Comment se forment les nuages ? How do clouds form?
1 - Le soulèvement orographique
Quand une masse d’air s’élève le long d’une pente (une colline, un terrain en élévation ou une montagne), elle continue de monter après en avoir atteint le sommet. Ce faisant, elle atteint une zone où la pression est plus basse, donc elle prend de l’expansion et se refroidit. Lorsque sa température atteint le point de rosée, des nuages se forment. Si l’air est relativement sec, il y aura peu ou pas de nuages.
1 - Orographic lift
As a mass of air rises alongside a slope (hill, rising terrain or mountain), it keeps rising when it reaches the top. By doing so, it reaches a region of lower pressure, expands and cools down. Once it cools down enough for the temperature to reach the dew point, clouds will form. If the air is relatively dry, little to no clouds will form.
Si l’air est humide et stable, des nuages cumuliformes de taille moyenne apparaîtront.
If the air is moist and stable, medium-size cumulus clouds will form.
Enfin, si l’air est humide et instable, ce sont de gros nuages d’orage qui se formeront.
Finally, if the air is moist and unstable, bigger thunderstorm types of clouds will form.
2 - Soulèvement frontal
Nous avons déjà évoqué cet agent, et nous en parlerons plus longuement dans le chapitre portant sur les fronts. Pour rappel, le soulèvement frontal se produit lorsque deux masses d’air se rencontrent. Ce soulèvement donnera lieu à différents types de nuages, selon deux scénarios : si c’est la masse d’air chaud qui avance vers la masse d’air froid, l’air chaud s’élèvera au-dessus de l’air froid (avant de refroidir) dans une montée longue et progressive. Comme le refroidissement est lent, les nuages qui en résulteront seront stratiformes.
2 - Frontal lifting
We mentioned frontal lifting previously and will expand on it even further in the chapter dedicated to fronts. As a reminder, frontal lifting happens when two air masses meet each other. Frontal lifting will create different types of clouds based on two situations. If the warm air mass is advancing on the cold air mass, the warm air will rise over the cold air (therefore cooling down). This will be done on a long gradual slope. Because the cooling down in this case is gradual, the type of cloud forming will be the stratus type.
Si, à présent, c’est la masse d’air froid qui avance vers la masse d’air chaud, elle la forcera à s’élever, la montée de l’air sera donc plus brutale. Ce sont par conséquent des nuages cumuliformes qui apparaîtront (provoquant éventuellement des orages).
Now, if the cold air mass is advancing on the warm air mass, it will force it to rise. In this case, the slope is a lot more abrupt. As a result, cumulus types of clouds will form (eventually leading to thunderstorms).
3 - Turbulence
La surface terrestre est recouverte de montagnes, de collines, de canyons et d’autres irrégularités qui ont un effet sur la circulation de l’air, créant des perturbations (appelées dans ce cas « turbulences mécaniques »). L’intensité d’une turbulence dépend de la force du vent ainsi que de l’aspect de la surface et de l’instabilité de l’air. Une turbulence prend la forme de courants ascendants et descendants irréguliers. Quand l’air monte, il refroidit, et s’il est suffisamment chargé en humidité, des nuages se forment au sommet de la couche turbulente. Les couches nuageuses associées aux turbulences sont identifiables grâce à l’aspect ondulé de leur base (dû à ce mouvement ascendant et descendant de l’air). Leur sommet est généralement aplati et, très souvent, il est surmonté d’une inversion empêchant le nuage de se développer verticalement et de devenir un nuage cumuliforme.
4 - Convection
Nous en avons parlé à plusieurs reprises déjà. Quand la surface terrestre est chaude, l’air s’élève, prend de l’expansion et refroidit, jusqu’à atteindre le point de rosée, formant des nuages. Nous avons aussi dit que l’air chaud monte en colonnes (séparées les unes des autres par de l’air froid qui redescend, la subsidence). Les nuages qui se forment au sommet de ces colonnes sont généralement cumuliformes.
3 - Turbulence
Earth’s surface is covered by mountains, hills, canyons and other irregularities. This type of surface affects air circulation, creating turbulent air (in this case referred to as mechanical turbulence). The intensity of the turbulence will depend on the wind strength as well as the roughness of the surface and the instability of the air. The turbulence consists of irregular up and down air current. As the air moves upward, it cools down. When enough moisture is present, clouds will form at the top of the turbulent layer. Cloud layers associated with turbulence are recognizable by their undulating shape at their base (due to this up and down movement of the air). The top of the clouds are usually flat and, very often, an inversion is found above, preventing it from developing vertically and keeping them as stratus type of clouds.
4 - Convection
We've mentioned convection multiple times now. When the earth’s surface is warm, air will rise, expand and cool down. As it cools down, it eventually reaches the dew point and clouds will appear. We also established that warm air rises in columns (separated by cold air descending, the subsidence). Clouds forming at the top of these columns are usually cumulus type of clouds.
Comme nous l’avons vu dans le chapitre sur la stabilité, si l’air environnant est plus froid que l’air ascendant, ce dernier sera instable et continuera de s’élever. Cela poussera le nuage à continuer son développement vertical (et donnera davantage lieu à une météo défavorable). Une fois la stabilité atteinte (donc quand l’air qui monte est plus froid que l’air environnant), les nuages cessent leur développement vertical. Il est important de noter que le processus de convection peut aussi être une conséquence de l’advection (le déplacement horizontal d’une masse d’air froid au-dessus d’une surface plus chaude). Cela signifie que la convection n’a pas lieu uniquement lors du réchauffement diurne, mais aussi la nuit, quand, par exemple, une masse d’air froid qui surmontait la surface terrestre froide passe au-dessus d’une étendue d’eau plus chaude.
5 - Convergence
Ce phénomène a aussi été expliqué précédemment. Quand de l’air convergeant vers une dépression s’accumule en son centre, il est contraint de s’élever. Et comme à chaque fois que l’air s’élève, il prend de l’expansion et refroidit. Si le taux d’humidité est suffisant, il atteint son point de rosée, se condense et forme des nuages.
As we have seen in the stability chapter, as long as the surrounding air is colder than the rising air, it will be unstable and will keep rising. This will lead to further vertical development of the cloud (which is associated with more adverse weather). Once stability is reached (i.e., once the rising air is colder than the surrounding air), clouds will not develop further vertically. It is important to note that the convection process can also be a consequence of advection (which is the horizontal movement of a cold air mass over a warmer surface). This means the convection process is not limited to daytime heating but can also happen at night when, for example, an air mass over the cold earth’s surface moves over a body of warmer water.
5 - Convergence
Convergence was also explained previously. When the air converging in a low-pressure system meets at its centre, it is forced to rise. As happens every time the air rises, it expands and cools down. If enough moisture is present, it will reach its dew point, condensating and forming clouds.