H.W.BRANDES

Capte synoptique du 6 Mars 1783.

les observations comme strictement comparables, parce qu'il n'est pas permis de les considérer comme exactement synchrones,

il nous semble qu'on peut déiUiifi^ des observations lus i^.siiltals suivants en partie très étonnants.

I) t^i région sur lutjuene Le (3 murs aprca-nndî. La pression lia ihhh étriqué ftit la plus basse, 17 lignes de Par. au-dessous de la hauteur ninyeime, s étend de Franekcr et Aiiifitenlam vers les côtes sud de l'Angleleriv. et sans aucun doute très peu au nord de Mîddiebourg et Duukerque. IMus au noi'd de eette région il faut que la pression ait été plus haute, ear à Lyndon, en Angleteri'c, elle n était ï(ue ilï U au-dessous de la moyenne. Oj! même éeart de — lit on le ti"OUve au sud de Middlehourg et de Dunkerque et un [jcu au nord de Cambrai et de Laou. Aussi la ligne i*eprésentant — iG fait une t'ourbe aeeentuëe vers le sud et doit ensuite passer au nord de Paris ver*s llouen et le HAvre-de-Grftee, à travers une iH.'gion sur laquelle il nous nuuique tles observation;?- Cette eouriie devient encore plus évidente [mnv la ligne tie — i5. Klle ne peut pas passer à Test de 1 i ru x elles, dont Téearl ne dépasse pas — 14, elle descend vers le S,-K. à Melît et se relève de nouveau vers le N. W. pour passer au nord ilc l'a ris jusqu'à Tenibouchure de la Seine, Sans doute il y eut aux environs de Laon les ntérues i^hangeuienta dans Tatmosphère qu'au-dessus du Canal^ et à eause de eela la pression baroniétri([ue lut la sur une vaste région plus basse qu'on n'aurait pu s'y attendre d'après la inarehe générale des lignes. La ligne passant par les plaees où le baromètre marqua une hauteur de 14 K Par. indique aussi cette eourbe singulière.

» Kn eiret, de St-Malo elle va droit à l'est, passe au nord de Paris et en se tournant vers le S.-E. elle va au nord de Troyes vers PAlsace; ici elle tourac himsquement vers le N, par Mayence et Dftsseldori' pour continuer enfin vers lest jusqu à (îoettingue. La ligne de — i3 pusse a Touest de Paris et de Troyes, au sud de Strasbourg et entre Mannlieîni et Wùi-z* bourg.

» La ligne suivante de — la passe de la rive gauche de la Loire-Inférieure au nord de Dijonj et ensuite par le» environs de Baie, Wiirzbourg et Erfurt. Elle a aussi une courbe distincte en passant de Wùrzbourg à Prague pour retourner de là à Erfurt.

» Cela est conûriné par les observations suivantes. En efiet, la ligne de — ii passe par La Rochelle, Dijon, Monich et au sud de Ratisbonne; de là elle va probablement plus au S.-W. pour continuer à Sagan, puis à Test de Berlin et à Tonest de Copenhague.

» Les observations de Vienne prouvent qu*on doit admettre cette courbe. La ligne de — lo passe tout près, au sud de Dijon, longe la frontière liord de la Suisse pour atteindre Vienne; de là, elle tourne vers le N. et passe enfin au N.-E. de C]Iopenhague. Les lignes suivantes deviennent très irrëgulières. Au Saint-Gothard le baromètre marque 8 i/a 1. Par. au-dessous de la hauteur moyenne, à Padoue — 9 i/^» à Bologne — lo et à Rome — j. Or, il me semble qu'il y avait vers Bologne une région avec une pression plus basse que celle qui régnait en même temps sur les contrées voisines. En admettant cela, il faut que la ligne de — 9 passe par les environs du Saint-Gothard et de Padoue, circonscrive la petite dépression de Bologne pour continuer ensuite à Test de Vienne et (selon M. Reyger) à Fouest de Dantzig.

