Arcus de type "multicouche" lors d'un orage au-dessus de Enschede (Pays-Bas).

Orage, Garajau, Madère.

Un orage (dérivé à l'aide du suffixe age de l'ancien français ore, signifiant « vent ») est une perturbation atmosphérique d'origine convective associée à un type de nuage particulier : le cumulonimbus. Ce dernier est à forte extension verticale, il engendre des pluies fortes à diluviennes, des décharges électriques de foudre accompagnées de tonnerre. Dans des cas extrêmes, l'orage peut produire des chutes de grêle, des vents très violents et, rarement, des tornades.

Les orages peuvent se produire en toute saison, tant que les conditions d'instabilité et d'humidité de l'air sont présentes. Le plus grand nombre se retrouve sous les tropiques et leur fréquence diminue en allant vers les pôles où ils ne se produisent qu'exceptionnellement. Dans les latitudes moyennes, le nombre varie avec la saison.

Mécanisme de formation

Téphigramme qui montre le chemin de la parcelle d'air convective, température versus pression (ligne rouge), par rapport à l'environnement (en noir). La surface en jaune est égale à son EPCD

Thermodynamique

Comme dans le cas des averses, les orages se forment dans une masse d'air instable lorsqu'il y a une réserve importante de chaleur et d'humidité à bas niveau de la troposphère et d'air plus sec et froid en altitude. Une parcelle d'air plus chaude que l'environnement entre en convection. Tant qu'elle n'est pas saturée, sa température change selon le taux adiabatique sec. À partir de la saturation, la vapeur d'eau contenue dans la parcelle d'air condense selon les lois de la thermodynamique, ce qui relâche de la chaleur latente et son changement de température avec la pression est alors celui appelé le taux pseudo-adiabatique humide. L'accélération ascensionnelle se poursuit, jusqu'à ce que la parcelle arrive à un niveau où sa température égale celle de l'air environnant. Ensuite, elle se met à décélérer et le sommet du nuage est atteint quand la particule atteint une vitesse nulle.

L'Énergie Potentielle de Convection Disponible (EPCD) pour ce type de nuages est plus grande que pour une averse et permet de développer des sommets de nuages qui atteindront une plus grande altitude. Ceci est important car les gouttes qui s'élèvent dans le courant ascendant perdent des électrons par collision comme dans un accélérateur de Van de Graff. Un plus haut sommet permet d'atteindre une température inférieure à -20 °C nécessaire pour donner un grand nombre de cristaux de glace. Ces derniers sont de meilleurs producteurs et transporteurs de charge, ce qui permet une différence de potentiel suffisante entre la base et le sommet du nuage pour dépasser le seuil de claquage de l'air et donner de la foudre.

Hormis les régions équatoriales, la période la plus active va de la fin du printemps au début de l'automne, car c'est à ce moment que l'atmosphère est la plus chaude, humide et instable. Cependant, si l'instabilité est en altitude, elle n'a rien à voir avec la période de l'année, ainsi le passage d'un front froid en hiver dans les latitudes moyennes peut donner des orages.

Déclencheurs

Diagramme montrant les différents types d'orages violents selon leur EPCD et leur cisaillement des vents

L'instabilité potentielle de l'air n'est pas le seul critère, il faut généralement un déclencheur. Par exemple, le passage d'un front froid, d'une onde courte météorologique, ou le réchauffement diurne. Un tel déclencheur peut agir à la surface ou en altitude, ce qui fait que les orages peuvent se développer près du sol ou être basés aux niveaux moyens de l'atmosphère :

Orage de masse d'air

Les orages de masse d'air désignent la convection par réchauffement dans une masse d'air uniforme. Le cisaillement des vents avec l'altitude y est nulle ou faible ce qui donne des orages unicellulaires, généralement isolés. Comme le déplacement des orages de masse d'air dépend uniquement des vents en altitude, s'il ne vente pas, les orages resteront presque stationnaires. Ils peuvent se développer par suite du réchauffement diurne accompagné souvent d'un effet local qui produit une certaine zone de convergence. En effet, même si une masse d'air a des propriétés de température et d'humidité relativement uniformes au plan horizontal, la topographie peut changer localement ces propriétés.

L'effet local peut être une ascendance orographique, un faible creux barométrique ou une brise. Par exemple, l'air près de la surface d'un lac est plus humide qu'à l'intérieur des terres. En conséquence, durant la saison estivale, il n'est pas rare que des orages se forment près d'une rive légèrement en pente et suivent la progression du front de brise. Il peut donc être difficile de prévoir dans quel secteur se formeront les orages, un peu comme prédire où se formera la première bulle dans une chaudron rempli d'eau et mis sur le feu.

Ces orages ont donc comme caractéristiques :

De se former en après-midi ou en début de soirée sur les terres par temps chaud et humide estival. La nuit, lorsque le sol se refroidit, l'air se stabilise dans les couches inférieures et l'activité orageuse cesse ;

De se former près des zones côtières lorsque la masse d'air froid se déplace au-dessus de la surface plus chaude des eaux. Situation qui peut se produire en toute saison et donner par exemple un orage de neige ;

De se former par ascendance orographique si un écoulement d'air instable et humide est soulevé par une chaîne de montagnes dans les brises de montagne. Dans ce cas, ces orages s'alignent le long du côté au vent de la chaîne de montagnes et durent aussi longtemps que l'écoulement d'air les alimente.

