ABERCROMBY

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météorologique de Londres ses recherches sur les sept formes typiques des isobares, (i) dont nous avons donné plus haut, p. 188, une représentation schématique d'aprôs son traité de météorologie, Weather. Un de ces types, c'est une anse des isobares en forme de V, nommé simplement pur lui *un V». Nous savons que les orages accompagnent souvent ces anses. Abercromby avait trouvé que les bandes de grains les accompagnent aussi et éclatent le long de la vallée, ou thalweg, (Trough) d'un tel »V». Pour le constater de plus près il a discuté de nouveau le célèbre » Grain de TEurydice». (2)

Il a discuté aussi complètement que possible la situation météorologique du 24 mars 1878 et celles des jours précédents en employant tous les documents publiés et aussi tous ceux concernant le grain, qui furent gracieusement mis à sa disposition par Clément Ley, Nous donnons ici PL 56, fig. 2 la carte synoptique du 24 mars à o^ 43"^ du soir. On voit que la dépression sur la Mer du Nord est entourée d'isobares qui forment une anse très marquée, — »un V> — , à travers toute l'Angleterre du NE au SW. Le i^Trough^^ ou thalweg, de cette anse est courbée en faucille. Il constata que ce »V» traversa toute l'Angleterre du NW au SE; Sa vitesse le long des côtes orientales était de 13 miles (21 km.) à l'heure, mais le long des côtes occidentales de 50 miles (80,5 km.) à l'heure. Ainsi la ligne de la plus basse pression tournait comme le rayon d'une roue autour d'un point situé dans les environs du cap Skagen en Danemark. La bande de grain coïncidait avec cette ligne, La longeur de cette bande ou faucille de grain était sur l'Angleterre de plus de 640 km., mais la largeur du grain fort n'était selon Abercromby que de 1,5 — 5 km.

En 1883 M. G, Hinrichs en Amérique a décrit les grains (Squalls) dans l'État Iowa.(3) Ils arrivent souvent dans ce pays pendant une chaleur prolongée avec des vents faibles du S ou du SW. Alors on voit subitement au NW une longue série d'immenses

(i) On certain types of Britîsh Weather. — Quart Journ. of the Roy. Met. Soc. T. IX. p. I.

{f) On the origin and course of the squall which capsized H. M. S. Eurydice. — Quart. Journ. of the Roy. Met. Soc. T. X. 1884. p. 172.

(3) Notes on Cioudf ormes and the Climate of lowa. — Central Station I. W. S., 1883.

Gumulo-Nimbus. Ils s'approchent rapidement amenant un vent violent du NW accompagné d'une forte averse de pluie. Cette tempête ne dure pas longtemps. La bande de Gumulo-Nimbos passe vers le SE et le beau temps revient avec le vent faible du S. Pendant le passage du grain le baromètre monte brusquement un peu et la température baisse considérablement. M. Hinrtchs donne deux cartes avec les isochrones des grains du 31 juillet 1877 et du 2S juin 188 1. Toutes deux font voir que les bandes de grain (sform fronts) étaient courbées en faucille, le bord convexe étant tourné dans la direction vers laquelle marchait le grain c'est à dire vers le SE. Dans les parties où Taverse est la plus forte — généralement au milieu de la bande — elle est ordinairement accompagnée d'orages. —

Le 9 août 1881 un grain violent éclata sur l'Allemagne accompagné d'orages et de coups de vent terribles. Ce phénomène fut étudié avec beaucoup de soin par M. Kôppen,(i) A 8^ du matin une dépression (744) mm. existait sur la Mer du Nord. De là s'étendait un satellite en forme d'anse, ou de »V», qui se déplaça pendant la journée depuis les Pays Bas jusqu'à la frontière de la Russie en s'étendant du Danemark au N jusqu'aux Alpes au S. Quand le »V» avec sa ligne de grain approchait, le baromètre baissait un peu pour remonter brusquement à la manière ordinaire au moment où l'ourr.gan, l'orage et l'averse de pluie ou de grêle éclateront à la fois amenant une baisse considérable et subite de la température. (PI. 57). La ligne de grain passa sur plusieurs stations munies d'enregistreurs dont les courbes barométriques donnaient toujours une baisse faible suivi d'un >crochet d'orage». M. Kôppen a pu au moyen de ces courbes dessiner pour 2^ du soir les variations simultanées de la pression de l'air le long de deux lignes entre la Hollande et la frontière orientale allemande (PI. 55 fig. 4). La PI. 58 donne les isothermes à la même heure. Ija bande noire indique la région sur la quelle sévissent des coups de vent de la force d'un ouragan. C'est la ligne de grain. Sur plusieurs points de cette bande il y avait des orages. La température est très élevée à l'est de la

(I) Der Grewitterstarm vom 9 Augast 1S81. Ann. d. Hydrographie u. marit. Météorologie. 1882.