» Les observations des vents s'accordent très bien avec cela. En effet, le 6 au soir, le vent est S. à Rome, N.-N.-E., à Padoue, W. à Bologne, N.-W. à Marseille. Le vent de S.-E. au Saint- Gothard est une anomalie. Mais les autres vents ont de nouveau tout à fait la direction à laquelle on doit s'attendre. Munich S., Dijon S.-W., Ratisbonne S.-E., Sagan S.-E., Prague W. très faible, Bruxelles et Mannheim S.-S.-E., à Middlebourg il y avait une tempête furieuse du S.-W., et à Franeker un S.-E. violent. Dans FAUemagne centrale, où il y avait une pression plus haute, et au S. et au N.-E. les vents étaient plus faibles, du S.-W. à Dusseldorf et à Goettingue de rW. à Wurzbourg et à Erfurl et de TE. à Berlin.

» J*espère que ces indications suffiront pour provoquer des observations précises à un grand nombre de stations surtout pendant les tempêtes. Si nous avions eu, pour les journées en question, des observations exactes de la pression barométrique, de la direction et de la force du vent des 5o autres stations en Allemagne et en Italie, nous aurions pu tout de suite trancher cette question : la relation entre les hauteurs baro-

>lét. Dvn. — 4.

— no —

métriques et le,s vents, que nos recherches présentes rendent probable, est-elle tout à fait fondée ? Et de plus nous découvririons sans doute plusieurs autres relations intéi'essautes entre la pression harojnëtrique et les tempêtes et la marche des nuages et les averses de pluie.

1» Le 6 mars, le minimum barométrique fut observé plus tôt en France et dans les contrées occidentales que dans celles situées vers TEst.

» A la Rochelle, à Dijon et à Middiebourg ce jour- là, c^est à midi que le baromètre fut le plus bas. A Franeker déjà le minimum fut observé plus tard que dans la province en Hollande, en Suisse, à Marseille, à Munich ainsi qu'à Goettingue et à Berlin le suir. Il fut noté le 7 au matin à Sagan « à Ofen et en Italie; à midi à Copenhague et le soir à Stockholm, n

De cette manière Brandes a discuté les changements de la pi'ession de lair, du vent et de la températui^ presque jour par jour pour toute Tannée i^tïS. Il a démontré que c est la distribution de la pression barométrique qui détermine constamment lu direction du vent sur chaque point de l'Europe, de sorte que le vent souffle d'une contrée avec haute presaion vers le centre d'un minimum barométrique. Il a i^emarqué (p. i5) que la direction du vent dévie à droite à cause de la rotation de la terre, en sorte qu*un vent du N. devient N.-E., un vent de TW. devient N.-W., etc* En résumé, il a constaté ce que toutes les recherches faites jusqu'ici prouvent presque sans eicceptiun, que les basses pressions extraordinaires sur TA lie magne commencent plutôt à l'ouest qu*à Test, et ' ^^e le centre de la dépression barométrique avance le plus sauvent de r Océan atlantique ou de la Manche vers le N.-E^ ou le S*-E. (p. 373), Enfin il ajoute : « 11 sei^it fort à désirer qu'une académie des sciences vouh^t faire une collection d'observations synchrones sur un gi^nd nombre de stations, et pour qu*elle n*ob tienne pas seulement une masse d'observations inutiles, qu'elle employât ces observations dans le but de résoudre des questions aussi dcfînies que celles que nous avons traitées ici, de cette manière elle organiserait un travail de la plus grande utilité pour la science, »