Orage frontal

S'il y a présence d'un front, particulièrement un front froid, ce dernier produit une ascendance qui sert à déclencher et organiser la convection. Les orages produits seront frontaux ou préfrontaux selon leur position le long ou à l'avant du front. Parce qu'il y a un cisaillement des vents à l'approche d'un front, les orages pourront être de plusieurs types : multi-cellulaires, supercellulaires, ligne de grain, etc. selon l'instabilité de l'air et la variation des vents avec l'altitude. Comme ces orages sont plus organisés et ont généralement plus d'énergie potentielle de convection disponible (EPCD), ils causeront souvent des phénomènes violents comme de la grêle ou des vents causant des dommages (voir Phénomènes associés).

Orage d'altitude

Dans un système météorologique à grande échelle (dite synoptique), il peut arriver que de l'air froid se retrouve au sol coupant la convection mais qu'en altitude l'air reste instable. Ceci se produit surtout dans l'occlusion d'une dépression à son stade mature ou à l'avant d'un front chaud en instabilité symétrique conditionnelle. Ceci peut aussi se produire par le refroidissement du sommet des nuages durant la nuit. La convection peut aller jusqu'à former des orages dans ces conditions.

Classification

Les orages sont classés en plusieurs catégories selon l'énergie potentielle de convection disponible (EPCD) et le cisaillement du vent avec l'altitude :

orages unicellulaires ;

orages multicellulaires ;

orages supercellulaires ;

système convectif de mésoéchelle dont : ligne de grain ; derecho ; complexe convectif de méso-échelle ; orage en série ou en V.

ligne de grain ;

derecho ;

complexe convectif de méso-échelle ;

orage en série ou en V.

Orage ordinaire et pulsatif

Cycle de vie d'un orage unicellulaire.

L'orage unicellulaire, ou monocellulaire, est le type le plus fréquent, c'est pourquoi il est nommé orage « ordinaire ». Il peut être associé à une forte averse et des rafales de vent. Les pluies ne sont presque jamais torrentielles et les chutes de gros grêlons sont rarissimes. Quand cela se produit, il est question d’orage « pulsatif », car il surgit et se dissipe comme une impulsion soudaine. Dans les régions arides du globe, l'évaporation peut être telle que la pluie n'atteint pas le sol et forme de la virga sous le cumulonimbus.

Le météorologue américain Horace R. Byers est le premier à décrire la dynamique du cycle de vie de ces orages en 1948 à la suite d'un programme d'études in situ du phénomène : la formation dominée par le courant ascendant dans le nuage, l'état mature où un courant descendant se forme près du premier, à la suite de la chute des précipitations, et la dissipation dominée par un courant descendant allant en faiblissant.

L'orage unicellulaire est caractérisé par une faible énergie (EPCD de 500 à 1000 J/kg) avec peu ou pas de changement des vents avec l'altitude. Donc le cycle de vie d’environ 30 à 60 minutes de ces orages est caractérisé par un courant ascendant plus ou moins fort et vertical. Au départ, nous sommes en présence de cumulus mediocris qui fusionnent entre eux pour former un cumulus bourgeonnant (ou cumulus congestus) avec début de précipitations en son sein. Lorsque des cristaux de glace se forment au sommet du nuage, ce congestus devient par définition un cumulonimbus calvus. Apparaissent alors les premiers phénomènes électriques qui caractérisent les orages.

Au stade mature, une enclume se forme au sommet du nuage qui prend alors le nom de cumulonimbus capillatus incus. Cette enclume est provoquée par l'étalement du nuage à la suite de l'inversion de température à la tropopause et de la présence de forts vents à cette altitude. Cependant, le cœur des précipitations dans le nuage, qui se trouve à une grande altitude, commence à être trop pesant pour que le courant ascendant puisse le soutenir. La pluie mêlée de petits grêlons commence alors à redescendre vers le sol, ce qui provoquera bientôt la dissipation.

En effet, ces précipitations descendent dans le courant ascendant et s'évaporent partiellement en refroidissant l'air qui l'entoure. Ce dernier devient alors plus froid que l'environnement, et par poussée négative d'Archimède, accélère vers le sol. Graduellement le courant descendant s'intensifie et supplante le courant ascendant. Après la pluie, l'orage unicellulaire se dissipe rapidement créant une zone plus fraîche autour de lui. Le front de rafales engendré par l'orage peut servir de déclencheur pour d'autres orages en aval.

Orages multicellulaires

Cycle de vie d'un orage multicellulaire.

Lorsque la force et la direction des vents augmentent avec l’altitude de façon linéaire, le courant ascendant de convection n’est plus à la même position que le courant descendant avec les précipitations. Ceci produit un front de rafale qui s’éloigne en arc du cœur de précipitations et repousse la zone d’ascension. Un surplomb de précipitations se forme donc généralement dans le quadrant sud-ouest de la cellule mère dans l’hémisphère nord alors que les vents dominants de surface viennent de cette direction. Comme le front de rafale se dissocie avec le temps de la cellule initiale en formant des cellules filles, le multi-cellulaire forme donc une ligne d'orages à différents stades de développement.

