Bioclimatologie L3 BOE ECEF2 Nicolas Delpierre Ecophysiologie végétale, L.E.S.E. Université Paris Sud Février 2015 Plan Séance 1 Introduction Rayonnement Température Précipitations Vent Séance 2 Pression atmosphérique Humidité atmosphérique Bilan hydrique Représentation synthétique du climat Notions de Biogéographie Plan Séance 1 Introduction Rayonnement Température Précipitations Vent Séance 2 Pression atmosphérique Humidité atmosphérique Bilan hydrique Représentation synthétique du climat Notions de Biogéographie Bioclimatologie – ECEF2 Introduction Introduction Bioclimatologie – ECEF2 Introduction Définitions générales Météorologie : Meteor = particules en suspension dans l’atmosphère Logos = discours, connaissance Etude de la formation et évolution de phénomènes atmosphériques : altocumulus cirrus Nuages Dépressions Précipitations … et de leur interaction avec la surface du globe. Etude des lois qui régissent les gaz de l’atmosphère, leurs changements d’états et leurs mouvements. Etude du temps qu’il fait dans une région durant une période donnée cumulonimbus cirrocumulus cumulus stratocumulus Bioclimatologie – ECEF2 Introduction Définitions générales Météorologie Climatologie : Etude du climat : i.e. la succession des conditions météorologiques sur de longues périodes dans le temps. Etablissement de valeurs moyennes et d’évolution saisonnière caractéristique de paramètres caractérisant le temps, pendant 1 période de > 30 ans sur une certaine zone Nécessite des séries temporelles de relevés de mesures météorologiques Bioclimatologie – ECEF2 Introduction Définitions générales Météorologie Climatologie Bioclimatologie : Etude des interactions entre les organismes vivants et les variables climatiques Importance des valeurs moyennes des paramètres météorologiques, mais aussi des variations saisonnières et des valeurs extrêmes Compréhension des mécanismes de réponse des organismes vivants Feedback: effets de la biosphère sur le climat Écosystèmes forestiers et régulation du climat Orenoque, Vénézuéla Impact des températures sur la structure des populations: exemple du sex-ratio Sex ratio = nb males / nb females Girondot et al. 1999 Influence des températures sur le débourrement Vitasse et al., 2009 Dépendance de la photosynthèse au rayonnement incident Exemple d’évènement extrême: épisode de gel printanier Gu et al., 2007, Bioscience Bioclimatologie – ECEF2 Echelles d’étude Climat global Bilan radiatif de la Terre Température moyenne du globe … Climat régional Distance caractéristique : 100 km Désertique, arctique, océanique, continental etc. Topoclimat Distance caractéristique : 10 km (plaine) ou 1 km (montagne) Microclimat Distance caractéristique : 100 m (plaine) ou 10 m (montagne) Bassin versant … Parcelle agricole … Au niveau d’une plante … Au niveau d’une feuille ! → Mesures micrométéorologiques Introduction Ce que nous n’aborderons pas dans ce cours… Changement climatique www.ipcc.ch AR5 published Sept. 2013 Bioclimatologie – ECEF2 Introduction Grandeurs caractérisant le climat et importantes en bioclimatologie Rayonnement incident et émis Température Précipitations Vent Humidité atmosphérique & sol Rn = Rin – Rout T°C Demande évaporative Humidité atmosphérique Vent Évapotranspiration Eau de pluie interceptée et reévaporée Rayonnement réfléchi et émis Rout (a*Rs+RLout) T°C Conductance de surface Conductance aérodynamique SYSTÈME SOLPLANTEATMOSPHERE Rayonnement incident Rin (Rs + RLin) Photosynthèse respiration Eau du sol disponible pour l’évaporation + transpiration + décomposition Bioclimatologie – ECEF2 Le rayonnement Le rayonnement Bioclimatologie – ECEF2 Le rayonnement Le rayonnement électromagnétique Rayonnement = transfert d’énergie par des oscillations rapides de champs électromagnétiques : Ensemble d’ONDES électromagnétiques Ondes associées à des particules élémentaires : PHOTONS Onde électromagnétique caractérisée par Longueur d’onde λ (mètres) Fréquence ν = c / λ (Hertz = secondes-1) Quantum q: quantité d’énergie élémentaire transportée par un photon (Joules) q=h*ν=h*c/λ h = 6.6256. 