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ligne de grain. Le long de cette ligne les isothermes sont fortement serrées, indiquant une baisse considérable. A Touest la température reste beacoup plus basse qu'avant le passage du grain. Cette baisse de la température était la plus grande et la plus rapide au points où la grêle était la plus violente. Elle atteignit quelquefois des gradients de température énormes. Ainsi p. ex. à 2^ du soir la température à Neustadt était de + 26^1 et à 39 km. vers Touest à Segeberg de + i4ï6, soit une différence de 1 1 ^,5 pour cette petite distance.

La vitesse moyenne de la ligne de grain de TW à TE était de 16—24 niétres par seconde, (60—90 km. par heure), mais la vitesse du vent dans le grain était de 30 — 40 m. p. séc.

Les recherches les plus importantes sur les grains sont celles qu'a faites se en France M. Durand- Gréville, Il a étudié avec le plus grand soin le grain du 27 août 1890, peut être un des plus violents qui ait jamais sévi sur rEurope.(i)

La PI. 59 hors texte représente diaprés lui la distribution de la pression sur l'Europe occidentale à 9^ du soir. Il a pu utiliser non seulement les observations ordinaires mais aussi 54 barogrammes. De cette manière il a pu tracer les isobares pour chaque miliiroolre. Un centre de basses pressions (moins de 744 mm.) existe alors sur la Mer du Nord. Les isobares, au lieu de présenter une allure régulière, dessinent toutes, au sud du centre, un angle aigu très net, saillant vers le sud, en forme de Y. Les pointes de ces isobares tournées vers le bas se trouvent sur une ligne sinueuse, indiquée en trait interrompus sur la figure, et qui, partant à peu près de l'embouchure de l'Elbe, traverse toute l'Europe centrale en présentant sa convexité vers l'est et se termine aux environs de la chaîne principale des Alpes, un peu à l'est de la vallée de Rhin.

Cette ligne sinueuse est précisément la ligne de grain; en tous ces points le coup de vent caractéristique a débuté exactement à 9^ du soir. La pression de l'air augmente très rapidement à gauche de cette ligne; si donc tout le système des isobares se déplace vers l'est, avec une vitesse à peu près uni- Ci) Les giaiDB et les orages. — AnDales du Buieau centr. météor. de FraDce 1892 T. I.

forme, ane fois qae la ligne de grain aura passé sur un point, le baromètre montera très rapidement et indiquera un crochet d'orage. C'est ce qu'on voit en effet sur tous les tracés des baromètres enregistreurs publiés par M. Durand- Gréville,

La propagation régulière du grain vers l'est est mise nettement en évidence par la Fig. 33 où l'on a représenté les positions successives occupées par la ligne de grain à chaque heure; la ligne de grain à traversé toute l'Europe centrale, de l'Océan Atlantique à la Russie, avec une vitesse moyenne de 18"* par seconde (65 km par heure), ou à peu prés avec la même vitesse que dans le grain du 9 août 1881, étudiée par M. Kôppen. Il est remarquable que la ligne de grain s'arrête au versant septentrional des Alpes et ne se prolonge pas dans la haute Italie; par exemple, les Observatoires de Turin et de Milan n'ont signalé aucun phénomène particulier; l'arrêt de la ligne de grain sur les Alpes est donc un fait positif et ne provient pas simplement d'une lacune dans les observations. Le 28 au matin, la ligne de grain avec la tempête violente se trouvait sur la Baltique, mettant un steamer en grand péril près de Visby (île de Gotland). Dans le courant de la journée du 28, il continuait sa marche, avec un vent si impétueux, qu'il refoulait vers l'Est les eaux du golfe de Finlande et provoquait une forte inondation à Saint- Pétersbourg en arrêtant la cours des eaux de la Neva.

