers l’intérieur en direction de l’axe de rotation de la terre, jetant leur moment angulaire « dans le mélange » que nous appelons le STJ.
Donc, pour l’essentiel, le STJ est fondamentalement une conséquence de la conservation du moment angulaire (contrairement au courant-jet des latitudes moyennes, qui doit sa formation aux gradients de température hémisphériques). En gardant à l’esprit l’idée de conservation, j’ajouterai que le taux de rotation de la Terre détermine en grande partie l’emplacement moyen du STJ, car le taux de rotation de la Terre régit en partie l’ampleur de la force de Coriolis. Si le taux de rotation de la terre augmente (ce qui rend la force de Coriolis plus forte), le STJ se développera plus près de l’équateur. Si la rotation de la terre ralentissait, la force de Coriolis serait plus faible, et le STJ se formerait plus loin de l’équateur que 30 degrés de latitude.
Il s’avère que le STJ est plus fort en hiver qu’en été, malgré une plus grande étendue vers le pôle de la branche supérieure de la circulation de Hadley de l’hémisphère d’été. Cela peut sembler étrange, étant donné que le principal mécanisme moteur de la STJ est la tendance des parcelles à conserver leur moment angulaire (ce qui se traduirait par des vitesses plus rapides lorsque la STJ se trouve à des latitudes plus élevées). Alors, pourquoi les colis d’air altiers qui voyagent plus loin vers le pôle en été n’accélèrent-ils pas fortement alors qu’ils spiralent encore plus près de l’axe de rotation de la terre ?
Il s’avère qu’un réchauffement solaire intense sur les masses terrestres de la région subtropicale de l’hémisphère nord bouleverse le château de cartes de la circulation de Hadley. En un mot, il fait essentiellement beaucoup plus chaud à des latitudes proches de 30 degrés nord (principalement sur les terres) que sur les régions équatoriales, inversant ainsi le gradient de température nord-sud typique. Pour confirmer cette observation, consultez les températures moyennes à long terme dans les régions tropicales et subtropicales pour les mois de juin, juillet et août. Étant donné que notre modèle prototype de la cellule de Hadley repose sur l’hypothèse que la ceinture de réchauffement maximal se situe au-dessus des régions équatoriales, il n’est pas surprenant que lorsque cette ceinture se déplace vers les régions subtropicales, notre modèle de la circulation de Hadley idéalisée s’effondre. En conséquence, la force du STJ en prend un coup, et le STJ ne joue pas un rôle aussi important dans la configuration météorologique globale pendant l’été.
Pour voir le changement de la force du STJ entre l’été et l’hiver, comparez les vents moyens près de 40 000 pieds au-dessus de l’Amérique du Nord et des océans adjacents en été et en hiver (ci-dessus). Pour commencer, vous pouvez voir une signature de vents rapides au-dessus du centre et du nord des États-Unis. C’est l’empreinte du courant-jet des latitudes moyennes. Pour marquer le STJ, j’ai utilisé des flèches noires épaisses dans chaque image. En été (image de gauche ci-dessus), il y a deux bandes de vents relativement faibles associées à la position moyenne du STJ d’été. L’une s’étend d’Hawaï vers le sud-ouest des États-Unis et l’autre va du milieu de l’océan Atlantique vers le nord-ouest de l’Afrique. Ces « stries » de vents font pâle figure en comparaison du robuste STJ d’hiver (image de droite ci-dessus).
En hiver, le robuste STJ peut contribuer à des tempêtes hivernales majeures sur les latitudes moyennes. Le STJ est une caractéristique semi-permanente, et rappelons que son emplacement moyen est largement fixé par le taux de rotation de la terre. Cependant, des changements locaux dans les gradients de température et de pression peuvent faire en sorte que certaines parties de la STJ se gonflent un peu plus vers le pôle ou s’affaissent un peu plus vers le sud de temps en temps. Dans l’ensemble, la partie la plus septentrionale du STJ correspond à l’extension la plus méridionale du courant-jet plus nomade des latitudes moyennes. On peut donc supposer sans risque de se tromper que les deux courants-jets interagissent parfois, et parfois le décor peut être planté pour le développement rapide de cyclones de latitude moyenne, en particulier sur la côte atlantique, où les contrastes naturels de température terre-mer constituent des terrains de reproduction favorables.
Une de ces interactions mémorables a donné lieu à la tempête de neige surprise du jour des présidents de 1979 pour Washington, D.C. et les États environnants de l’Atlantique moyen et du Sud-Est. Dans ce cas, le STJ a été attiré vers le nord dans un flux de sud-ouest, devant un fort creux dans le courant-jet des latitudes moyennes (parfois appelé courant-jet « polaire », marqué en bleu). Cette configuration a permis au STJ de servir de catalyseur à la tempête du jour des Présidents de 1979. Plus loin à l’est, au-dessus de l’océan Atlantique, le STJ prend un virage plus à l’est et éventuellement au sud (au large de l’image de droite) alors qu’il commence à revenir vers sa position moyenne.
Dans son sillage, la tempête du jour des Présidents a laissé une neige abondante de la Géorgie à la Pennsylvanie, comme on le voit sur cette image satellite visible de 19Z le 19 février. En effet, de nombreuses tempêtes hivernales majeures dans les latitudes moyennes bénéficient du fait que la STJ est attirée vers le nord comme dans ce cas. Ainsi, alors que les cellules de Hadley contrôlent régulièrement des aspects de la météo tropicale, elles peuvent certainement avoir des impacts sur la météo dans les latitudes moyennes, aussi !
En termes de cellules de Hadley, nous avons maintenant couvert la branche ascendante dans la ZCIT, la branche supérieure (qui culmine dans la STJ), et la branche descendante qui forme les hauts subtropicaux près de 30 degrés de latitude. Ensuite, nous nous intéresserons à la dernière branche de la circulation – les alizés : le flux de surface qui revient vers la ZCIT depuis les régions subtropicales. Lisez la suite!