10-34 J.s : constante de Planck c ~ 3. 108 m s-1 : vitesse de la lumière Masse équivalente à l’énergie d’un photon : q = m*c2 donc m = q/c2 (kg) Bioclimatologie – ECEF2 Le spectre du rayonnement électromagnétique Lumière visible : petite portion du spectre détectable par l’œil humain 400 nm Le rayonnement Fréquence (Hz) 1020 1 pm 1019 10 pm 1018 100 pm 1017 1016 1015 RAYONS GAMMA RAYONS X 1 nm 10 nm ULTRAVIOLETS 10 – 100 nm 400 nm 1014 1 µm VISIBLE 400-700 nm 1013 10 µm INFRAROUGES 1012 100 µm 1011 1 mm 1010 10 mm 700nm – 1mm 500 nm MICROONDES ONDES RADAR 600 nm 700 nm 109 100 mm 108 1m 107 10 m 106 100 m 105 1 km ONDES TV ONDES RADIO 104 Longueur d’onde (m) Le PAR, bande d’absorbance chlorophyllienne Bioclimatologie – ECEF2 Le rayonnement Emission du rayonnement électromagnétique Tout corps de température > 0 Kelvin émet du rayonnement électromagnétique. « Corps noir » = modèle théorique du radiateur parfait transforme l’énergie thermique en énergie rayonnante avec le taux maximum permis par les lois de la thermodynamique Ex: Soleil ~ corps noir de température 5777 K EXITANCE du corps noir = puissance (flux énergétique) émise par unité de surface, en W m-2 Cas normal : Corps noir Température T Émission d’un flux énergétique d’énergie totale et de répartition spectrale calculables Corps « normal » Température T Émission d’un flux énergétique d’énergie totale INFERIEURE et de répartition spectrale inconnue EMITTANCE d’un corps = puissance émise par le corps / exitance d’un corps noir à la température T « Corps gris » : un corps dont l’émittance ne dépend pas de la longueur d’onde Bioclimatologie – ECEF2 Le rayonnement Emission du rayonnement électromagnétique Rayonnement émis par un corps noir : varie en énergie totale et en répartition spectrale en fonction de sa température. Plus le corps est chaud, plus son exitance totale est grande et se déplace vers les courtes longueurs d’onde. Loi de Stefan-Boltzmann : l’exitance énergétique totale M d’un corps noir dépend de T4 M T 4 2 5 k 4 15c 2 h 3 5.6698 10 8W m 2 K 4 σ: constante de Stefan-Boltzmann Bioclimatologie – ECEF2 Le rayonnement Emission du rayonnement électromagnétique Rayonnement émis par un corps noir : varie en énergie totale et en répartition spectrale en fonction de sa température. Plus le corps est chaud, plus son exitance totale est grande et se déplace vers les courtes longueurs d’onde. Exitance spectrale du corps noir : fonction de Planck dM ( , T ) 2 h c 2 5 m d hc exp 1 K k T h = 6.6256 x 10-34 J . s : constante de Planck c = 2.9979 x 108 m . s-1 : vitesse de la lumière k = 1.38054 x 10-23 J . K-1 : constante de Boltzmann Longueur d’onde correspondant à l’exitance spectrale maximale : Loi du déplacement de Wien max Cw T Cw 2.897 103 m K Exercice 1 émission du corps noir / corps gris (cf amphi) Corps T surface (°C) T surface (K) Exitance (W m-2) Terre 12 0.95 Soleil 5504 1 •Compléter le tableau •Quelles sont le bornes de la bande d’émission pour la Terre / le Soleil (calcul: voir le cours) ? Émissivité (s.u.) Emittance (W m-2) max (nm) Constante de Stefan-Boltzmann = 5.67 * 10-8 W m-4 K-4 Constante de Wien Cw= 2.897 *10-3 m K Bioclimatologie – ECEF2 Le rayonnement Le rayonnement solaire Exitance monochromatique maximale