Nous signalerons encore un point; c'est l'existence d'un petit minimum secondaire que la carte des isobares de 9^ du soir montre an nord-ouest de Magdebourg. Ce minimum à escorté la ligne de grain toute la journée. Ce minimum amenait un vent violent au sud de son centre, à Magdebourg et le lendemain matin à Visby, mais au nord du centre, à Hambourg le 27 et à Upsal le 28, les observations du vent mentionnent un calme presque parfait. Du reste, sur le passage de l'étroite portion du thalweg qui relie le centre de la grande dépression avec ce petit minimum secondaire, la vitesse du vent, sans devenir toujours nulle, a partout nettement diminué.

Quant au vent, il soufflait du sud-ouest avant le grain; de l'ouest ou nord-ouest, selon les stations, au moment de la plus grande violence du vent. Il revenait graduellement en arrière après le grain.

Les phénomènes de pluie et d'orage produits par le passage de la. ligne de grain ont beaucoup varié d'un lieu à un autre et sont loin d'avoir été proportionels à la hauteur du ressaut. Les conditions locales, une température élevée et beaucoup d'humidité »la préparation atmosphérique*, signalée depuis 1864 par Marié'Davy , faisant défaut, in n'y a pas d'orage, et le grain seul a continué sa course sous forme de tempête. Cette fois

Fig. 33.

l'orage n'a'^existé nullerpart avant i^ du soir, ni après 9^ 40"^ du soir. Dans cet intervalle de temps, il a sévi sur une large bande, ses isochrones ayant au moins 400 km. de longueur; mais au nord et au sud de cette bande (ombrée sur la Fig. 33) et sur beaucoup de points dans son intérieur, il y a eu seulement du vent de tempête avec ou sans pluie.

Quant aux averses, accompagnant le coup de vent le long de la ligne de grain, leur distribution à été très irrégulière. La

précipifation d'eau à varié de 40 mm. en 40 minutes à 0 aux différentes stations. L'averse est donc bien une suite secondaire du grain, moins secondaire toute/ois et plus fréquente que l'orage.

Or, c'est à Texistonce de ces grains que sont liés les orages de dépression d'été et une partie de ceux d'hiver. (Les orages d'hiver sont en général, comme nous Tavons vu plus haut, des orages orographiques éclatant sur le versant ouest des pentes abruptes des montagnes de TÉcosse où de la Norvège). Dans les stations où Ton observe un orage, celui-ci débute toujours au moment du passage de la ligne du grain. Mais, là encore, les manifestations électriques ne sont que des effete secondaires et non la cause du phénomène; elles ne se montrent que dans certaines régions où les conditions de température et d'humidité sont convenables pour produire une condensation abondante et rapide. Si ces conditions font défaut, on aura seulement un grain sans pluie, ni tonnerre; enfin quand il y a orage, les régions où l'on en observe ne forment q'une fraction assez faible de la surface totale balayée par le grain. On comprend ainsi pourquoi les orages dç dépression sont, en grande majorité, régis par les mêmes lois de périodicité que les orages de chaleur; comme eux, ils se produisent de préférence aux heures les plus chaudes de la journée, présentant les conditions convenables de température et d'humidité pour qu'un orage éclate sur la ligne de grain. L'orage est donc, selon M. Durand- Gréville, une unité très complexe, formée d'éléments qu'on peut ranger en série par ordre de fixité décroissante. Le grain n'est autre chose que cette unité dont on aurait retranché les phénomènes électriques et souvent même la pluie. L'orage est un grain orageux.

Une fois admis que l'orage et le grain sont la même chose, sauf une différence secondaire, — la présence ou l'absence des phénomènes électriques, — on se rendra mieux compte de la réalité. Le grain comblera les lacunes apparentes laissées entre les points frappés par l'orage: pour mieux dire, le grain sera le phénomène continu, auquel s'ajouteront sur des points parfois nombreux, mais isolés, l'averse, la grêle, l'éclair et le tonnerre. Les isochrones de grain serviront d'armature au réseau plus capricieux des isochrones d'orage (isobrontes); souvent, au delà des extrémités de celles-ci, l'observation des instruments enregistreurs

montrera que les isochrones de grain 8*étendent beaucoup plus loin et vont même se i-accorder avec un autre groupe d'isobrontes qu'on aurait pu croire indépendant. De même, dans le sens de la propagation, si une isobronte manque, on ne sera pas tenté d'admettre que la suivante appartient à »une antre dépression orageuse»; on trouvera sûrement, à l'endroit roulu, Tisochrone de grain que Tabsence d'éclairs, de tonnerre et même de pluie aurait jadis laissé inaperçue.

