Soulèvement orographique

Formation d'un dôme froid quand l'air en soulèvement ne peut atteindre le sommet de l'obstacle. L'air est alors forcé au-dessus du dôme et formation d'un courant-jet de bas niveau

Supposons de l'air stable (stratifié avec une température potentielle équivalente augmentant avec l'altitude) et un écoulement laminaire où le vent augmente avec l'altitude. L'air en mouvement près du sol suit les contours du terrain. Lorsqu'il rencontre un obstacle, il doit remonter sa pente et il diminue de température selon la loi de Laplace. C'est la composante perpendiculaire à l'obstacle qui définit le taux de montée, moins la friction de la couche près du sol. La vitesse du vent en surface le long de la pente diminue donc graduellement avec l'altitude de la même manière qu'une bille ayant une vitesse initiale « X » ralentit en remontant un plan incliné.

Cependant, la couche d'air au-dessus de la première est plus chaude que l'air soulevé, en cas de masse d'air stable, et constitue un blocage au mouvement vertical le long de la pente. Ceci limite l'altitude que l'air de surface peut atteindre sur la pente de l'obstacle[1] :

• Si la vitesse des vents de surface n'est pas suffisante pour vaincre ce blocage, le soulèvement orographique n'atteindra pas le sommet. Une partie de l'air redescendra la pente ce qui s'ajoutera à la résistance à la montée de parcelle d'air subséquentes, déplaçant en amont de l'obstacle le soulèvement orographique et causant un blocage d'air froid. L'air de surface qui a été ralentit en montant est également sujet aux différences de pression le long de l'axe parallèle à l'obstacle. Son mouvement ira alors dans un axe des hautes vers les basses pressions et générera un courant-jet de bas niveau le long de cet axe, dit courant-jet de barrière.
• Si la vitesse est suffisante, l'air atteindra le sommet et redescendra sur la pente en aval.

On peut déterminer en général si la circulation d'air peut atteindre le sommet en calculant l'énergie cinétique des vents et l'énergie potentielle que doit vaincre la masse d'air. Le nombre de Froude est un rapport de ces deux quantités et doit être plus grand que 1 pour mener à un dépassement du sommet. Cependant, en général il faut qu'il soit de plus de 1,5 à cause de la friction.

Si l'air est instable, le changement de température de la parcelle soulevée est plus lent que celui de l'environnement. On a alors une situation où la température de la parcelle est plus chaude que l'air qui l'entoure et donc moins dense. Elle subit une poussée d'Archimède vers le haut et entre en convection. Si l'air est conditionnellement instable, la structure de température est stable entre la surface et une certaine altitude, puis instable, le niveau de convection libre (NCL). Dans ce cas, on a une situation hybride : selon la force des vents de surface on aura une situation similaire à celle d'air stable ou instable, selon la hauteur atteinte[2].