du soleil : 0.5 µm : visible, JAUNE Deux domaines principaux de rayonnements naturels : Domaine des courtes longueurs d’ondes (solaires) Domaine des grandes longueurs d’ondes (autres) Bioclimatologie – ECEF2 Le rayonnement Le rayonnement solaire Constante solaire Soleil Terre ES,0 ~1367 W . m-2 D0 : distance moyenne Terre-soleil = 149.5 x 106 km Eclairement énergétique d’une surface plane à la limite de l’atmosphère: Dépend de: • La distance au soleil (jour de l’année) • Distance zénithale (latitude, heure, jour de l’année) • Activité solaire (cycle de 11 ans) Exercice 2 Calcul de la « constante solaire » « constante solaire » = puissance reçue du soleil par unité de surface plane normale aux rayons solaires sur la surface terrestre sans atmosphère (= au sommet de l'atmosphère). E0= 1367 W m-2 Cette valeur est quasiment constante Mais elle varie un peu en fonction de l’activité solaire qui suit un cycle de 11 ans (variations < à 0.1%) Elle varie en fonction de la distance Terre-soleil (de 3 %) Exercice 2 Calcul de la « constante solaire » Le soleil est une source sphérique de rayonnement. Donc toute l’énergie issue initialement de la surface du soleil traverse ultérieurement une sphère de rayon DST •Calculer la puissance totale émise par le Soleil (en W) •Calculer la constante solaire à la surface de l’atmosphère terrestre (en W m-2) TS=5777 K DST= 150 106 km Rs= 695 800 km RT= 6371 km DST Rs Bioclimatologie – ECEF2 Le rayonnement Le rayonnement solaire Même flux radiatif Surface d’interception minimale W . m-2 θ W . m-2 Surface d’interception supérieure Bioclimatologie – ECEF2 Le rayonnement Interaction du rayonnement solaire avec la Terre Bilan au niveau de la surface de la Terre: le RAYONNEMENT NET Rn = Rg*(1-a) + Ra - Rt Rg : rayonnement global a*Rg : rayonnement global réfléchi par la surface Ra : rayonnement atmosphérique (grandes longueurs d’onde émis par l’atmosphère) Rayonnement Rt : rayonnement grandes longueurs d’onde global Rgsurface émis par la Rayonnement global réfléchi : a * Rg a : albédo Courtes longueurs d’onde Grandes longueurs d’onde Bioclimatologie – ECEF2 Le rayonnement Interaction du rayonnement solaire avec la Terre Es,0=1367 W m-2 (surface normale au soleil) i.e. 342 W m-2 (surface terrestre) Réfléchi par l’atmosphère diffusé Rg a*Rg Rt Absorbé par l’atmosphère Ra Terre Atmosphère Bioclimatologie – ECEF2 Le rayonnement Absorption et diffusion atmosphérique Absorption de rayonnement par les gaz atmosphériques Diffusion du rayonnement par l’atmosphère: Diffusion de Rayleigh = interaction des photons avec les molécules de gaz Diffusion de Mie = interaction des photons avec aerosols en suspension (gouttelettes d’eau par ex) Bioclimatologie – ECEF2 Le rayonnement Absorption et diffusion atmosphérique Absorption de rayonnement par les gaz atmosphériques Le soleil apparaît jaune, alors que son pic d’émission est dans le vert-jaune ! Bioclimatologie – ECEF2 Le rayonnement L’albédo albédo = fraction du rayonnement d’origine solaire réfléchie par une surface surfaces naturelles : de 0.03 (eau) ou 0.08 (sol sombre humide) à 0.95 (neige fraîche) grande influence sur le bilan d’énergie d’une surface, donc sur l’évapotranspiration et la température Ex: plantation de conifères sur un pâturage L’albédo diminue Région tempérée => réchauffement car plus d’énergie est absorbée par la surface Baldocchi D. 2005. Lecture 7, Solar Radiation Région tropicale => refroidissement car plus d’énergie disponible pour la transpiration Exercice 3 Calcul de la température de la Terre… sans atmosphère Constante solaire: 1370 W m-2 La surface d’interception du rayonnement solaire par la Terre est un