On doit remarquer que Tisochrone de grain et d'orage, sans être ordinairement tout à fait rectiligne (elle a même souvent une certaine forme de faucille avec la convexité du coté vers lequel elle se dirige), est orientée assez exactement vers le centre de la dépression qui la produit, et cela pendant toute la durée de sa propagation: qu'elle fait, par conséquent, partie d'un rayon de ce grand cercle; quelle se propage avec la vitesse même, parfois très grande, parfois presque nulle, du centre de la dépression. Le rayon peut aussi tourner autour du centre de dépression sans que ce dernier marche.

MM. Mohn, Plumadon et d'autres ont signalé la discordance qui existe souvent entre le sens de la propagation et la direction du vent des orages, mais cette discordance s'explique facilement. En effet, si la trajectoire était dirigée vers l'est, pendant que le rayon de grain est dirigé vers le sud, toutes les directions seraient parallèles on perpendiculaires les unes aux autres. Mais, aussitôt que le rayon est oblique à la trajectoire, le vent du grain, qui reste toujours perpendiculaire au rayon, devient oblique à la trajectoire et fait avec elle un certain angle.

L'observation montre du reste qu'une seule et même dépression peut avoir dezix on trois rayons de grains qui passent sur un lien donné à plusieurs heures d'intervalle, chacun éveillant son groupe d'orages et faisant subir à la pression barométrique son ressaut particulier.

Nous avons indiqué plus haut (p. 189) que les >southerly bursters» en Australie sont aussi de vrais grains formés dans les »V» renversés qui séparent souvent les anticyclones qui passent en séries presque continuelles au dessus de ce pay8.(i)

(i) Voir aussi: Durand-Oréville : Les Grains et les Burster d'Australie. — Ano. des Bureau Ceutr. Météor. de France. I. 1895.

Le mécanisme d'un grain est très difficile a étudier et les opinions sur ce qui a lieu pendant le passage d'un grain sont naturellement très divergentes. Évidemment il faut que le baromètre ait une tendance à baisser au dessus d'une partie de la terre fortement échauffée. Si cela a lieu au dessus du continent et, si une dépression existe en même temps sur la Mer^du Nord, on comprend facilement que les isobares devont s'abaisser vers le sud et embrasser la partie surchauffée en forme d'anse. Dans la partie orientale de cette anse il règne des vents chauds du sud ou de Test; dans la partie postérieure au contraire il y a des vents du nord on du NW plus froids. Ainsi le long du thalweg il y a une ligne séparant un atmosphère chaude et humide d'une atmosphère relativement froide. Si la différence de température est assez grande il doit nécessairement s'y développer un gradient dirigé de l'ouest à Test. Mais la chaleur dans la partie antérieure, très grande près du sol surchauffé, diminue rapidemment avec la hauteur. Or, il y a aussi un gradient vertical considérable. iD En effet, quand un grain se développe, la température décroit si vite avec la hauteur que l'équilibre devient instable. L'air chaud et humide forme un courant ascendant probablement incliné en avant, donnant naissance à un Cumulo-Nimbus, surmonté ordinairement d'une couche de faux-Cirrus, formant un éventail incliné en avant, indiquant ainsi la direction du courant ascendant. La hauteur du Cumulo-Nimbus est très variable. Selon les mesures faites en plusieurs observatoires pendant »rannée des nuages*, 1896—97, la hauteur moyenne de sa base était aux différents observatoires 1500 à 2500 m. et de son sommet au nord de l'Europe environ 4000 m , à Trappes près Paris 6000 m. et à Biue Hill près Boston 9000 m. Les hauteurs maxima des sommets atteignaient de 9 à 10 km. et une fois on a trouvé à Elue Hill la hauteur considérable de 13882 m. au dessus du Cumulo- Nimbus, en avant et assez bas, flottent des Fracto- Nimbus, lambeaux de nuages gris, qui sont le premier degré de la condensation. Plus loin sous le Cumulo-Nimbus il y a une zone de vents descendants avec ou sans pluie, soufflant en coups de vents forts