Dans ses thèses De repentinis^ etc., il a ti^aité de la mOine

manière, dans la première partie, la grande dépression barométi*ique qui a passé de la Manche vers la Norwège du ^^ au a6 décembre i8ai. Cette partie est accompagnée de quatre cartes synoptiques, sur lescpielles les écarts barométriques de la pression normale sont inscrits à chaque station. Il resle seulement à tracer les lignes iso-barométriques. Ue plus, avant de calculer les écarts il a réduit au niveau de la mer toutes les observations barométriques (p. 38). Dans la seconde partie, il traite la dépression du a et du 3 février i8a3. Il arrive toujours au môme résultat : Une dépression barotnétrique produite par une cause inconnue avance de Vouest vers l'est au-dessus de la sur/ace terrestre et l'air souffle en général de tous côtés et constamment vers le centre de dépression pour rétablir Véquilibre. (Indicavi : Procellam ortam esse ex aëre in vacuum irrumpente, aut ad loca aëre rarefacto repleta ruenti, p. 43).

En résumé, Brandes a prouvé : i* que la diiHîction du vent est à chaque moment déterminée par la répai*tition de la pression barométrique, en sorte que Tair est aspiré vers le centi*e d'une dépression avec une déviation à droite de la dii*ection strictement centripétale ; a"* que les dépressions marchent en général de Touest à Test au-dessus de l'Europe, et 3** que c'est à ces variations dans la pression et la direction du vent que sont liés les changements de temps. Enfin, 4° il a proposé Toi^anisation d'un service météorologique pour l'étude des tempêtes.

James Pollard Espj' avait déjà l'ait plusieurs recherches météorologiques, dont il avait publié les résultats dans le « Journal of the Franklin Institute » et dans les publications de TAraerican philosophiçal society de Philadelphier quand il partit pour l'Europe, en i84o, afin de communiquer ses idées aux savants de Londres et de Paris. En septembi'c cette année là il présenta à la British Association un mémoire, et le i5 février 1841 il déposa à la séance de TAcadéude des sciences à Paris une note sur sa théoiie des orages, note écrite en anglais et portant pour titre : Brief ont Une of the theory of Storms. Les membres de la commission. Ara^o, Pouillet et

BMùnet, imX présenté à la séance du i5 mars leur rapport sur les travaux de M. Espj'y relatifs aux Tornades (i). Après sou retour en Amérique, Espj" a publié in extenso ses recherches et ses théories nouvelles dans un volume intitulé : The Philosophj' of StorniSy Boston 1841. Deux ans après, au Ministère de la gueiTe, il fut nommé chef du meteorological Bureau of the War Department. Jusqu*aloi*8 il avait organisé et dirigé le réseau des stations de TÉtat de Pensylvanie comme président de lu commission météorologique de cet État; maintenant il puuvuit poursuivre ses recherches sur une plus vaste échelle. Il Di*ganisfi un service de rapports météorologiques synchroniques pour chatiue jour service qui devait un jour, comme le Signal Sen^ice of the War Department, devenir un des instituts météorologiques les plus importants du monde. Il di*essa des caries synoptiques pour 11 00 jours, dont nous donnons ici un spécimen (voir la carte du 7 avril i85i, pi. 1 hors texte); à chaque station on trouve une flèche indiquant la direction du vent à rheure en question. Une ligne ou courbe rouge est tirée par tous les points qui ont un minimum et une ligne noii*e par ceux qui ont un maximum barométrique à cette même heure, Pour chaque station on dessina la courbe barométrique et ces coui'bes servirent à tracer ces lignes minima et maxima.

Comme directeur du Bureau météorologique, Espj' a publié quatre rapports sur les résultats des travaux du Bureau, accompagnés de nombreuses cartes synoptiques et des diagrammes b a t*on lé triques des différentes stations. Dans ces rapports, surtout dans le 3"»« et le 4°*®» î^ ^ discuté avec soin les cartes et les diagrammes, et il a établi les q3 thèses suivantes qu'il répèle dans chaque rapport et qu'il considère comme les lois empiriques qui serviront de base à la théorie suivante :

ïf 1) Les tempêtes de pluie ou de neige, et même les pluies et les neiges faibles marchent de Touest à Test au-dessus des Etats-Unis pendant novembre, décembre, janvier, février et mars, les seuls mois que nous avons étudiés à cet égard.

nu) Les tempêtes sont accompagnées d'une dépression barométrique le long de la ligne centrale de la tempête.