disque de surface: RT2 …et le rayonnement est réparti sur la surface total de la Terre soit 4 RT2 L’albédo du système terre-atmosphère est d’environ 30 % et s’il est à l’équilibre, toute l’énergie qui arrive repart. Exercice 3 Calcul de la température de la Terre… sans atmosphère Constante solaire: 1370 W m-2 L’albédo du système terre-atmosphère est d’environ 30 % et s’il est à l’équilibre, toute l’énergie qui arrive repart. RT2 •Quelle est la puissance reçue en moyenne par la surface terrestre? (prendre en compte le fait que la Terre est une sphère) •Écrire l’égalité traduisant l’équilibre entre énergie incidente (solaire) et énergie émise par la Terre. •Résoudre l’égalité pour obtenir la température de surface de la Terre hors action de l’atmosphère. 4 RT2 Bioclimatologie – ECEF2 Le rayonnement Rayonnement global diffus et direct Rayonnement global : rayonnement solaire arrivant sur les surfaces terrestres Temps clair : majorité de rayonnement direct Rg Temps nuageux : majorité de diffus Rg,direct Provient d’1 seule direction, celle du soleil Rg,diffus Diffusé par l’atmosphère, provient de l’hémisphère Rayonnement direct reçu par une surface plane Rayonnement diffus Exercice 4 Bilan radiatif d’une feuille isolée, sol peu couvrant Courtes longueur d’onde •Quels sont les apports d’énergie à la face adaxiale? •Quelles sont les pertes d’énergie vers le sol? •Quels sont les apports d’énergie à la face abaxiale? •Quelles sont les pertes d’énergie vers l’atmosphère? Eg Atmosphère Ta Grandes longueur d’onde •Quels sont les apports d’énergie à la face adaxiale? •Quelles sont les pertes d’énergie vers le sol? •Quels sont les apports d’énergie à la face abaxiale? •Quelles sont les pertes d’énergie vers l’atmosphère? •Écrire l’équation bilan du rayonnement net pour cette feuille Feuille af , tf , ef , Tf Sol as , ts , es , Ts Exercice 4 Bilan radiatif d’une feuille isolée, sol peu couvrant Eg Application numérique Eg= 830 W m-2 Ta= 293 K (20°C) Tf= 298 K (25°C) Ts= 303 K (30°C) es=0.95, ef=0.97 af= tf= 0.2 as= 0.15 Atmosphère Ta Feuille af , tf , ef , Tf Sol as , ts , es , Ts Bioclimatologie – ECEF2 Le rayonnement Climat radiatif à l’intérieur d’un couvert Rayonnement direct Rayonnement transmis La réalité est plus complexe… Rayonnement réfléchi Rayonnement diffus Rayonnement réfléchi par le sol Modélisation du climat lumineux : • modèles statistiques 1D, 3D • modèles de « lancer de rayons » Exercice 4 Bilan radiatif d’une feuille isolée, sol peu couvrant Eg Application numérique Eg= 830 W m-2 Ta= 293 K (20°C) Tf= 298 K (25°C) Ts= 303 K (30°C) es=0.95, ef=0.97 af= tf= 0.2 as= 0.15 Atmosphère Ta Feuille af , tf , ef , Tf Bilan net + 560 W m-2 Sol Pour échauffer la feuille de 1°C Il faut lui fournir 840 J m-2 Quel est l’échauffement attendu en 1 min ? as , ts , es , Ts Bioclimatologie – ECEF2 La température La température Bioclimatologie – ECEF2 La température La température Température = une grandeur qui permet de repérer l’énergie thermique d’un corps. Traduit la capacité du corps à céder ou recevoir de l’énergie thermique des corps environnants Echelles de température arbitraires Énergie thermique du grand corps (J) 25°C > Énergie thermique du petit corps (J) 25°C Bioclimatologie – ECEF2 La température Changements de température Echanges d’énergie thermique par rayonnement (infrarouges) par conduction • Dans milieu sans mouvement • Propagation de proche en proche Peu de temps après … par convection • • • • Transport de l’énergie thermique Par un fluide en mouvement Convection libre : provoqué par différences de densité à l’intérieur du fluide Convection forcée : provoquée par une force externe Montée de