Vitesses du vent et pressions de l’air

La mesure de la vitesse du vent peut être obtenue par photogrammétrie (mesures à partir de photographies) et par des techniques de télédétection utilisant l’effet Doppler. Ces deux techniques sont complémentaires. Ils fournissent des informations sur la vitesse du vent des tornades en suivant les objets dans et autour du noyau (l’hypothèse étant que les objets se déplacent avec la vitesse de l’air). La photogrammétrie permet de déterminer les vitesses à travers le plan de l’image en analysant les mouvements des paquets de poussière, des morceaux de végétation et des débris de construction enregistrés sur un film ou une bande vidéo, mais elle ne peut pas être utilisée pour déterminer la vitesse du vent vers ou loin de la caméra. D’autre part, grâce au traitement des « échos » électromagnétiques décalés Doppler reçus de gouttes de pluie et de débris éclairés par des impulsions d’ondes radio (radar) ou de lumière (lidar), la vitesse du vent vers ou loin de l’instrument peut être déterminée.

Dans certaines conditions, des vitesses de vent extrêmes peuvent se produire dans la région du coin d’une tornade. Les quelques mesures de vents violents de tornades effectuées à l’aide du radar Doppler et de la photogrammétrie suggèrent que les vitesses de vent tangentielles maximales possibles générées par les tornades sont de l’ordre de 125 à 160 mètres par seconde, ou de 450 à 575 km par heure (environ 410 à 525 pieds par seconde, ou 280 à 360 milles par heure). La plupart des chercheurs pensent que la valeur extrême réelle est proche de l’extrémité inférieure de cette fourchette. En accord avec cette pensée, la mesure effectuée à l’aide d’un radar Doppler mobile de la vitesse du vent la plus rapide jamais mesurée, 318 miles par heure (environ 512 km par heure), dans une tornade qui a frappé la banlieue d’Oklahoma City, Oklahoma, le 3 mai 1999.

Les vitesses tangentielles maximales se produisent dans une région en forme d’anneau qui entoure l’extrémité du noyau du vortex centrée de 30 à 50 mètres (100 à 160 pieds) au-dessus du sol. (Par conséquent, ils ont tendance à être un peu plus élevés que les vents causant des dommages à la surface.) Les vitesses verticales de l’air s’élevant comme un jet central à travers le trou de l’anneau peuvent atteindre 80 mètres par seconde, ou 300 km par heure (environ 250 pieds par seconde, ou 170 miles par heure). On estime que les vitesses radiales de l’air s’écoulant de la région d’entrée vers la région du coin (qui alimente le jet central) atteignent 50 mètres par seconde, ou 180 km par heure (environ 160 pieds par seconde, ou 110 milles par heure). Étant donné que l’organisation du flux d’air varie considérablement avec l’intensité de la tornade, les vitesses verticales et radiales extrêmes peuvent ne pas se produire en même temps que les vitesses tangentielles extrêmes.

Ces vitesses extrêmes sont les vents les plus forts connus près de la surface de la Terre. En réalité, ils se produisent sur une très petite partie du noyau de la tornade près du sol. Leur occurrence réelle est rare et, lorsqu’elles se produisent, elles ne durent généralement que très peu de temps time.In presque toutes les tornades (environ 98%), la vitesse maximale du vent atteinte est bien inférieure à ces vitesses maximales possibles.

Bien qu’il n’y ait pas eu de mesures directes de la pression atmosphérique dans les tornades, quelques mesures ont été prises lorsque des tornades sont passées près des stations météorologiques avec des barographes (instruments qui enregistrent la pression atmosphérique au fil du temps). Les données de ces incidents, ainsi que les mesures effectuées dans des tourbillons de laboratoire, permettent de construire des modèles mathématiques décrivant la distribution de la pression de surface sous les tornades. Ces modèles, combinés à des informations sur les vents des tornades, sont utilisés pour extrapoler quelle était la pression atmosphérique la plus probable au centre d’une tornade donnée.

Ces extrapolations indiquent qu’une région de faible pression de surface est centrée sous le noyau de la tornade. La superficie de cette région est relativement petite par rapport à celle de l’anneau de vents à grande vitesse qui l’entoure. Même pour les tornades violentes, la réduction de la pression de surface dans cette zone (par rapport à la pression de surface dans l’atmosphère environnante) ne dépasse probablement pas 100 hectopascals (soit environ 10% de la pression atmosphérique standard au niveau de la mer). Dans la plupart des tornades, la réduction de la pression de surface centrale n’est pas si grande.

On pense que la pression atmosphérique la plus basse dans une tornade se trouve au centre du noyau à quelques dizaines à quelques centaines de mètres au-dessus de la surface, bien que l’ampleur de la réduction de pression soit inconnue. Dans les tornades violentes, cette différence de pression semble suffisante pour induire un écoulement descendant central.