(]) Comptes Rend. i84it P- 4^4*

Pl. I.

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'^HE WEATttEH

» 3) La ligne centrale d'ane pression ininima est en général d*nne longueur considérable et sa dii*ection est celle du N. au S. ; elle se meut de TW. à Test.

» 4) Cette ligne est souvent droite, mais en général courbée, et alors, le plus souvent, convexe vers TE.

» 5) La vitesse de translation de la ligne est telle, qu'elle va en moyenne du Mississipi au Connecticut en !i4 heures et dans le même temps du Connecticut à St-John, Terre-Neuve, ou à peii près 36 milles par heure.

» 6) Quand le baromètre baisse considérablement dans la partie occidentale de la Nouvelle Angleterre il monte en même temps dans la vallée du Mi.«sissipi et aussi à St-John, et Terre-Neuve.

)) 7) Dans les grandes tempêtes sur une étendue de plusieurs milles carrés le vent souffle .des deux côtés de la ligne centrale dans une direction directe ou oblique vers cette ligne.

» 8) La vitesse du vent est proportionnelle à la rapidité et à la grandeur de la baisse barométrique.

» 9) Dans toutes les grandes et rapides dépressions barométriques il y a beaucoup de pluie et de neige; et toutes les grandes chutes de pluie ou de neige sont accompagnées d*une grande baisse du baromètre, près du centre de la tempête.

» lo) Plusieurs tempêtes ont une longueur grande et inconnue du N. au S., et s'étendent au-dessus de nos stations entre le golfe du Mexique au Sud et les grands lacs au Nord, tandis que leur largeur de TW. à TE. est beaucoup moindre. Par conséquent elles marchent dans une direction normale à leur j^lus grande longueur.

)) II) La plus grande partie des tempêtes commence dans le u far west » au delà de nos stations les plus occidentales ; mais, quelques-unes commencent dans les Etats-Unis.

» la) S'il naît une tempête dans les Etats-Unis la ligne des pressions niinima ne vient pas de Textrême ouest; elle s'établit avec la tempête et marche avec elle vers l'est.

» i3) Près de la ligne des pressions mini ma le vent est en généi*al faible et quelquefois il y règne un calme plat.

» i4) Quand la ligne d'une pression minima passe au-dessus

il* une station vei*s Test, en général le vent commence bientôt à souffler de Touest et le baromètre monte.

)) i5) Il y a en général des vents faibles auprès d'une ligne de pression maxima, et de chaque côté de cette ligne les vents sont irréguliers mais ont une tendance à s'éloigner de cette ligue.

» i6) Les oscillations barométriques sont en général plus grandes dans le nord que dans le sud des Etats-Unis.

)) 17) Elles sont aussi, en généi»al, plus grandes dans les [jiu*ties orientales que dans les parties occidentales des Etats- Unis.

» 18) Dans les contrées boréales des Etats-Unis les grandes tempêtes commencent du N.-E. et finissent du N.-W.

>) 19) Dans les contrées méridionales les tempêtes commenlent du S.-E. et finissent du S.-W.

» no) Pendant le passage d'une tempête le vent passe en général de Test à Touest par le sud, surtout dans les parties méridionales des Etats-Unis.

» ai) La partie boréale d'une tempête marche en général phïs vite vei's l'est que la partie méridionale.

» aa) Pendant la plus- haute pression du jour qui précède une tempête, le ciel est en général clair et la température est ilouce et surtout s'il a régné auparavant un grand froid.