Chaque cellule dure de 30 à 60 minutes mais la ligne orageuse peut durer des heures. La structure radar de ce type d’orage est caractérisée par des surplombs sur la partie sud-ouest d’une ligne de fort échos et ces surplombs semblent se déplacer dans cette direction alors que la ligne se déplace à 30° et 70 % de la vitesse des vents dans la couche où se produisent les orages.

En général, l'EPCD est moyen dans ce type d'orage, soit entre 800 et 1 500 J/kg. Selon l'énergie et l'humidité disponibles, ce type d'orage peut donner des rafales de vents violentes, des pluies diluviennes, de la grêle et, rarement, de brèves tornades. La sévérité de ces effets dépend également de la vitesse de déplacement de la ligne. Par exemple, une ligne se déplaçant lentement pourra donner beaucoup plus de pluie en un endroit alors qu'une passant rapidement accentuera les rafales descendantes.

Orages supercellulaires

Vue conceptuelle d'un supercellulaire

Lorsque le cisaillement des vents tourne avec l’altitude, un renforcement du mouvement vertical sous le courant ascendant et une synchronisation entre le front de rafales descendantes et le courant ascendant peuvent être perçus. De plus, si l'énergie potentielle convective disponible monte au-dessus de 1 500 J/kg, le courant ascendant permettra une très large extension verticale (jusqu'à plus de 15 km).

Ceci donne des cellules orageuses indépendantes en équilibre stable entre l’entrée et la sortie des courants qui leur permettent de vivre très longtemps. Elles peuvent produire de la grosse grêle, des vents destructeurs et des pluies torrentielles. De plus, si un cisaillement horizontal du vent en surface est transformé en tourbillon vertical par le courant ascendant, ces supercellules peuvent produire des tornades si la rotation est accentuée par le courant descendant.

Sur l'image de droite, une représentation d'un tel cumulonimbus qui comprend :

Une enclume se forme à la tropopause qui est une barrière au développement vertical du nuage. Elle s'étend loin de la cellule originale poussée par des vents horizontaux très forts.

Un sommet en dôme stratosphérique, dit sommet protubérant, qui dépasse l'enclume là où le courant ascendant se trouve et indique qu'il est assez fort pour vaincre l'inversion de température à la tropopause.

Des mammatus sous l'enclume, des protubérances nuageuses formées par l'air froid d'altitude descendant par poussée négative d'Archimède dans le nuage. Ils sont signe d'instabilité.

Dans le flanc arrière droit, derrière les précipitations, une tornade sous le nuage-mur (Wall-cloud).

Structure horizontale et verticale d'un orage supercellulaire vu par radar.

Du point de vue radar, il est possible de remarquer une voûte sans échos (dite voûte d'échos faibles) dans une coupe verticale (images ci-contre à droite), là où le fort courant ascendant permet à l'humidité des parcelles d'air en convection de ne se condenser qu'à très haut niveau. Ceci donne sur une coupe horizontale (PPI ou CAPPI) une forme à bas niveau d'écho en crochet (partie de gauche de l'image) à l'image radar et un fort gradient de réflectivité près du crochet. Du point de vue circulation de l'air, les zones en bleu sur la figure de gauche montrent où l'air descend dans ce type de nuage donnant des rafales au sol, les courants descendants de flanc avant et arrière. Dans le flanc arrière, le courant descendant entre en interaction avec le courant ascendant (jaune) et c'est à cet endroit que les tornades peuvent se produire.

Des expériences ont également montré que la densité de coups de foudre à l'intérieur d'un orage supercellulaire donne un trou de foudre dans le courant ascendant et la voûte d'échos faibles.

Types

Cumulonimbus associé à un orage supercellulaire

Il existe quatre types d'orages supercellaires, classés selon l'intensité des précipitations ou leur extension verticale :

Supercellule classique : c'est la forme la plus typique d'une supercellule décrite précédemment.

Mini-supercellule (LT pour Low Topped en anglais) :

caractérisée par une hauteur de tropopause plus faible et généralement une EPCD (Energie Potentielle Convective Disponible) plus modérée. Elles se produisent en général dans des conditions atmosphériques plus froides comme au printemps et à l'automne. Le cisaillement et la présence d'un mésocyclone sont par contre bien présents car le cisaillement des vents est alors plus important. Elles sont aussi appelées micro-supercellules.

Supercellule à faibles précipitations (LP en anglais pour Low Precipitation) :

caractéristique des endroits plus secs comme les Prairies canadiennes et les Grandes Plaines américaines, elles ont une base très haute au-dessus du sol et une grande extension verticale mais leur dimension horizontale est faible. Le taux de précipitations vu au radar, dans le nuage et sous celui-ci, est peu élevé et il est souvent difficile d'y voir une rotation. Toutefois, il peut se produire une chute de gros grêlons qui engendrent peu d'échos radar. La colonne de pluie est séparée de la zone en rotation et de celle de grêle. Ces cellules orageuses peuvent donner tous les éléments violents mentionnés antérieurement mais le plus probable est la grêle.

