Study and analysis of Atmospheric Stability Indices in a Desert Environment

Abstract

This study focuses on the analysis of atmospheric stability in a desert environment, charact. A convective rainstorm event affected several wilayas in southern Algeria, including Touggourt, Ghardaïa, El Oued, El M’Ghair, Laghouat, and Ouargla. These disturbances began and gradually intensified from the afternoon of Friday, April 12, 2024,until April 14,2024, resulting in locally heavy rainfall accompanied by marked thunderstorm activity.In a second step, the analysis was more specifically focused on the wilayas of Laghouat and Ouargla, which are representative of the dynamics of this event, in order to examine in greater detail the spatio-temporal evolution of precipitation and associated convective phenomen. The present work investigates this convective precipitation event that affected the regions of Laghouat and Ouargla, located in the arid zone of southern Algeria. The main objective is to assess the behavior and relevance of the main atmospheric stability indices used in meteorology, namely the Lifted Index (LI), the K Index (KI), the Total Totals Index (TTI), the Convective Available Potential Energy (CAPE), and the Convective Inhibition (CIN). The data used in this study are derived from the ERA5 reanalysis provided by the ECMWF; they are not direct observations but atmospheric fields reconstructed through data assimilation within a numerical model, the analysis of vertical atmospheric profiles using the Skew-T logP diagram, and the computation of stability indices from theoretical formulations. The results highlight a significant variability of the indices depending on local conditions, particularly under the influence of strong surface heating and low atmospheric moisture. They also reveal certain limitations in the classical interpretation of these indices in desert environments compared to other climatic settings

Cette étude porte sur l’analyse de la stabilité atmosphérique en environnement désertique. Un épisode pluvio-orageux a touché plusieurs wilayas du Sud algérien, notamment Touggourt, Ghardaïa, El Oued, El M’Ghair, Laghouat et Ouargla. Ces perturbations ont débuté et se sont progressivement intensifiées à partir de l’après-midi du vendredi 12 au 14 avril 2024, donnant lieu à des pluies parfois soutenues accompagnées d’une activité orageuse localement marquée. Dans un second temps, l’analyse s’est concentrée plus particulièrement sur les régions de Laghouat et Ouargla, zones représentatives de la dynamique de cet épisode, afin d’étudier plus finement l’évolution spatio-temporelle des précipitations et des phénomènes convectifs associés. Le présent travail s’intéresse à cet épisode pluvio-orageux ayant affecté les régions de Laghouat et Ouargla, situées en zone aride du Sud algérien. L’objectif principal est d’évaluer le comportement et la pertinence des principaux indices de stabilité atmosphérique utilisés en météorologie, notamment l’indice de soulèvement (LI), l’indice K (KI), l’indice Total Totals (TTI), l’énergie potentielle convective disponible (CAPE) et l’inhibition convective (CIN). Les données utilisées dans cette étude proviennent de la réanalyse ERA5 fournie par le ECMWF ; elles ne constituent pas des observations directes, mais des champs atmosphériques reconstruits par assimilation de données dans un modèle numérique, l’analyse des profils verticaux de l’atmosphère à l’aide du diagramme Skew-T log-P, ainsi que le calcul des indices de stabilité à partir de formulations théoriques.. Les résultats mettent en évidence une variabilité significative des indices en fonction des conditions locales, notamment sous l’effet du fort échauffement de surface et de la faible humidité de l’air. Ils montrent également certaines limites dans l’interprétation classique de ces indices en milieu désertique, comparativement à d’autres environnements climatiques

تهدف هذه الدراسة إلى تحليل الاستقرار الجوي في بيئة صحراوية . وقد تم اعتماد حالة دراسية متمثلة في حدث مطري رعدي (عاصفي) أثر على عدة ولايات من جنوب الجزائر، من بينها توقرت، غرداية، الوادي، المغير، الأغواط، ورقلة، وذلك ابتداءً من مساء يوم الجمعة 12 الى 14 افريل 2024، حيث تميز هذا الحدث بأمطار محلية معتبرة ونشاط رعدي واضح.تركزت الدراسة بشكل خاص على ولايتي الأغواط وورقلة باعتبارهما مناطق ممثلة لديناميكية هذا الاضطراب الجوي، من أجل تحليل تطور الظواهر الحملية زمنياً ومكانياً . البيانات المستخدمة في هذه الدراسة مستمدة من إعادة التحليل ERA5 التابعة لـ ECMWF؛ وهي لا تمثل قياسات مباشرة، بل حقولًا جوية مُعاد بناؤها من خلال استيعاب البيانات داخل نموذج عددي. وتحليل البروفيلات الرأسية للغلاف الجوي باستعمال مخطط Skew-T logP ، إضافة إلى حساب مؤشرات الاستقرار الجوي مثل مؤشر الرفع (LI)، مؤشر K، مؤشر Totals Totals (TTI)، الطاقة الكامنة الحملية المتاحة (CAPE)، وكبح الحمل الحراري (CIN). دراسة حالة لتحليل الاستقرار الجوي فوق منطقتي الأغواط وورقلة، بما في ذلك معالجة البيانات لتقييم مدى دقة وفعالية هذه المؤشرات في الظروف الصحراوية .وتخلص الدراسة إلى أن مؤشرات الاستقرار الجوي تظهر تبايناً واضحاً حسب الظروف المحلية، مع إبراز بعض القيود في تطبيقها التقليدي في البيئات الجافة مقارنة بالمناطق الرطبة، مما يستدعي مزيداً من التكييف والتفسير عند استخدامها في المناطق الصحراوية