Glossaire

hypothèse hydrostatique

L'hypothèse hydrostatique affirme que l'on en droit d'appliquer l'équation hydrostatique aux points de la basse atmosphère et de la moyenne atmosphère situés sur une même verticale ou, autrement dit, que l'on est fondé à supposer qu'à tout instant, les forces s'y exerçant verticalement sur une parcelle d'air donnée sont pratiquement identiques à celles auxquelles celle-ci serait soumise si à ce même instant elle se trouvait à l'état de repos. Cette hypothèse, dans la mesure où elle est valide, permet alors d'utiliser en météorologie la relation de l'équation hydrostatique, qui associe les petites variations verticales de la pression atmosphérique aux petites variations correspondantes de l'altitude à travers le produit de l'accélération de la pesanteur par la masse volumique de la parcelle qui s'élève ou s'abaisse verticalement.

Pour être applicable, l'hypothèse hydrostatique exige que les valeurs numériques du poids et de la poussée d'Archimède s'exerçant sur une parcelle d'air aient un ordre de grandeur bien plus grand que celui des autres forces verticales auxquelles elle est soumise : les évaluations montrent que tel est bien le cas pour la force de Coriolis et, au moins en atmosphère libre, pour la force de frottement ; en revanche, la force associée à l'accélération verticale de l'air n'est raisonnablement négligeable que lorsqu'on envisage les ascendances et subsidences à une échelle spatio-temporelle suffisamment grande, qui est pratiquement l'échelle synoptique ou une échelle supérieure. Une conséquence de ce constat est que les modèles numériques qui étudient, en météorologie, des phénomènes de convection tels que les orages sont obligatoirement des modèles non hydrostatiques, car l'échelle de tels phénomènes est inférieure à l'échelle synoptique et les accélérations verticales qu'ils développent sont trop importantes pour accepter l'hypothèse hydrostatique.

Celle-ci n'en reste pas moins l'un des fondements de la météorologie aux échelles courantes d'observation et de prévision : associée à l'équation d'état de l'air (humide), elle donne accès à l'étude de la structure verticale de l'atmosphère, décrit en particulier les variations de la pression et de la température avec l'altitude, fournit une méthode de calcul de la pression réduite au niveau de la mer et permet de substituer la pression à l'altitude en qualité de coordonnée verticale dans le système d'équations traité par les modèles numériques de prévision ; ces emplois de l'hypothèse hydrostatique nécessitent toutefois son affinement par le recours à deux notions — le géopotentiel et la température virtuelle — qui tempèrent les risques de simplification abusive relativement aux variations de l'accélération de la pesanteur et de l'humidité.