Supercellule à fortes précipitations (HP pour High Precipitation en anglais) :

elles se forment dans un environnement riche en humidité. Elles sont plus étendues horizontalement, leur base est le plus souvent obscurcie par la pluie et les zones de pluie, grêle et de rotation ne sont souvent pas distingués. Ils donnent surtout des pluies torrentielles, des rafales descendantes et des tornades faibles à modérées, mais sont très dangereuses car les tornades sont dans une supercellule HP noyées dans le cœur des précipitations, ce qui rend la tornade presque invisible. La grêle y est moins probable.

Système convectif de mésoéchelle

Passage d'une ligne de grain en Pennsylvanie aux États-Unis, vue par radar météorologique. Il s'agit de l'un des types de système convectif de méso-échelle.

Un système convectif de méso-échelle (SCM) est un ensemble d'orages qui se répartissent avec le temps, en ligne ou en zones, pour former des entités qui peuvent occuper de plusieurs dizaines à quelques centaines de kilomètres de longueur ou de diamètre (méso-échelle). Ces systèmes météorologiques sont souvent associés avec du temps violent car les orages intenses qui les composent peuvent produire des pluies torrentielles causant des inondations, des vents de plus de 90 km/h et parfois de la grosse grêle. Ces phénomènes, même s'ils ont une durée de vie en général plus limitée que ceux produits par les dépressions synoptiques, affectent quand même de larges zones à cause du déplacement du système.

L’American Meteorological Society spécifie que la dimension horizontale de ces systèmes doit être d'au moins de 100 km et que la convection doit y être intense. Le terme SCM désigne donc une classe plutôt qu'un type particulier d'orages ; classe se composant de : la ligne de grain, le derecho, le grain en arc, le complexe convectif de méso-échelle, les cyclones tropicaux et tout ensemble d'orages plus ou moins organisé.

Lignes de grain et derecho

Vue en coupe verticale et horizontale des précipitations et de la circulation de l'air dans une ligne de grain

Lorsque des orages isolés se rassemblent en une ligne et que cette ligne se déplace avec le vent moyen dans l’atmosphère, il s'agit d'une ligne de grain dont l’extrême est le derecho. Une telle ligne produit un front de rafales qui s’organise en ligne à l’avant de la convection. Il est renforcé par la subsidence du courant-jet des niveaux moyens qui est rabattu vers le sol. En effet, l'entrée de ce dernier dans le nuage y amène de l'air froid et sec de l’environnement ce qui est en équilibre négatif selon la poussée d'Archimède.

La coupe horizontale à travers une telle ligne, dans le haut de l'image, montre donc de forts gradients de réflectivité (taux de précipitations) sur l’avant de la ligne. Sur la partie du bas, il existe une coupe horizontal où des encoches derrière la ligne donne une forme ondulée à celle-ci. Ces encoches sont créées là où le jet assèche les précipitations en descendant. Il y a généralement des reformations d’orages en amont de la ligne principale avec la rafale descendante. La coupe verticale montre que les orages sont suivis d'une zone continue et moins intense associé à des précipitations stratiformes et la position du jet de niveau moyen descendant vers le sol.

Selon l'EPCD et le cisaillement des vents avec l'altitude, une ligne de grain donnera des vents plus ou moins forts le long de la ligne. Ces vents peuvent être dévastateurs. Les pluies diluviennes ne durent que très peu de temps au passage de la ligne mais des quantités importantes peuvent persister dans la partie stratiforme à l'arrière. Les autres phénomènes violents comme la grêle et les tornades sont plus rares.

Complexe convectif de mésoéchelle

Complexe orageux se formant généralement en fin de journée à partir d'orages dispersés. Il atteint son apogée durant la nuit alors qu'il s'organise comme une large zone circulaire. Ils sont définis comme ayant :

Sommet des nuages ayant une température inférieure à -32 °C et une surface d'environ 150 000 km².

Durée de plus de 6 heures.

Rapport entre les diamètres nord-sud et est-ouest doit s'approcher de 1.

Ces systèmes sont fréquents dans les plaines américaines durant l'été. Ils dérivent durant la nuit dans le flux d'altitude et donnent principalement des précipitations intenses causant des inondations sur de larges régions. De la fin avril à octobre 1993, les inondations qui ont sévi tout le long du bassin du fleuve Mississippi, des Grands Lacs à La Nouvelle-Orléans, ont été en grande partie causées par des CCM à répétition durant plusieurs semaines au début de l'été (Inondation du Midwest américain de 1993)

Orages en V ou en série

Échos radar en série, ou train, caractéristique des orages à formation rétrograde. Les flèches donnent la direction de déplacement des orages individuels mais la reformation se produit toujours au bout en bas de la ligne

Les « orages en V », à formation rétrograde ou en série, sont des complexes orageux formés de cellules individuelles qui se reforment plus ou moins au même endroit et dérivent ensuite dans la circulation atmosphérique. Le nom d'orages en V provient du fait que, vus sur les images d'un satellite météorologique, la couverture nuageuse de l'ensemble des orages semble former un V ayant l'orage le plus récent comme apex. Ce type est aussi appelé train d'échos en anglais (Training thunderstorms) car au radar, il ressemble à une série de wagons de train défilant sur des rails.