la particule d’air chaud par poussée d’Archimède Air frais Gradient thermique dilatation Sol chaud Molécule d’eau + H +H O - 20 000 KJ Capacité thermique 4200 kJ kg-1 K-1 Capacité thermique 2500 kJ kg-1 K-1 Conductivité thermique 0.580 W m-1 K-1 Conductivité thermique 0.026 W m-1 K-1 Liaisons hydrogène -+ + 1kg H2O Transfert de chaleur dans le volume Océan Sol 20 000 4 200 20 000 2 500 T↑ 4.8 K T↑8.0 K rapide lent 1kg sol Lewis Richardson “Leaves, when present, exert a paramount influence on the interchanges of moisture and heat. They absorb the sunshine and screen the soil beneath. Being very freely exposed to the air they very rapidly communicate the absorbed energy to the air, either by raising its temperature or by evaporating water into it.” From Richardson, L.F., 1922. Weather Prediction by Numerical Process. Richardson et al., 2013, AFM Devenir de l’énergie dans une forêt Forêt de Barbeau, le 5 juin 2013 600 Flux dans le sol (W/m²) Flux d’énergie 500 400 Chaleur latente (W/m²) 300 Chaleur sensible (W/m²) 200 Rayonnement net (W/m²) 100 0 0 5 -100 Forêt de Barbeau : www.barbeau.u-psud.fr 10 Heure 15 20 L’évaporation (de l’eau) est un processus endothermique Devenir de l’énergie dans une forêt Rayonnement net Flux de chaleur latente (évapotranspiration) Flux de chaleur sensible À l’échelle globale Évaporation = 76% du bilan net Forêt de Barbeau : www.barbeau.u-psud.fr 86% de l’évaporation est océanique ! Flux d'énergie (W/m²) 350 300 250 200 Energie solaire incidente (W/m²) 150 100 Energie terrestre émise(W/m²) 50 0 Rayonnement net (W/m²) -50 -100 -90 -60 -30 0 30 60 90 Latitude (°N) Les bilans radiatifs au pôle et à l'équateur sont différents. Le bilan est positif à l'équateur mais négatif aux pôles du fait de l'obliquité des rayons solaires: une même énergie lumineuse est répartie sur une plus grande surface au pôle Répartition des températures à la surface du globe Valeurs moyennes (T. atmosphérique) A 0 m d’altitude, H Nord : 13 °C (avec un écart de 14° d’écart entre les jours et les nuits) H Sud: 15 °C (avec 7 ° C d’écart) 1961-1990 Différence due : • Au gradient latitudinal de rayonnement solaire • à une inégale répartition des continents et océans. (L’eau a un fort pouvoir tampon thermique et les masses d’eau en circulation surtout abondantes dans l’H. Sud y répartissent mieux les températures) Répartition des températures à la surface du globe Gradient ~ 0.6 K / degré latitudinal Graph from http://www.roperld.com/science/PrecipLatitude _Longitude.htm Data from http://www.esrl.noaa.gov/psd/cgibin/data/timeseries/timeseries1.pl Répartition des températures à la surface du globe Valeurs extrêmes: Enregistrées à 0 m d’altitude: + 58 °C dans déserts du Mexique et de Lybie -78°C en Sibérie (et même – 88.3 °C en Antarctique) Oscillations (journalières, saisonnières) Importance selon proximité de l’océan Oscillations max jour/nuit (déserts: + 50°C/-10°C) Oscillations max saisons (région polaire, +15°C/-70°C) Bioclimatologie – ECEF2 Les précipitations Les précipitations Bioclimatologie – ECEF2 Les précipitations Les précipitations Précipitations = produits solides ou liquides qui résultent de la condensation de la vapeur d’eau Pluie Neige, grêle Rosée, givre Brume, brouillard Quantité atteignant le sol: mesurée comme l’épaisseur (hauteur) de la lame d’eau équivalente sur une surface horizontale Unité: hauteur en mm Précision: 0.1 à 0.2 mm par jour Mesure : Pluviomètres manuels Pluviomètres automatiques 1mm Hauteur de 1 mm : Volume 1*1000*1000 mm3 m-2 = 1 LITRE PAR M2 1m = 1000 mm 1m Bioclimatologie – ECEF2 Les précipitations Les précipitations: ordres de grandeur Pluviométrie minimale : ~0 