Chap 2 : dynamique de l`atmosphère et des océans

Chap 2 : dynamique de l'atmosphère et
des océans
●
●
I – dynamique de l'atmosphère
●
Principe physique
●
Mouvement dans une atmosphère sans rotation
●
Effet de la rotation
●
Effet des continents
●
Variations saisonnières
II – dynamique des océans
●
La dynamique des enveloppes terrestre dépend
de :
●
●
des forces qui s'exercent
de la manière dont l'énergie est apportée dans le
système
I- Force s'éxerçant dans un fluide
●
Une particule fluide accélère que si des forces
s'éxercent sur elle:
●
FEM
●
Noyau
●
Manteau : FEM et coriolis sont nuls
●
= force électromagnétique
: FEM et Coriolis dominent
Oceans , atmosphère : Archimède et Coriolis sont les
forces les + importantes.
Convection dans le manteau
●
●
Désintégration d'éléments radioactifs + chauffage du
noyau + subduction => variation température =>
poussé d'Archimède => convection
En revanche les mouvements sont lents => pas de
force de coriolis
Convection dans le noyau
●
●
Différence température et de
chimie due à la cristallisation
du noyau interne => poussée
d'Archimède => convection
vigoureuse
La force de coriolis structure
l'écoulement en spirale
Convection dans l'atmosphère
●
Convection générale
●
phénomène turbulents
●
Ondes (rossby, gravité)
●
Phénomènes transitoires
●
et périodiques (météo, NAO, ...)
Apport d'énergie du soleil
●
●
Flux solaire au sommet de l'atmosphère, si on se met
perpendiculairement au rayon : 1340 W.m-2
Flux solaire moyen en tenant compte de la sphéricité de la
Terre et de l'angle que font les rayons : 340 W.m-2
L'apport d'énergie du soleil varie
avec la latitude
●
L'atmosphère étant une couche mince, les
mouvements vont se faire préférentiellement
horizontalement
●
Vitesse moyenne vertical = 50 m/s
●
Vitesse moyenne horizontale = 50 km/h
Les poles réémettent plus d'énergie qu'il n'en
reçoivent.
●
●
●
●
L'équateur reçoit plus d'énergie qu'il en émet.
De plus, l'évaporation des océans y est plus
importante.
=> Ceci induit des variation de pression qui
engendrent des courants océaniques et
atmosphériques qui vont redistribuer l'énergie.
Quelle serait la circulation atmosphérique sans
tenir compte de la rotation de la Terre ?
Chap 2 : dynamique de l'atmosphère et
des océans
●
●
I – dynamique de l'atmosphère
●
Principe physique
●
Mouvement dans une atmosphère sans rotation
●
Effet de la rotation
●
Effet des continents
●
Variations saisonnières
II – dynamique des océans
Gradient sous-adiabatique
Gradient sous-adiabatique
●
Si on 'fait monter' une parcelle d'air => elle va se refroidir selon
le gradient adiabatique => elle sera plus dense que son
environnement => elle va redescendre à sa position original
Gradient sur-adiabatique
Gradient sur-adiabatique
●
Si on 'fait monter' une parcelle d'air => elle va se refroidir selon le
gradient adiabatique => elle sera plus chaude (moins dense) que son
environnement => elle va continuer à monter
Circulation atmosphérique dans une
planète sans rotation
●
C'est toujours la meme face qui est éclairée
●
=> la température est maximale à l'équateur de la face éclairée
●
=> température est minimale à l'équateur de la zone à l'ombre
Circulation atmosphérique dans une
planète avec une rotation lente (Vénus)
Chap 2 : dynamique de l'atmosphère et
des océans
●
●
I – dynamique de l'atmosphère
●
Principe physique
●
Mouvement dans une atmosphère sans rotation
●
Effet de la rotation
●
Effet des continents
●
Variations saisonnières
II – dynamique des océans
TD2 exercice 2 : force de coriolis
●
●
●
Vu depuis le référentiel terrestre un objet se
déplaçant vers nord dans l'hémisphère nord
sera dévié vers la droite.