Les conditions nécessaires à leur formation sont donc une forte instabilité thermique et une zone stationnaire servant à déclencher la convection. Ce déclencheur peut être un front ou d'un creux barométrique stationnaires, ou bien d'une barrière physique causant le soulèvement de l'air localement, comme une chaîne de montagnes.

Comme ils se reforment continuellement au même endroit, les orages à formation rétrograde donnent surtout des pluies diluviennes, causant des inondations, et une très forte activité électrique. Des rafales de vent violent et parfois de la grêle sont possibles mais rarement des tornades. Les orages en V sont parfois associés aux épisodes cévenols en automne au pourtour de la méditerranée.

Phénomènes associés

Sons enregistrés lors d’un orage (pluie et tonnerre)

Les orages sont potentiellement dangereux, car ils sont le lieu d'importants mouvements verticaux, de foudre, de vents forts et de précipitations de différents types. Leur apparition est très rapide et peut prendre par surprise les animaux et les humains.

Foudre

Même l'orage le plus bénin comporte par définition de la foudre. Celle-ci est une décharge électrique à travers l'air entre une partie du nuage et un autre ou le sol. Cette décharge se fait sous une haute tension, crée un plasma et cause des dégâts si elle passe à travers un objet. Lorsque la foudre va du nuage vers le sol, elle emprunte le chemin le plus court et frappe donc généralement le point le plus élevé de ce dernier. Lorsque foudroyé, un arbre, une maison ou un humain sera soumis à ce courant intense qui causera des dommages importants et souvent la mort.

Les accidents liés à la foudre sont rares avec les avions et les planeurs. Bien qu'ils puissent être frappés, ils constituent une cage de Faraday qui isole leurs occupants. Le courant suit donc l'extérieur de la carlingue et continue vers le sol ou un autre nuage. La même chose peut être dite d'une automobile frappée par la foudre mais pas d'une motocyclette, puisque l'occupant dans ce cas est exposé aux éléments et que l'arc électrique peut passer par son corps puis continuer vers le sol à travers l'air humide. La foudre provoque également du bruit radio qui peut perturber la réception des ondes dans de nombreuses applications en aviation, radar et télécommunications.

Grêle

Ce nuage d'orage déverse une colonne de grêle vers le sol

La grêle se forme sous certains orages et peut détruire les cultures, endommager les véhicules et les maisons ainsi que nuire à la circulation. Les avions, planeurs et dirigeables sont très susceptibles d'encourir des dommages lorsqu'ils passent à proximité de ces nuages. En effet, non seulement ils seront frappés dans le nuage mais également à une certaine distance de celui-ci par l'éjection des grêlons. De plus, ces derniers seront souvent plus gros que ceux retrouvés au sol, puisque les appareils volent à un niveau de température où la fonte n'a pas encore eu le temps de réduire les grêlons.

Neige

Il est question d’orage de neige quand de nuage convectif se forme en hiver dans de l'air très instable et donne des précipitations neigeuses accompagnées de manifestations électriques comme le tonnerre et des éclairs. Ce phénomène est relativement rare mais il peut être trouvé dans une masse d'air très froide, et donc polaire, rencontrant des zones plus chaudes et humides. Ces mouvements de masses d'air peuvent créer des courants instables formant des cumulonimbus de faible extension verticale. Les orages de neige sont décrits comme des averses neigeuses accompagnées d'activité électrique suivies du tonnerre. Ces sortes d'orages sont perçus en plein hiver ou pendant les giboulées.

Mouvements verticaux intenses

Il est extrêmement dangereux de voler près ou sous des orages. Les courants ascendants sous les cumulonimbus calvus isolés lors d'orages unicellulaires, sont parfois utilisés à grands risques par les pilotes de planeur. Toutefois, ces nuages qui ont un diamètre de quelques kilomètres, peuvent avoir des courants ascendants de 10 à 15 m/s qui aspirent le planeur au sein du nuage. Si le planeur n'est pas équipé pour le vol aux instruments (IFR), le pilote perd tout repère visuel et le planeur peut se mettre rapidement dans une posture dangereuse. Lors de leur dissipation, l'air devient très stable près des restants du nuage, il n'y a alors plus de courants ascendants et la région devient inutilisable pour les pilotes de planeur.

Certains pilotes de planeurs ont évolué le long de la ligne de cumulonimbus où se produisent des courants ascendants comme le long d'une montagne. Comme une ligne d'orages multicellulaires se déplace, il est impossible de revenir à l'aérodrome de départ sans traverser la ligne d'orages et l'atterrissage dans un champ est périlleux car l'orage produit des rafales descendantes destructrices. Dans certains cas, les planeurs ont pu être retournés et détruits après l'atterrissage dans le champ par la ligne d'orages. Finalement, les orages supercellulaires sont incompatibles avec la pratique du vol à voile à cause des phénomènes extrêmes qui peuvent se produire.

