Le rayonnement solaire reçu sur la terre varie avec la latitude. La même quantité de rayonnement devant réchauffer une grande surface aux pôles mais une petite surface à l'équateur, il existe de grandes différences de température. Le réchauffement des masses d'air créer un courant thermique, tandis qu'un courant dynamique est dû à la rencontre d'une masse d'air avec un relief : s'il est trop important pour pouvoir être contourné par la masse d'air, cette dernière va prendre de l'altitude.

Les océans humidifient l'air alors que les continents ont tendance à l'assécher. Ces écarts de quantité de chaleur et d'humidité engendrent une grande variété de climats.

La rotation de la terre engendre un déplacement des masses d'air vers l'est ou l'ouest selon leur latitude, créant des courants aériens horizontaux (jet-streams) et verticaux (courants ascendants thermiques ou dynamiques utilisés par exemple dans la pratique du vol à voile)

1. Les masses d'air

En météorologie, une masse d'air est une vaste partie de l'atmosphère dans laquelle les conditions de température, d'humidité et de pression revêtent une grande homogénéité.

Les masses d'air peuvent s’étendre sur de vastes zones et sont généralement classées d’après : 

- l’origine (masse d’air polaire, arctique, tropicale, ...)

- la nature de la surface sous-jacente (masse d’air maritime ou continentale)

- la stabilité hydrostatique (masse d’air stable ou instable)

L'atmosphère est une masse fluide au sein de laquelle les différences de température et de pression tendent à se combler. Aussi, les masses d'air ne sont pas immobiles, elles quittent leur région d'origine en modifiant leurs caractéristiques. Ces masses d'air de caractéristiques différentes se rencontrent parfois, créant des zones de conflit que l'on appelle "fronts".

C'est au niveau des fronts que se forment les perturbations apportant nuages, pluie, neige… D'une manière très générale, on explique le phénomène par le fait que la masse d'air la plus froide se glisse alors sous la plus chaude. Celle-ci se refroidit en prenant de l'altitude, et l'humidité qu'elle contient sous forme de vapeur d'eau se condense en eau liquide. Si, aujourd'hui, les techniques de vol aux instruments permettent à un avion d'évoluer dans quasiment toutes les conditions météorologiques, il n'en demeure pas moins que l'analyse de l'évolution des fronts et des possibilités de formation de perturbations fait partie des obligations des pilotes avant le décollage.

2. Unité de mesure, direction et observation du vent

Le vent est un mouvement de l’air par rapport à la surface terrestre. Sauf indication contraire, seule la composante horizontale est prise en considération., mais il existe des vents à composante verticale, parfois appelés "ascendances" ou "descendances".

On caractérise le vent par la direction d’où il souffle (mesurée par une girouette), et par sa force (terme impropre car le vent est déplacement d'air , donc quantifié par une vitesse et non par une force) ou plutôt sa vitesse (mesurée par un anémomètre en nœuds).

Cisaillement du vent : changement, sur une courte distance, de la vitesse ou de la direction du vent, ou des deux à la fois. Ce phénomène peut se produire sur le plan vertical ou horizontal et quelquefois sur les deux. En anglais : wind shear (WS).

2.1  Unités

L'unité internationale de la vitesse du vent est le m/S. En aéronautique, on utilise le noeud, noté kt pour knot.

1 m/s = 2kt ou 1  kt = 0,5 m/s

2.2  Direction du vent

C'est la direction d'où vient le vent. Elle est exprimée en degrés (entre 1° et 360°) et a pour référence le nord géographique dans les messages météo et le nord magnétique dans les messages transmis par un organisme de la circulation aérienne. L'angle est toujours mesuré dans le sens des aiguilles d'une montre.

2.3  Appareils de mesure

- La direction du vent en surface est mesurée à l'aide d'une girouette, sa vitesse est déterminée à l'aide d'un anémomètre
- Le vent en altitude est mesuré en direction et en vitesse grâce au suivi radar de la trajectoire de ballons sondes gonflés à l'hydrogène
- Des images satellitaires sont utilisées pour avoir une idée approchée du vent sur les océans et les régions désertiques

2.4  Observation du vent

En l'air, on peut obtenir une estimation de la direction du vent en surface, et très grossièrement de sa vitesse en observant les fumées de cheminées, de feux domestiques, etc. A la direction observée, on ajoutera une quinzaine de degrés pour avoir le vent en altitude. Par exemple, si on constate d'après l'observation d'une fumée au sol que la direction du vent (d'où vient le vent) est approximativement du 315°, on peut en déduire que le vent en altitude est de l'ordre du 330°. Attention, en présence de relief, le vent au sol et en altitude sont souvent très différents et cette extrapolation n'est plus valable.

Au sol, la vitesse de déplacement des nuages et l'observation de leur trajectoire donne une idée de la direction et de la vitesse du vent.  L'observation de la manche à air permet une estimation plus précise du vent en surface, en particulier pour la détermination de sa vitesse. Chaque bande de tissu de la manche à air (rouge ou blanche) représente 5 kt.

La manche à air

3.  Relation du vent avec le champ de pression

Si la Terre était immobile, le vent se dirigerait directement des hautes pressions vers les basses pressions.  Mais du fait de la rotation de la terre, les mouvements de l'air sont déviées vers la droite dans l'hémisphère nord (et  vers la gauche dans l'hémisphère sud). La direction du vent devient alors sensiblement parallèle aux isobares.

Dans l'hémisphère nord, le vent tourne dans le sens des aiguilles d'une montre autour des anticyclones et en sens inverse autour des dépressions. Si l'on se place face au vent, nous avons les basses pressions à notre droite et les hautes pressions à notre gauche. Ce phénomène est inversé dans l'hémisphère sud.

Exemple de champ de pression

Ce sont les différences de pression qui créent les forces mettant l'air en mouvement. Ces forces sont d'autant plus importantes que, sur une distance donnée, les variations de pression sont plus grandes, autrement dit que les isobares sont plus proches les unes des autres : plus les lignes isobares sont proches, plus les variations de pression sont grandes.

Marais barométrique : Vaste étendue où la pression atmosphérique varie très peu.

Surface isobare : points de l'atmosphère à la même pression

Surface isotherme : points à la même température

Lignes isobares serrées : vents forts.

Lignes isobares espacées : vents faibles

4.  Vent de surface et vent du gradient

Le vent de surface, dont l'origine peut être variable (champ de pression, brise thermique, etc.) est un déplacement d'air dont la direction et la vitesse subissent l'influence du sol (relief, rugosité, etc.).

Le vent d'altitude dont l'origine est la différence de pression atmosphérique existant entre plusieurs lieux est appelé "vent du gradient". Il est caractérisé par :

- son origine ; le champ de pression
- sa direction : parallèle aux lignes isobares (du fait de la force de Coriolis)
- sa vitesse : proportionnelle au resserrement des lignes isobares (ligne serrées : vent fort, lignes espacées : vent faible)