Un objet se déplaçant vers le sud dans
l'hémisphère sud sera dévié vers la gauche.
La force de coriolis s'écrit :
●
La force de coriolis est maximale près des poles
●
Minimal près de l'équateur
●
A l'équateur la rotation de la Terre ne nous fait pas tourner sur
nous meme. Au pole si.
Force de coriolis : hémisphère Sud
Force de Coriolis dévie les masses allant vers le nord vers la droite (W)
ALIZES
Force de Coriolis dévie les masses allant vers
le sud vers la droite (W)
CELLULE
s’arrête à
30° de
latitude
Force de coriolis : hémisphère Sud
Force de Coriolis dévie les masses allant vers le sud vers la gauche (W)
CELLULE
s’arrête à
30°S de
latitude
ALIZES
30°S
Force de Coriolis dévie les masses allant vers
le nord vers la gauche (W)
EQ
TD : exo 3 Ordre de grandeur des
forces de pression et de coriolis
Equilibre géostrophique
●
●
●
●
Ce type d'écoulement résulte de l'équilibre
entre les forces de pression et de Coriolis.
Les forces de pression induisent des
mouvements perpendiculaires aux isobarres (ie
des HP vers les BP).
La force de coriolis dévie l'écoulement => celuici se fait alors le long des isobarres.
L'atmosphère et le noyau terrestre sont dans
un équilibre quasi-geostrophique.
Equilibre géostrophique crée des cellules de
convections dans l'atmosphère
●
●
Lorsque les cellules de convection induisent
des courants atmosphériques vers les poles,
les vents sont déviés vers l'Est et inversement
(coriolis).
=> on crée des cellules de convection fermées.
La rotation crée 3 cellules de convection et
des vents dominant est/ouest
polaire
Ferrel
Hadley
Dynamique de l'atmosphère/ III Dynamique de la troposphère/ 2 Terre en rotation/ c Cellules de convection
●
●
Les cellules de Hadley et les cellules polaire
sont causées par les variation de l'apport
d'énergie solaire en fonction de la latitude.
●
=> Elles sont stable au cours du temps
●
=> Climat stable près de l'équateur et des poles.
La cellule de Ferrel est une conséquence des
cellules de Hadley et polaires. Sa dynamique
est plus instable
En terme de vent de surface
Vents d'est
Vents d'ouest
Alizés du nord est
situation idéalisée
Situation réelle
La cellule de Hadley en 3D
●
Vent d'est en surface, mais d'ouest au sommet
de la troposphère
Mouvements verticaux mesurés dans
l'atmosphère moyennés sur un an
●
Bleu = air montant Rouge = air descendant
●
On voit bien la cellule de Hadley
Influence de la circulation atmosphérique
sur la formation des nuages
●
●
Zone de convergence = précipitation
intense, car la vapeur d'eau se
condense lors de la montée de l'air =>
climat humide, foret équatorial
Zone de subsidence = zone sèche : air
froid en altitude a déjà perdu H20 =>
climat désertique vers 30 latitude
Les cellules de convection influencent la
pression
●
●
Pression donnée à la surface de la Terre (cas théorique ne
tenant pas compte du relief, des continents,...)
Zones haute pression lorsque les cellules de convection
convergent
Un cas particulier : le jet-stream
Photo prise depuis l'ISS montrant des
nuages se formant dans le jet stream
●
●
Le jet stream est un courant d'air rapide de qq centaines de km
de large
Les vents y circulent à ~300 km/h
●
●
A la frontière des cellules de convection de l'air chaud rencontre
de l'air froid => fort contraste de pression
=> coriolis crée alors un fort courant est/ouest
Chap 2 : dynamique de l'atmosphère et
des océans
●
I – dynamique de l'atmosphère
●
Principe physique
●
Mouvement dans une atmosphère sans rotation
●
Effet de la rotation
●
Effet des continents et variations saisonnières
●
II – dynamique des océans
Effet des continents et variations
saisonnières
Variations saisonières
Variations saisonières
●
On remarque une variation
de la position de la zone
inter-tropical en fonction de
la saison
Dynamique de l'atmosphère/IV Variations saisonières/2 ZCIT
●
Juillet/Aout : inclinaison de la Terre
●
●
●
●
=> L'apport d'énergie solaire est maximal vers 10
deg de latitude
=> La ZCIT se déplace dans l'hémisphère nord.