Les avions doivent éviter les orages pour les mêmes raisons. Ceci est particulièrement vrai lors du décollage et de l'atterrissage alors que la vitesse de l'appareil est plus proche de celle de décrochage et qu'une rafale de dos ou une rafale descendante peut faire décrocher l'appareil et il risque de s'écraser du fait de la proximité du sol. En vol, les orages provoquent des turbulences incompatibles avec le transport de passagers, ainsi que des risques de givrage de la cellule et des moteurs. Les avions évitent donc les orages.

Les mouvements verticaux sont également dangereux pour les parachutistes, qui peuvent être aspirés dans le courant ascendant de l'orage. Ils sont non seulement ballottés violemment mais vont se retrouver à des hauteurs où la température est bien en dessous du point de congélation dans une atmosphère remplie d'eau surfondue et de grêlons. Gelures et hypothermie en résultent, et même la mort.

Pluie

La quantité de pluie sous un orage est variable selon son type mais se produit toujours rapidement. Cependant, le relief de la région où il tombe peut influencer l'effet de celle-ci. Dans les zones montagneuses, le ruissellement dans les pentes peut amener des inondations dans la vallée en concentrant les quantités reçues vers une région restreinte. La déforestation et la saturation des sols vont accentuer les effets d'une pluie sous un orage. La pluie peut causer une liquéfaction du sol dans certaines conditions, ce qui donnera des coulées de boue.

En aviation, il existe des exemples d'écrasements sous des orages, dont celui du Vol 358 Air France à Toronto (Canada) en août 2005, où la pluie semble avoir mené également à de l'aquaplanage ce qui lui a fait manquer de freinage et sortir de piste.

Vent et tornade

Certains types d'orages ( généralement les plus violents ) sont associés à de fortes rafales de vents qui peuvent causer des dommages par leur apparition soudaine, le changement de direction du vent ou un réchauffement soudain. Les tornades sont particulièrement dévastatrices mais ne se produisent qu'avec une infime proportion des orages.

Virga

Évaporation des précipitations sous le nuage d'orage.

Un orage à virga, ou orage sec, est un orage dont la base se situe à assez haute altitude et qui surplombe de l'air sec. Il est accompagné de foudre mais les précipitations qui tombent sous le nuage s'évaporent totalement ou presque totalement dans l'air sec sous-jacent. Ces altocumulonimbus se forment le plus souvent dans une couche nuageuse instable en altitude, là où se trouve de l'humidité, au lieu de se développer à partir du sol. C'est pourquoi, ils se produisent le plus souvent en fin de journée, ou la nuit, alors que le sommet des nuages se refroidit par radiation ce qui permet à l'air plus chaud et humide à la base d'être soulevé par la poussée d'Archimède. Ils peuvent également provenir de cumulonimbus formés dans une région chaude et humide en surface mais qui se déplace dans une autre zone sèche.

En général, il s'agit d'orages unicellulaires de faible intensité qui ne durent que peu de temps. Cependant, les précipitations qui s'évaporent sous le nuage refroidissent l'air car l'évaporation nécessite un apport de chaleur aux molécules d'eau. L'air refroidi étant plus dense que l'environnement, il accélère vers le sol et peut causer des rafales descendantes plus ou moins importantes. En descendant, l'air se réchauffe par compression adiabatique et peut donner un coup de chaleur local. Comme ces orages se produisent en régions souvent désertiques (nord du Sahara, Asie Centrale, États-Unis) ou à végétation éparse, les rafales de vents peuvent également causer des tempêtes de sable ou de poussière. La foudre peut aussi déclencher des feux de brousse qui ne peuvent être éteints car aucune pluie n'en tombe. Les orages secs s'accompagnent souvent d'une activité électrique intense, et on peut parler familièrement d'éclairs de chaleur.

Production d'antimatière

Les nuages d'orage peuvent produire des rayons gamma de forte intensité, des faisceaux d'électrons accélérés et même de l'antimatière. Des mesures effectuées en avion dans un nuage ont permis d'observer d'intenses impulsions de rayons gammas d'une énergie de 511 keV qui sont la signature unique de l’annihilation d'un électron et de sa contrepartie d'anti-matière : le positron. Aucun de ces effets n'a reçu à ce jour d'explication satisfaisante.

Climatologie

Carte mondiale avec la fréquence de la foudre

Dans l'image de droite le taux de foudre, indicateur d'orages, est généralement relié à la latitude et à la proximité de l'humidité. Les zones équatoriales montrent la plus grande densité de foudre, particulièrement les zones côtières, car les orages qui produisent la foudre sont générés par une instabilité de l'atmosphère et une humidité de bas niveau qui y sont présentes à l'année. À l'inverse, les latitudes moyennes et les zones polaires n'ont des conditions favorables qu'une partie de l'année.