mm an-1 dans certains déserts (Atacama, Sahara oriental…) Pluviométrie maximale : >12000 mm an-1 (côte colombienne, certaines régions d’Inde, sur la façade est du Piton de la Fournaise à la Réunion …) Record de pluviométrie annuelle : Charrapunji, Inde, mousson de 1860-1861 : 26461 mm ! Intensité de pluie : record d’intensité d’averse à Holt aux USA, 1947 : 305 mm en 42 min En France, pluviométries normales: • • • • 547 mm an-1 à Perpignan 670 mm an-1 à Paris 984 mm an-1 à Bordeaux 2046 mm an-1 au Mont Aigoual Rôle des circulations atmosphériques sur la répartition des précipitations Raven, Plant Biology, ed. 2007 Precip (mm / jour) Répartition des précipitations à la surface du globe Graph from http://www.roperld.com/science/PrecipLatitude _Longitude.htm Data from http://www.esrl.noaa.gov/psd/cgibin/data/timeseries/timeseries1.pl moyennes 1901-2010 http://kunden.dwd.de/GPCC/Visualizer moyennes 1901-2010 http://kunden.dwd.de/GPCC/Visualizer moyennes 1901-2010 http://kunden.dwd.de/GPCC/Visualizer moyennes 1901-2010 http://kunden.dwd.de/GPCC/Visualizer moyennes 1901-2010 http://kunden.dwd.de/GPCC/Visualizer moyennes 1950-2009 Carte de saisonnalité des précipitations (« precipitation concentration index ») avec pi= precipitation mensuelle (mm/mois) Fatichi et al., 2012, JoC Cortesi et al., 2012, NHESS Cortesi et al., 2012, NHESS Bioclimatologie – ECEF2 La pression atmosphérique La pression atmosphérique Bioclimatologie – ECEF2 La pression atmosphérique La pression atmosphérique Différences horizontales de pression => déplacements de masse d’air dans l’atmosphère Air atmosphérique : gaz parfait R = 8.314 J.mol-1K-1: constante des gaz parfaits P V n R T Loi de Dalton : mélange gazeux: PA = pa + e PA : pression atmosphérique pa : pression partielle de l’air sec e : pression partielle de la vapeur d’eau = « tension de vapeur » Unités de pression : Pression = force par surface Unité SI : 1 Pascal = 1 Newton par m2 1000 hPa = 105 Pa = 1 bar = 750 mmHg = 750 Torr Pression atmosphérique normale : 1013.25 hPa = 760 Torr Conditions normales: Au niveau de la mer latitude 45° température 0°C Mesures de pression : avec un baromètre (baros = poids en grec) T en K Composition de l’air sec Constituent Chemical symbol Mole percent Nitrogen N2 78.084 Oxygen O2 20.947 Argon Ar 0.934 Carbon dioxide CO2 0.04 Neon Ne 0.001818 Helium He 0.000524 Methane CH4 0.00017 Krypton Kr 0.000114 Hydrogen H2 0.000053 Nitrous oxide N2O 0.000031 Xenon Xe 0.0000087 Ozone* O3 trace to 0.0008 Carbon monoxide CO trace to 0.000025 Sulfur dioxide SO2 trace to 0.00001 Nitrogen dioxide NO2 trace to 0.000002 Ammonia NH3 trace to 0.0000003 Bioclimatologie – ECEF2 La pression atmosphérique La pression atmosphérique Variation de pression avec l’altitude : M g PA z PA,0 exp A R Ta z chez l’Homme Mt Blanc 85 Ranunculus glacialis La réduction de pression atmosphérique affecte peu la photosynthèse: • rapport CO2/O2 constant • densité stomatique en altitude • contact mésophylle / air accru en altitude thèse Constance Laureau, 2011 Bishop et al., 2015 Science Bioclimatologie – ECEF2 L’humidité atmosphérique L’humidité atmosphérique Bioclimatologie – ECEF2 L’humidité atmosphérique L’humidité atmosphérique Ordres de grandeur Formation de brouillard: humidité relative proche de 100% Climat tropical : souvent >95% Hiver, air très sec à Paris : minimale journalière de <30%, mais généralement >60% Air désertique : peut descendre <4% Importance Demande évaporative : gradient d’humidité entre le sol et l’air. Ouverture stomatique et production des plantes Absorption du rayonnement, effet de serre L’évaporation de l’eau utiliserait ~76% de l’énergie du