» a3) En général la températui*e subit une baisse considél'iible au passage du centre d'une grande tempête, en sorte qu'il arrive quelquefois, quand une tempête sévit au centre lies Etats-Unis, qu'on trouve à la fois la plus haute température à l'ouest et la plus basse à Test. »

Espjy a étudié aussi un grand nombre de tomados ou Irombes. Ces phénomènes redoutables sont, comme on sait, 1res fréquents dans certaines régions des Etats-Unis. Il a Lr-ouvé que dans ces tornados la ligne de pression minima est r<5duite à un centre unique. Mais le mouvement de Vair eut toujours convergent, soit vers un centre unique si le tornado <st de forme arrondie et d'une étendue restreinte, soit vers une ligne diamétrale, si la tempête est d'une forme allongée et s'étend sur plusieurs centaines de lieues. En observant à une même heure, la force et la direction du vent indiquée

par les arbres renversés (i), les objets mobiles déplacés, enfin les traces imprimées sur le sol, Espjy établit qu'à un même instant, le mouvement de toutes les parties de Tair qui est atteint par le tomado se produit vei*s un espace central, point ou ligne, en sorte que si le vent d*un côté du météore souffle vers Test, il souffle avec la même violence vers Touest de Tautre côté du tornado, et souvent à très peu de distance du premier endroit, tandis qu'au centime il se produit un courant ascendant d*une étonnante rapidité, lequel, après être monté à une prodigieuse hauteur, se déverse de tous côtés jusqu'à une certaine limite. Ce courant ascendant perd sa transpai*ence à une certaine hauteur et devient un vrai nuage. Ce nuage central se reproduit constamment à mesure qu'il est enlevé par le courant rapide du centre. Quand ce météore donne de la grêle ou de la pluie, c'est le refroidissement dû à la dilatation de l'air emporté dans les régions supérieures de l'atmosphère qui condense l'eau ; l'électricité n>st point essentielle au phénomène.

Le déplacement ou la translation ordinairement de l'ouest à l'est du météore doit être attribué, selon Esp}\ aux ^enta qui régnent dans la partie supérieure de Vatmosphère, Il indique que vers la latitude de Philadelphie les nuages très élevés se dirigent presque toujours vers l'est ou dans la même direction que celle dans laquelle se déplacent les tomados et les tempêtes au-dessus de l'Amérique et de l'Europe, tandis que dans les i*égions iutertropicales le météore se déplace vers l'ouest ou le nord-ouest en suivant le courant des alizés. En résumé, ces grands travaux ont fourni à Espy les résultats suivants concernant les tempêtes et les tornados :

i» Le mouvement de l'air vers le centre du météore ;

09 La dépression barométrique dans ce centre ;

3** Le courant central ascendant;

4** La formation d'un nuage à une' certaine hauteur et son déversement circulaire après que ce nuage a atteint une prodigieuse hauteur; déversement accompagné de pluie et de grêles;

(i) < AU (places) exibited ilie sa me phenoinena as to the direction in iwhich the trees were prostrated, ail tyinjç inwards at the sides and forwards in the luidle. » 4 th. Report, p. 17.

5o Le mouvement de déplacement de tout le météore en masse, causé par les courants supérieurs de Tatmosphère.

