Des chercheurs apportent un nouvel éclairage sur la formation du brouillard dans les zones montagneuses

Parmi les différents phénomènes météorologiques du monde, le brouillard est peut-être le plus mystérieux, se formant et se dissipant près du sol avec les fluctuations de la température et de l'humidité de l'air qui interagissent avec le terrain lui-même.

Même si le brouillard représente un danger majeur pour la sécurité des transports, les météorologues n'ont pas encore trouvé comment le prévoir avec la précision qu'ils ont obtenue pour les précipitations, le vent et d'autres événements orageux.

En effet, les processus physiques entraînant la formation du brouillard sont extrêmement complexes, selon Zhaoxia Pu, professeur de sciences atmosphériques à l'Université de l'Utah.

“Notre compréhension est limitée. Afin de prévoir avec précision le brouillard, nous devons mieux comprendre le processus qui contrôle la formation du brouillard”, a déclaré Pu, qui a dirigé une étude sur le brouillard dans une vallée du nord de l'Utah.

Dans un article récent publié par l'American Mogenic Society, Pu et ses collègues ont rendu compte des résultats du projet Cold Fog Amongst Complex Terrain (CFACT), conçu pour étudier le cycle de vie du brouillard froid dans les vallées de montagne.

Plusieurs autres membres du Département des sciences atmosphériques de l'Université, dont Gannet Hallar et Sebastian Hoch, ainsi qu'Eric Pardyjak du Département de génie mécanique, un groupe de scientifiques du Centre national de recherche atmosphérique (NCAR), ont également travaillé sur le projet. et le Dr Ismail Gultepe de l'Université technologique de l'Ontario, Canada.

Parce qu'il réduit la visibilité, le brouillard présente de graves dangers pour le public voyageur. Par exemple, le brouillard est la deuxième cause d’accidents d’avion après les vents violents. Cela entraîne des accidents de voiture et perturbe les opérations des ferries.

Entre 1995 et 2004, aux États-Unis, 13 720 personnes sont mortes dans des accidents liés au brouillard.

Améliorer la prévision du brouillard rendrait les voyages plus sûrs, a déclaré Pu.

Aujourd'hui, la plupart des prévisions utilisent un modèle informatique appelé prévision numérique du temps (NWP), qui traite des observations météorologiques massives avec des modèles informatiques pour produire des prévisions sur les précipitations, la température et toutes sortes d'autres éléments météorologiques. Cependant, le modèle informatique actuel ne fonctionne pas bien pour le brouillard, et l'équipe de Pu espère que des améliorations pourront être apportées en utilisant les masses de données recueillies pendant sept semaines au cours de l'hiver 2022 sur plusieurs sites de la vallée de Heber.

“Le brouillard implique de nombreux processus physiques, il nécessite donc un modèle informatique capable de mieux représenter tous ces processus”, a déclaré Pu. “Comme le brouillard est constitué de nuages ​​proches du sol, il nécessite un modèle haute résolution pour le résoudre. Nous avons donc besoin de modèles à une échelle très fine, qui sont très coûteux en termes de calcul. Les modèles actuels (résolution relativement plus grossière) ne sont pas capables de résoudre les processus de brouillard, et nous devons améliorer les modèles pour une meilleure prévision du brouillard.

Située à environ 50 miles au sud-est de Salt Lake City, la vallée Heber est nichée derrière les montagnes Wasatch et encadrée par deux réservoirs majeurs sur la rivière Provo.

Ce bassin pittoresque est une vallée de montagne typique, bordée par le mont Timpanogos et d'autres hauts sommets, les réservoirs servant de source d'humidité. La fenêtre d'étude de sept semaines couvrait la période de l'année où la vallée d'Heber est la plus brumeuse.

Le brouillard de vallée est un parfait exemple de la façon dont la topographie et les processus atmosphériques convergent pour créer un phénomène météorologique distinctif.

Le sol se refroidit pendant la nuit tandis que de l'air plus dense et plus frais descend des sommets des montagnes et s'accumule dans les vallées, dans un phénomène connu sous le nom de « drainage de l'air froid ». Refroidie par le sol, la température de l'air en baisse peut s'approcher du point de rosée, et s'il y a suffisamment d'humidité dans l'air, le brouillard commence à se former, devenant le plus dense au lever du soleil, lorsque les températures de surface sont les plus basses.

Les nuits d'hiver créent des conditions favorables à différentes formes de brouillard, telles que le brouillard de nappe d'air froid, le brouillard éphémère de vallée de montagne et le brouillard de glace radiatif.

Le projet Heber Valley s'est concentré sur le brouillard d'air froid qui se forme à des températures glaciales inférieures à zéro degré Celsius, selon Pu. Cependant, en observant comment ces différents types de brouillard se forment et se dissipent, les chercheurs continuent d'en apprendre davantage sur les conditions météorologiques et les processus physiques régissant la formation du brouillard.

Pour l'étude CFACT, l'équipe du NCAR et de l'U a mis en place deux principales stations de collecte de données, une près du réservoir Deer Creek et une autre à quelques kilomètres en amont de la rivière Provo. Ce sont des points bas de la vallée, à environ 5 450 pieds au-dessus du niveau de la mer, qui connaissent le brouillard le plus dense. Ces sites étaient équipés de tours de 100 pieds pour supporter une gamme d'instruments capturant diverses données météorologiques associées à l'humidité, au vent, à la visibilité, à la température, même à l'épaisseur de la neige et à l'humidité du sol. Les enregistrements ont été réalisés à partir de plates-formes in situ et de télédétection.

De plus, l’équipe a enregistré un nombre moindre de points de données sur neuf sites satellites.

Au cours de la campagne de terrain CFACT de sept semaines, neuf périodes d'observation intensives (IOP), chacune menée sur des périodes de 24 heures, ont produit un ensemble de données comprenant des profils de radiosondage à haute fréquence, des profils de ballons captifs, des profils thermodynamiques et de vent télédétectés, des observations météorologiques de surface. et mesures microphysiques et d'aérosols.

Outre les IOP du brouillard, la variété des IOP sans brouillard a fourni des observations précieuses pour comprendre l'inversion proche de la surface, la formation de cristaux de glace, l'advection et le transport de l'humidité, ainsi que les couches limites stables sur un terrain complexe, qui sont tous des facteurs essentiels liés à la formation du brouillard. Des études approfondies sont en cours pour mieux comprendre le brouillard froid sur des terrains complexes.

L'étude est parue le 15 novembre dans le Bulletin de la Société météorologique américaine. Les chercheurs de l'U impliqués dans l'étude comprenaient Zhaoxia Pu, Sebastian Hoch, A. Gannet Hallar, Rebecca Beal, Geraldo Carrillo-Cardenas, Xin Li et Maria Garcia du Département des sciences atmosphériques et Eric Pardyjak et Alexei Perelet du Département de génie mécanique.