rayonnement solaire Influence du VPD sur la conductance Granier et al., 1999 Bioclimatologie – ECEF2 L’humidité atmosphérique L’humidité atmosphérique Humidité relative : tension de vapeur saturante (mbar) La quantité de vapeur d’eau que l’air peut contenir avant condensation (saturation) dépend de la température ! ea Hr 100 eTa ea : tension de vapeur (pression partielle de la vapeur d’eau) e(Ta) : tension de vapeur saturante à Ta 50 40 l'eau liquide Calcul de la tension de vapeur saturante en fonction de la température (hPa): 30 20 T e(T ) 6.1078 exp 17.269 237.3 T e(Ta) ea 10 vapeur d'eau 0 0 5 10 Tr 15 Ta 20 température (°C) 25 30 Déficit de saturation = Vapour Pressure Deficit (hPa): VPD = e(Ta) - ea Tr : température de rosée : température à laquelle il faut abaisser l’air humide, à pression constante, pour que la tension de vapeur d’eau devienne saturante Exercice 5 Humidité atmosphérique Une masse d’air a une température de 30°C, et une humidité relative de 65% Calculer •La pression de vapeur d’eau dans l’air •La température du point de rosée Exercice 6 Humidité et transpiration Les feuilles d’ombre dans un couvert végétal ont une température d’équilibre proche du point de rosée. Quelle est la température vers laquelle elles tendent lorsque la température de l’air à leur niveau est égale à 27°C et l’humidité relative est de 65% ? Bioclimatologie – ECEF2 Représentation synthetique du climat Représentation synthétique du climat Bioclimatologie – ECEF2 Représentation synthétique du climat Représentation synthétique du climat Etude statistique des séries temporelles de variables météorologiques Caractérisation/classification du climat d’une région : Températures Diagrammes ombrothermiques Régime de précipitations Clinogrammes Types de climat : Océanique, méditerranéen, continental, désertique … Etablissement d’indices climatiques Indice pluviométrique Indice d’aridité de Martonne : IDM = P / (T+10) ; IDM<10 => climat aride Indice ombrothermique de Gaussen : Pmois/Tmois<2 => mois sec Moisture Index Indice CA de Turc… Etudes agroclimatiques Sommes de températures et développement des plantes Bioclimatologie – ECEF2 Représentation synthétique du climat Diagramme ombrothermique Précipitations mensuelles et températures mensuelles sur le même graphique Échelle des précipitations = 2 * échelle des températures P>100mm donc échelle/10 mars: P < 2*T : mois sec Exercice 7 – diagramme ombrothermique Bioclimatologie – ECEF2 Notions de biogéographie Bioclimatologie – ECEF2 Notions de biogéographie Biomes= principales sous-unités de la biosphère. Couverture végétale plus ou moins homogène. Plantes et animaux au sein d’un biome ont évolué selon la contrainte climatique (températures, précipitations). [classification… arbitraire] Raven, Plant Biology, 2007 Répartition des principaux biomes 60°N 30° N Éq. 30° S 60° S Carte des climats du monde Homologie des gradients thermiques… et des répartitions d’espèces (Humboldt, 19ème s.) altitude Gradient altitudinal ~ 0.6 K / 100 m Gradient latitudinal ~ 0.6 K / degré latitudinal Exercice 8. Pas de Taïga dans l’Hémisphère Sud. Pourquoi? Le climat n’est pas le seul facteur structurant… Nutrient availability = index calculated from of Soil texture, soil organic carbon, soil pH, total exchangeable bases (GAEZ model) Sols tropicaux anciens, faible disponibilité nutriments Sols tempérés plus jeunes (glaciations pléistocène : renouvellement des sols superficiels) Le climat n’est pas le seul facteur structurant… Détection satellitaire de feux : infra-rouge thermique + visible (fumée) Pausas & Ribeiro, 2013 GEB fin ! Merci à Claire Marsden pour le support d’origine du cours !