Naturellement, les conditions à l'échelle synoptique organisent la convection également. Ce n'est pas partout à l'équateur où les conditions sont favorables à la formation des orages. Ainsi, la zone de convergence intertropicale, où convergent les alizés, donne le soulèvement nécessaire pour la formation d'orages assez continuels mais, au nord et au sud de celle-ci, il y a un mouvement descendant de l'air qui dégage le ciel. De la même manière, les eaux des courants marins froids inhibent les orages (ex., la côte ouest de l'Amérique du Nord et du Sud) alors que les eaux chaudes les favorisent (ex., le Gulf Stream où se déplacent les ouragans).

Dans les latitudes moyennes, l'air est plus instable en été alors qu'un maximum de température et d'humidité peut être retrouvé. Cependant, même en hiver les systèmes frontaux amènent en contact des masses d'air froid et chaud, ce qui peut créer les conditions favorables au développement orageux. Finalement, des effets locaux comme le régime de brise côtière, le soulèvement orographique et le réchauffement différentiel vont créer des conditions favorables localement à la convection.

En France

En France métropolitaine, les orages sont des phénomènes météorologiques globalement assez fréquents, principalement l'été, sur l'ensemble du territoire ; certains lieux restant tout de même davantage exposés que d'autres. D'une manière générale, les orages sont souvent recensés sur un axe sud-ouest/nord-est. Les lieux les plus exposées au risque orageux sont les départements pyrénéens, Rhône-Alpes et les massifs montagneux frontaliers ainsi que la Corse. Mais à l'inverse, le risque d'orages est plus faible dans un large quart nord-ouest du pays, notamment en direction de la Bretagne et près de la Manche.

Environnement

Les orages comme d'autres évènements météorologique (inondation, tempête, sécheresses) contribuent au lessivages et/ou à la remise en suspension d'aérosols ou à l'érosion de sols ou sédiments pollués, et donc a des transferts de polluants ou contaminants dans le temps et l'espace Les crues brutales ou les lessivages de sols urbains, routiers ou pollués par l'industrie ou l'agriculture ne peuvent généralement pas être absorbées par les bassins d'orage ou les stations d'épuration.

Orages historiques

Dans Vue de Tolède avec son ciel orageux, peint vers 1596-1600, El Greco est un des premiers artistes à se dispenser d'un sujet religieux au premier plan.

Certains orages ont marqué les mémoires, dont par exemple en France celui de juillet 1788 qui pourrait être une des causes de la crise ayant favorisé la Révolution française. Cet orage de grêle d'une force exceptionnelle a ravagé toutes les campagnes céréalières de la Loire au Rhin en passant par le nord de la France le 13 juillet, alors que, cette même année, des canicules et sécheresses sévissaient. Le tout menant à une perte des récoltes et donc à une hausse des prix des denrées de base.

De l'autre côté de l'Atlantique, le déluge de Montréal le 14 juillet 1987 a complètement paralysé la métropole québécoise de près de 2 millions d'habitants. Aux États-Unis, de nombreux événements orageux retiennent l'attention, dont les tornades de l'Oklahoma du 3 mai 1999, qui ont fait 88 morts et dont l'une était de force F5 avec les vents les plus forts jamais notés pour un tel phénomène.

Orages extra-terrestres

Les nuages de la planète Vénus peuvent produire des éclairs comme les cumulonimbus terrestres. Le taux d'éclairs y est au moins la moitié du taux d'éclairs terrestres.

Une couche mince de nuages d'eau semble exister sous la couche d'ammoniac à l'intérieur de l'atmosphère de la planète Jupiter. Des orages ont été identifiés à la suite de l'apparition d'éclairs. L'eau est une molécule polaire dont les charges peuvent être séparées, ce qui est à l'origine de la foudre. Ces décharges électriques peuvent être des milliers de fois plus puissantes que les décharges terrestres. Les orages engendrés dans les nuages d'eau ont pour origine la chaleur provenant de l'intérieur de la planète.

Culture populaire

Dans les récits, de par son aspect bruyant, brutal, agressif et effrayant, le phénomène de l'orage est souvent associé à une situation d'épouvante ou angoissante. De surcroît, le phénomène se déroulant souvent la nuit, l'effet de peur en est accentué.

Orage et éclair de chaleur

Vue des éclairs au loin.

L'expression populaire d’orage de chaleur se réfère au cas où un observateur situé à un endroit où le ciel est dégagé a l'occasion de contempler un orage en été. Le phénomène n'a rien à voir avec la chaleur mais au fait qu'il se trouve trop éloigné pour que les coups de tonnerre soient audibles, l'existence de l'orage ne lui est alors révélée que par la vision d'éclairs perçus comme de brèves illuminations du ciel ou d'un nuage. Il voit de la foudre nuage-nuage ou intra-nuage. Les éclairs sont aussi appelés des éclairs de chaleur ou encore fulgurations.

Orage sec

Une orage sec est un orage qui produit peu ou pas de précipitations pour un observateur au sol. Il peut s'agir d'un orage dont la base des nuages est élevée parce que l'air est plus sec (ex. dans les Grandes Plaines d'Amérique du Nord). Dans ce cas, la pluie qui tombe du nuage peut s'évaporer totalement, et donner de la virga, ou en partie avant d'atteindre le sol. Cependant, la foudre associée à l'orage peut frapper le sol et produire un feu qui ne sera pas étouffé par la pluie.