(i) Voir: Kôppen: Der Gewittersturm vom 9 Âugast 1881. — Ann. d, Hydr. and Marit. Meteor. 1882, et K. Assmann: Zar MechaDik des Gewitteis und der Gewittersturm vom 7 August 1898 bei Kôln. — Das Wetter. Sept 1898.

presque perpendiculairement aux isobares. C'est le coup de vent du grain, ordinairement du NW, accompagné d'une hausse rapide du baromètre. Cette descente de lair et l'augmentation corrélative de pression s'expliquent en première ligne par des gradients horizontaux et verticaux indiqués plus haut. Mais il y a d'autres causes qui doivent contribuer à ces phénomènes. M. Mascart dit dans son mémoire cité plus haut, (i) »La cause de ces changements rapides de pression, paraît très simple. Dans les circonstances que j'ai indiquées, l'état hygrométrique de l'air n'est pas très élevé. La pluie qui tombe d'un nuage, traversant un espace non saturé, s'évapore en partie, et cette vapeiir développée sur place donne lieu a un accroissement local de la pression, accroissement très faible en général, mais qui peut dans certaines pluies d'orages, atteindre 2 mm. de mercure. L'influence d'une quantité de vapeur produite brusquement en un point, suffit pour amener une faible variation.»

M. Kôppen a indiqué simultanément (2) une autre cause, c'est V entraînement mécanique de l'air par les gouttes de pluie qui tombent en grande quantité et avec une grande vitesse. »Une pluie de 10 mm.», dit-il, >qui donne 10 kg. sur le m^ et qui tombe d'une hauteur de 700 m. n'arrive pas au sol avec la vitesse de ^ 2X9,8X700= 117 d^-i ^^is seulement avec une vitesse de 10 m. Au lieu d'un travail de 7000 kgm. il n'en reste que (10 X 100): (9,8 X 2) = 504 kgm. Ainsi la pluie a dépensé 6496 kgm., employés principalement a l'augmentation de la vitesse de l'air».

M. Angot s'exprime de la manière suivante: (3) »La descente de l'air dans les grains est probablement en grande partie un effet de réaction lié au mouvement ascendant rapide de l'air à la partie antérieure, mouvement ascendant qui est iîidispensable pour la formation du Cumulo-Nimbus orageux. La condensation de la vapeur d'eau a pour effet de maintenir la colonne d'air ascendant à une température beaucoup plus élevée que s'il n'y avait pas de condensation; malgré la contraction qui devait cor-

(i) Journal de Physi(iue 1879, p. 329—336.

(2) Beitràge zur Kentniss der Boen und Gewitterstùrme. — Ann. d. Hydr. u. Marit. Meteoiol. 1879, p. 324—335.

(3) Alfred Angot: Traité élémentaire de météorologie. Paiis 1899, P- 347»

respondre à la quantité d'eau qui s^est liquifié, le résultat final est une augmentation de volume; cette augmentation de volume se traduit par une compression de l'air au dessous du nuage, ce qui peut expliquer en partie la hausse du baromètre et le coup de vent caractéristique du grain. Quelquefois on observe le coup de vent sur toute la périphérie du nuage orageux; le plus souvent il ne se produit qu'à Tavant, dans le sens même de la propagation du grain; les deux effets s'ajoutent alors, le coup de vent est d'autant plus violent que la vitesse de translation du grain est plus grande.»

Avant et en arrière du grain, la direction du vent suit les lois ordinaires; elle est inclinée sur la droite du gradient (hémisphère nord) et fait un angle assez petit avec les isobares. Au moment 3u grain, au contraire, le vent est presque perpendiculaire aux isobares. La déviation du vent sur le gradient étant produite par la rotation de la terre, on conçoit que cet effet soit moins appréciable sur un coup de vent brusque, de courte durée et qui ne souffle que dans une bande très étroite, de quelqne kilomètres au plus.