Et inversement en janvier
=> Il y'a un déplacement saisonnier des
cellules de Hadley
juillet
●
janvier
Janvier : océan plus chaud que le continent =>
air monte => BP à la surface. L'air plus chaud
va vers les poles froids => mouvement sens
aiguille d'une montre.
●
Un effet particulier : la mousson
Eté : continents très chaud => Air s'élève => P faible en surface
●
=> vent provenant des océans amène de l'air très humide
●
=> Fortes pluies sur les continents
Simulation du transport de la masse d'air polluée
par l'accident nucléaire de Tokaimura, le jeudi 30
septembre 1999.
Evolution du CO2 dans l'atmosphère : une
origine anthropique ?
●
Comment expliquez-vous les différences des cycles
saisonniers (phase, amplitude) enregistrés aux différentes
stations ?
●
●
●
●
Amplitude plus forte aux hautes latitudes de
l'hémisphère nord.
Peu marqué dans les tropiques (2 pics à Samoa).
L'hémisphère nord et de l'hémisphère sud sont en
opposition de phase
baisse du CO2 au printemps et en été, augmentation
en automne / hiver.
Interprétation et role de la biosphère.
●
●
●
●
Cycle saisonnier dépend des échanges biosphère
continentale/atmosphère
Due aux différences entre photosynthèse et
respiration.
Plus marqué dans les moyennes et hautes latitudes
qu'aux tropiques.
Plus importante dans l'hémisphère nord en raison de
l'importance de la surface des continents par rapport
au sud !
Bilan : effet de la rotation planète
●
●
Rotation rapide (Terre) => Force coriolis importante =>
3 cellules de convection en fonction de la latitude
dans l'atmosphère + noyau externe pouvant générer
un CM
Rotation lente (Vénus) => Force de coriolis faible =>
●
●
●
1 cellule de convection + turbulence aux poles
fort contraste entre la face éclairée par le soleil et
la face sombre = vent violent (~400 Km/h)
Pas de possibilité de générer un CM = pas de vie
possible
fin
Bilan: influence volume d'une planète sur la
dynamique interne (rappel)
●
Volume planète plus élevée
●
=> rapport volume/surface + important
–
–
●
●
=> production de chaleur par éléments radioactif plus
important par rapport au refroidissement de la planète
=> planète refroidit plus lentement
=> convection plus vigoureuse dans le manteau et
le noyau et durant plus longtemps
=> planète peu générer un champ magnétique plus
longtemps (ex Mars a perdu son CM, pas la Terre).
Bilan : dévelopement végétation
●
●
●
=> production d'02 => atmosphère contient du
dioxygène et peu de C02
=> effet de serre plus faible
=> couche d'ozone dans la statosphère
(protège des U.V et réchauffe la stratosphère)
Force de coriolis et de pression
●
Vent de surface : la friction avec le sol, fait que les masses
d'air vont moins vite => coriolis plus faible
●
Au dessus d'un lac l'humidité favorise les précipitations
lorsque une masse d'air froid est présente
Front d'air froid
●
Characterized by abrupt uplift along the frontal boundary.
●
Cumulus (flat based or anvil-shaped) development.
●
Short duration heavy rain & thunderstorms.
●
Shown as a line of blue, triangles on surface weather maps.
Front d'air chaud
●
●
Characterized by gentle uplift.
Stratiform (stratified) cloud cover. The leading clouds, cirrus,
are a good indicator of an impending change in the weather.
●
Long duration moderate rainfall.
●
Shown as a line of red, semicircles on surface weather maps