(Section 2.4.3)
Dans un environnement stable, les vents forts soufflant perpendiculairement à une barrière (comme une montagne) sont forcés de s’élever sur le côté au vent et de descendre le long des pentes sous le vent. Le courant d’air perturbé commence à osciller en une série de vagues à mesure qu’il se déplace vers l’aval, générant des ondes de montagne.
Si les ondes restent essentiellement stationnaires pendant que l’air les traverse, elles sont appelées ondes stationnaires ou stationnaires non turbulentes (et aussi ondes sous le vent piégées). Lorsque l’air est suffisamment humide, des nuages orographiques peuvent apparaître dans l’air ascendant au niveau des crêtes des vagues (figure 5). Ils se forment le plus souvent au-dessus ou sous le vent des chaînes de montagnes, et restent stationnaires, généralement pendant quelques heures (rarement pendant plus d’une journée).
Pour un observateur au sol, ces nuages se déplacent très lentement, voire pas du tout, bien que le vent au niveau du nuage puisse être fort. Dans certains cas, la vitesse du vent est révélée par des marques dans le nuage, par exemple par des éléments séparés qui se déplacent d’une extrémité à l’autre du nuage. Ces nuages en forme de lenticulaire produits par les vagues de montagne sont une indication de vents forts dans les niveaux moyens stables de l’atmosphère. Ils ne produisent pas de précipitations.
Figure 5. Ondes de montagne
Parfois, ces ondes se propagent sur de longues distances dans des « trains d’ondes sous le vent », de sorte que les effets peuvent également être ressentis à une grande distance. On peut les voir orientées en longues bandes parallèles à la chaîne de montagnes, à intervalles réguliers de plusieurs kilomètres (figure 6).
Sur les images satellites, elles forment un motif de lignes de courant.
Figure 6. Image satellite de trains d’ondes sous le vent (A = alignement de la plage ; B= direction du vent)
Les nuages d’ondes peuvent également apparaître à différents niveaux simultanément. Souvent, un ou un amas de plusieurs nuages lenticularis de forme orographique apparaissent au-dessus de la colline ou de la montagne, parfois légèrement au vent ou sous le vent. L’influence orographique sur l’écoulement de l’air peut être importante à des niveaux dépassant plusieurs fois les niveaux des pics ou des crêtes, atteignant même la stratosphère (figure 7).
Figure 7. Ondes lee piégées
Dans les larges crêtes montagneuses, lorsqu’il y a une grande stabilité atmosphérique par une profondeur d’atmosphère et un cisaillement du vent marqué au-dessus du sommet de la montagne, des ondes à propagation verticale pourraient se produire où l’énergie se propage vers le haut. Ces ondes sont appelées ondes sous le vent non piégées et les nuages cirriformes formés sous l’influence de l’orographie (figure 8) indiquent la présence de turbulences près du sommet de la troposphère. Parfois, les sommets des ondes peuvent s’étendre au-delà du haut niveau dans la stratosphère.
Figure 8. Onde se propageant verticalement
Lorsqu’il y a un espace clair (espace de foehn) entre la colline et le nuage, la turbulence est susceptible d’être sévère. Là où il n’y a pas d’espace clair entre la colline et le nuage, alors toute turbulence est susceptible d’être faible.
Bien que la preuve des nuages devienne une signature du mouvement de l’air et de la turbulence, cela se produit parfois sans indicateurs visuels. La turbulence d’air clair se produit souvent près de la tropopause en raison des ondes qui se propagent verticalement dans des conditions sèches.
À certains moments, l’amplitude des ondes de montagne peut atteindre des valeurs élevées, et l’énergie des ondes se propage vers le bas immédiatement au vent de la crête, produisant des événements météorologiques importants tels que des vagues déferlantes, des turbulences fortes à extrêmes, des rotors et des tempêtes de vent descendantes dommageables sur le côté sous le vent d’une barrière montagneuse.
Sous le nuage d’ondes sous le vent, dans les couches inférieures, un grand tourbillon à axe horizontal peut se former (figure 9). Si l’air ascendant de ce grand tourbillon stationnaire se refroidit suffisamment, une barre nuageuse appelée « nuage rotor » (roll cloud) peut apparaître dans la partie supérieure. Les nuages de rotor ou de rouleau sont indicatifs d’une zone de fortes turbulences à la surface de la Terre ou à proximité, avec des vents de surface de direction et/ou de vitesse très variables, présentant ainsi un danger pour l’aviation.
Figure 9. Nuage de rotor