Esp^ a donné aussi une théorie qui s*appuie sur des faits d'observation. Il dit que ce sont les recherches de Dation sur rhygrométrie qui Font frappé d une manière exceptionnelle. En lisant ses découvertes magnifiques il fut convaincu « qu'on avait trouvé là le levier à Taide duquel le météorologiste serait capable de soulever le monde ! » Or, c'est la vapeur d'eau qui est selon lui la cause principale des mouvements de l'atmosphère. Il pense que si une couche très étendue d'air chaud et humide couvre la surface d'une région de la terre ou de la mer, et que par une cause quelconque, par exemple une moindre densité locale, un courant ascendant se détermine dans cette masse d'air humide; la force ascensionnelle, au lieu de diminuer par l'effet de l'élévation de la colonne soulevée, ne fera que s'accroître avec la hauteur de la colonne, exactement comme si un courant d'hydrogène s'élevait au travers de l'air ordinaire, lequel courant serait poussé vers le haut de l'atmosphère avec une force et une vitesse d'autant plus grandes qu'il aurait une plus grande hauteur. jOn peut encore assimiler cette colonne d'air chaud à celles des cheminées et des tuyaux de poêle, dont le tirage est d'autant plus grand que les tuyaux contenant l'air chaud sont d'une plus forte hauteur. Quelle est donc la cause qui rend le courant ascendant chaud et humide constamment plus léger dans chacune de ses parties, que l'air qui se trouve à la même hauteur que ces diverses portions de la colonne ascendante ? Par des calculs très exacts pour ce temps-là, Esf>y prouve que cette cause est la tempt^rature constamment plus élevée que garde la colonne ascendante, température qui provient de la chaleur fournie par la précipitation partielle de la vapeur mêlée à l'air et qui fait de cette colonne ascendante une vraie colonne d*air chaud, c'est-à-dire de gaz plus léger. Si de cette manière la cause de refiH>idissement, l'expansion est contrebalancée par une cause d'cchauffcmeut, la chaleur fournie par la vapeur qui se précipite, cet air restera constamment plus chaud qu'il n'eût été nécessaire pour atteindre la même température et la même pression que Tair ambiant.

il sera donc constaoïiiient plus léger, et plus la colonne sera élevée, plus la force ascensionnelle sera considérable. Parmi les conséquences que tire Espj- de cette théorie on doit remarquer celle-ci, que jamais un courant d*air descendant ne peut donner du /t*oid, car ce courant s*échaufferait par conipi*ession à mesure qu il descendrait, et à cause de ce fait jamais une chute d'eau ou même un nuage ne peut se former dans le sein d'un courant descendant.

ËnQn, il remarque que si dans les tornados et les trombes Tair est absorbé par la partie inférieure de la colonne et non par les parties supérieures, c'est que la diflerence entre la pression de la colonne chaude et celle de Tair environnant est d'autant plus prononcée qu'on la considère plus bas dans la colonne, qui a une densité moindre mais une élasticité égale, en sorte que dans le cas de l'équilibre, au point le plus bas, cette différence serait précisément la différence totale de toute la colonne chaude à toute la colonne d'air de même hauteur située à l'entour de la première.

Elias Loomis, le célèbre professeur au Yale Collège, à New Haven, qui a tant contribué plus tard au développement de la météorologie dynamique, a écrit dans sa jeunesse trois mémoires du plus haut intérêt. Ce sont :

i") On the Storm which was experienced throughout the United States about the aoth of Uecember i836. Transactions of the amer. Phil. soc. at Philadelphia, i84o. Mardi, ao. V. VII.

QP) On two Storms which were experienced throughout the United States, in the month of Fehruary i84a. i843 May a6. vol. IX. of the same Transactions.

30) On certain Storms in Europe and America, Decemlicr i836. Smithsonian Contributions, 1859.

Dans le premier mémoire il traite les observations à peu près de la même manière qu*Espj\ Il donne les courbes barométriques d'un grand nombre de stations. Ensuite il trace sur une carte, pour toutes les six heures, des lignes passant par tous les points auxquels chaque fois le baromètre fut à son minimum. De cette manière il put déterminer la vitesse de cette « onde » atmosphérique. Comme Espj\ il trouva que la

vitesse de translation fut plus grande au nord (jusqu'à 3^ milles par heure) qu'au sud (17 à 29 milles par heure). De plus il a constaté que les courbes du thermomètre vont en sens inverse de celles du baromètre. Quand le baromètre baisse le thermomètre monte, et au moment môme 011 le baromètre commence à remonter, le thermomètre accuse une baisse rapide de la température. En avant du minimum barométrique il y avait une aire de pluie, dont le bord postérieur fut limité à peu près par la ligne de la pression minima. Enfin, en avant du mininmm le vent était en général du S.-E. et, après son passage, du N.-W. Par conséquent, une tempête consiste en : I. — Une oscillation remarquable du baromètre, IL — Une oscillation inverse du thermomètre,