Comment expliquer la basse température dans le vent descendant du grain? Quand de l'air descend, il devrait par la compression se réchauffer d'environ i^ pour 100 m. Mais dans le grain l'air descendant est mélangé de gouttes de pluie ou même de grêle qui le refroidissent, à la fois parcequ'elles ont elles — mêmes une basse température et parce qu'elles s'évaporent en fondant. On comprend ainsi la baisse considérable et subite de la température pendant une averse ou une chute de grêle. M. Kôppen a remarqué que l'air descendant rapidement n'est pas saturé complètement de vapeur d'eau, l'humidité relative ne dépassant pas 90®. A cause de cela les gouttelettes les plus petites s'évaporent complètement, tandis que les grosses sont seulement un peu diminuées. Or, les averses orageuses sont composées surtout de grandes gouttes assez espacées. Cela explique qu'une telle averse est ordinairement plus transparente qu'une pluie ordinaire, composée d'un plus grand nombre de gouttes beacoup plus petites, (i)

(i) Der Gewittersturm vora 9 Augast 1881. Ann. d. Hydr. u. Marit Meteorol. 1882, p. 732.

Le plus difficile à constater, c'est ce qui a lieu entre les deux courants ascendant et descendant, surtout quand le vent du grain à une vitesse plus grande que celle de la propagation du grain qui a lieu sensiblement dans la même direction. Nous ignorons la hauteur verticale du vent descendant. Par des cosidérations théoriques M. Kôppen a montré que probablement le gradient horizontal est nul dès la hauteur de 600 m. environ. En tout cas il semble probable que le coup de vent violent du grain a peu de profondeur. A la rencontre du sol et de la couche d'air relativement en repos avant la ligne de grain il se forme des remous qui donnent naissance à ces tourbillons de vent et de poussière que l'on observe le plus souvent juste avant l'orage.

Mais entre les deux courants ascendant et descendant il se produit problement souvent des mouvements tourbillonnaires s'efiectuant tout autour d'un axe sensiblement horizontal. Selon M. Mâller{i) ces tourbillons se forment toujours. Il admet que l'air dans le coup de vent du grain, arrêté par la friction avec le sol et par la résistance de l'air, est successivement soulevé par l'air nouveau qui descend dans le grain se déplaçant dans la même direction. Ainsi, l'air qui est descendu d'une certaine hauteur serait de nouveau soulevé à cette hauteur pour recommencer une nouvelle circulation. Ainsi une masse d air pourrait circuler plusieurs fois en se refroidissant de plus en plus, en descendant de la manière indiquée plus haut, en montant par l'augmentation de volume. Un grain de grêle croîtra continuellement quand il serait mené par ce tourbillon tantôt dans les couches supérieures, oii il serait couvert d'une couche nouvelle d'eau en surfusion, tantôt dans les couches inférieures, où cette couche se transformerait en glace. D semble que cette théorie soit admise généralement en Allemagne, oii l'on considère les grains et les orages comme des tourbillons à axes horizontaux. Cependant, il est difficile à comprendre le système de refroidissement d'une masse qui monte et qui descend. En montant elle se refroidit par détente, en descendant elle ne peut se refroidir qu'en évaporant les grêlons ou la pluie, mais elle doit se saturer très

(i) M. Môller: Untersacbuiig ùber die Lufttemperatar and Laftbewegang in einer Bôe. — Met Zeitschr. Berlin 1884. p. 230.

vite si elle remonte et alors elle retrouve par la condensation sar les grêlons la chaleur qu'elle a perdu en descendant et il n y a aucun refroidissement final.

Quoi qu'il en soit, il est évident qu'on a besoin encore de beaucoup d'observations pour savoir exactement ce qui ce passe actuellement dans l'intérieur de ces phénomènes aussi grandioses que compliqués. Mais ces observations sont très difficiles. Il faut que Ton dispose, dans une région limitée, d'un grand nombre d'instruments enregistreurs; il faut qu'on lance des instruments enregistreurs avec des cerf-volants ou des ballons vers les régions supérieures, ce qui est évidemment très difficile pendant un orage: il faut enfin photographier successivement à peu d'intervalles la formation et les transformations des nuages orageux. Mais la solution de ce problème doit certainement conduire à des résultats du plus grand intérêt pour notre connaissance de la mécanique de l'atmosphère.