D'autre part, la foudre peut tomber directement de l'enclume du cumulonimbus alors que la colonne de précipitations se trouve sous la partie principale du nuage et pour l'observateur, l'orage sera sec. Finalement, un orage en altitude ou un pyrocumulonimbus formé par un feu de forêt donnera également peu de pluie.

雷暴的情景

世界各地闪电发生的频率

雷暴是一种产生闪电及雷声的自然天气现象。它通常伴随着滂沱大雨或冰雹，而在冬季时甚至会随暴风雪而来。

雷暴可以在世界任何地方发生，甚至发生在两极和沙漠地带，但通常在低纬度的地方（特别是热带雨林地区）会较频繁地发生，可以每日都会发生。在**和温带等中纬度地区，雷暴则通常会在夏季的下午或傍晚发生，有时在冬季也会受冷锋影响而有短时性雷暴。乌干达及印尼为全世界雷暴发生最频繁的地方，除此之外，在美国中西部及南部州份会发生威力最强烈的雷暴，因为这些雷暴会与冰雹或龙卷风一起发生。至今为止，全世界从未出现过雷暴的地区只有南美洲智利北部的阿他加马沙漠，该地因气候过于干燥和难以形成雨云才会未出现过雷暴。

雷暴会在大气不稳定时发生，并且会制造大量的雨水或冰晶。通常其发生有三种特定情况：地球大气层低空带的湿度很高，这可以由露点温度观察得到；高空与低空的温度差异极大，亦即是气温递减率极大；冷锋受到外力的逼迫而汇聚。

在古老的文明里，雷暴有着极大的影响力。不论是中国古代、古罗马或美洲古文明皆有与雷暴相关的神话。

生命周期

雷暴的生命周期 雷暴的生命周期有三个阶段，分别是积云阶段、成熟阶段及消亡阶段。 在积云阶段，云较四周的空气暖和，因此云内部的空气加速向上升，并很快升到温度远低于凝点的高度。所以四周大量的小水点、冰晶或雪片向云内汇聚，这时只有不断增强的上升气流而没有下降气流。 在成熟阶段，积雨云变得越来越大，甚至会进入平流层。不过水滴及冰晶会因为过重，使得上升气流并不能承托其重量，而开始落下，其表面所产生的摩擦会带动四周的空气向下沉，并逐步增强下坠力从而产生下降气流，乱流中的水滴、冰晶互相摩擦，产生电压，放电时会产生闪电和雷声。这时便会出现滂沱大雨并且伴有雷电或上升下降乱流，而若下降气流极强则可能会降雪或冰雹。而由高空下降的冷气流在到达地面时会水平展开，这时很易会生成猛烈阵风。 最后，在消亡阶段，上升气流逐渐消失，这时雷暴主要受到已变弱的下降气流影响。云里大部份的水点被发布，已无力再降雨，而雷暴亦逐渐消失。

雷暴分类

单体雷暴(Single cell storms)是在大气不稳定，但只有少量甚至没有风切变时发生。这些雷暴通常较为短暂，不会持续超过1小时。在平日亦有很多机会看到这种雷暴，因此亦被称为阵雷。

多单体雷暴(Multicell storms)由多个单体雷暴所组成，是单细胞雷暴的进一步发展而成的。这时会因为气流的流动而形成阵风带，这个阵风带可以延绵数里，如果风速加快、大气压力加大及温度下降，这个阵风带会越来越大，并且吹袭更大的区域。

飑线（Squall line），有时亦称线飑。是指带状的雷暴群所构成的风向、风速突变的一种中至小尺度的强对流天气，通常伴随或先于冷锋出现。其破坏性很强大。

超级单体雷暴(Supercell storms)是在风切变极大时发生的，并由各种不同程度的雷暴组成。这种雷暴的破坏力最大，并且有30%可能性会产生龙卷风。

雷暴警告

留在室内。在室外工作的人，应躲入建筑物内。

切勿游泳或进行其他水上运动。离开水面及找寻地方躲避。

避免使用电话或其他带有插头的电器，包括电脑等。

切勿接触天线、水龙头、水管、铁丝网或其他类似金属设备。

避免用花洒淋浴。

切勿处理以开口容器盛载的易燃物品。

切勿站立于山顶上或接近导电性高的物体。树木或桅杆（尤其是电线杆）容易被闪电击中，应尽量远离。闪电击中物体后，电流会经地面传开，因此不要躺在地上，潮湿地面尤其危险。应该蹲着并尽量减少与地面接触的面积。

远足及其他户外活动人士，应随身带备收音机，不断留意天文台发出的最新天气消息。

留意暴雨可能随时出现，切勿在河流、溪涧或低洼地区逗留。

驾车人士如驶经高速公路或天桥，应提防强劲阵风吹袭。

海上的小艇应小心提防狂风或水龙卷袭击。

如遇上龙卷风，应立即躲入坚固的建筑物内。要远离窗户、蹲伏在地上并用手或厚垫保护头部。如在室外，应远离树木、汽车或其他可被龙卷风吹起的对象。