Les variations temporelles du RS 1 Les conséquences de l`obliquité

Les variations temporelles du RS
1
L’obliquité de la terre
2
Les conséquences de l’obliquité
3
Conclusion
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Exercices
5
Les
varia)ons
temporelles
du
RS
L’obliquité
de
la
terre
Les
conséquences
de
l’obliquité
Conclusion
Exercices
Les cycles saisonniers
- le climat fluctue à divers échelles temporelles mais le premier forçage (et le plus
important) est celui des cycles saisonniers
- ce forçage est identique d’une année sur
l’autre et conditionne notamment les stades
phénologiques des plantes ….
- l’exemple ci-contre montre que la
variabilité inter-mensuelle est très forte
mais que la variabilité inter-annuelle est bien
plus faible = persistance des températures
d’une année sur l’autre (pour un même mois)
- mais l’amplitude de la variabilité saisonnière
des t° n’est pas la même en fonction de la
latitude…
carte temporelle des T° moyennes sur le NO
des Etats-Unis (en x sont représentés les mois
et les années en y)
Les
varia)ons
temporelles
du
RS
L’obliquité
de
la
terre
Les
conséquences
de
l’obliquité
Conclusion
Exercices
Les cycles saisonniers
- le maximum de RS incident au sommet de
l'atmosphère (> 500 W/m2) se décale du pôle
sud en décembre au pôle nord en juin
- l’hémisphère sud reçoit plus de RS que
l’hémisphère nord en décembre et
inversement en juin
- les valeurs sont quasi-constantes toute
l’année au-dessus de l’équateur
Évolution temporelle (moyenne mensuelle)
de la moyenne zonale du RS incident en
haute atmosphère (1), du RS incident en
surface (2) et du RS absorbé en surface (3).
Les valeurs sont en W/m² et ont été
moyennées sur la période 1958-2000
- l’évolution est quasi-identique pour les autres
champs climatiques (2 et 3)
- on remarque toutefois que le RS absorbé en
surface (c'est-à-dire la quantité d'énergie qui
va servir par exemple à échauffer le sol) n'est
pas maximal à l’équateur mais plutôt vers
25°-30°S en décembre/janvier et vers
25°-30°N en juin/juillet
Les
varia)ons
temporelles
du
RS
L’obliquité
de
la
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Les
conséquences
de
l’obliquité
Conclusion
Exercices
Le RS absorbé en surface…
- décroissance latitudinale de part de
d’autre d’un maximum (>240 W/m2)
situé vers 30°S en janvier et vers 30°N
en juillet
- décroissance plus forte dans l’HN en
janvier et dans l’HS en juillet
- maximas dans l’HN en juillet localisés
sur les continents
- l’origine de ce forçage climatique est
l’obliquité de la terre par rapport à son
axe de rotation…
Les
varia7ons
temporelles
du
RS
L’obliquité
de
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conséquences
de
l’obliquité
Conclusion
Exercices
L’obliquité de la terre….
- rotation de la terre sur elle-même selon l’axe des pôles en 23h56 min. Cette rotation
ne se fait pas dans un plan parallèle au plan de l’écliptique (plan de la révolution de
la terre et des autres planètes du système solaire) mais dans un plan incliné de 23°27’
- cet et angle définit l’obliquité
- l’obliquité correspond donc à l’angle entre le plan équatorial terrestre et le plan de
l’écliptique (23°27’)
- (90°- obliquité) = latitude des cercles polaires (=66°33’)
- latitudes des tropiques nord (tropique du Cancer) et sud (tropique du Capricorne)
= 23°27’
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conséquences
de
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Conclusion
Exercices
La révolution de la terre autour du soleil….
- année solaire de 365.25 jours = 1 tour complet autour du soleil (148-152 millions
de km). Les 6 heures restantes se rattrapent lors des années bissextiles
- seule Pluton ne suit pas le plan de l’écliptique (déclassée en 2008 du système solaire)
Les
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Conclusion
Exercices
- les équinoxes = moments de l’année (21/3 et 23/9) où le cercle d’illumination se
confond avec l’axe des pôles. Cela correspond au moment de l’année où le jour dure
12h partout et ou le soleil est à 90° au-dessus de l’horizon à l’équateur
- les solstices = moment de l’année (21/6 et 22/12) où l’angle entre le cercle d’illumination
et l’axe des pôles est maximal (23°27’) = moment où le soleil est à 90°
au-dessus de l’horizon à 12h solaires au-dessus du Tropique Nord (21/6) et du
Tropique sud (22/12)
Les
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L’obliquité
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conséquences
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l’obliquité
Conclusion
Exercices
- aphélie = moment où la terre est la plus éloignée du soleil (3/7)
- périhélie = moment où la terre est la plus proche (3/1)
- ces différences (périhélie et aphélie) n’expliquent en aucun cas les variations
saisonnières (ces dates changent au cours du temps (un tour complet en 20000 ans
environ)
- elles sont à l’origine du fait que le RS incident au-dessus de l’HS fin décembre soit
un peu plus important que le RS incident au-dessus de l’HN fin juin
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Conclusion
Exercices
L’exemple du solstice du 22 décembre….
cercle polaire 0°
tropique nord 43°06’
équateur 66°3’
tropique sud 90°
cercle polaire 46°54’
pôle 23°27’
cercle d’illumination
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Conclusion
Exercices
Les variations temporelles de l’angle d’incidence et de la longueur du jour…
Angle d’incidence des rayons à 12h locales
- les valeurs de l’angle d’incidence à 12h solaires (=i) à la latitude L peuvent être
calculés par:
si la déclinaison et la latitude sont dans 2 hémisphères différentes
si la déclinaison et la latitude sont dans la même hémisphère
- la déclinaison solaire ( ) désigne la latitude où le soleil est à 90° au-dessus de
l’horizon et est négative quand elle se place dans l’HS
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l’obliquité
Conclusion
Exercices
- |x| signifie la valeur absolue de x (par exemple |-3|=3)
- la déclinaison solaire (δ) désigne la latitude où le soleil est à 90° au-dessus de
l'horizon et est négative (comme la latitude) quand elle se place dans l’hémisphère
sud
- par exemple, pour le 22/12 ; δ = - 23°27’S à 12 h locales, la hauteur du soleil à
• 30°N sera égale à
i = 90°-|23°27' + 30°|= 90° - 53°27' = 36°33’
• 30°S (-30°), sera égale à
i = 90°-[23°27' - 30°|= 90° - 6°33' = 83°27’
• pôle sud (-90°), sera égale à
i = 90°-|23°27' - 90°|= 90° - 66°33' = 23°27’
- quand i est négatif, cela signifie bien entendu qu'il est sous l'horizon et qu'il fait
donc nuit ; par exemple le 22/12 à 70°N ;
i = 90° - |23°27' + 70°| = 90° - 93°27' = -3° 27’
Les
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temporelles
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l’obliquité
Conclusion
Exercices
Les variations temporelles de la déclinaison solaire…
varie de 23°27’N (Tropique du Cancer) au solstice du 21/6 à 23°27’S (tropique
du Capricorne) au solstice du 22/12 et vaut 0° au moment des deux équinoxes (21/3
et 23/9)
Les
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l’obliquité
Conclusion
Exercices
Il y a de fortes variations temporelles en raison de l’obliquité. Si l’obliquité était nulle,
le cercle d’illumination serait toujours aligné avec l’axe des pôles et le jour durait tout
le temps 12 heures à toutes les latitudes. Mais comme l’obliquité = 23°27’, le cercle
d’illumination ne correspond à l’axe des pôles qu’aux équinoxes. Aux solstices, le
cercle d’illumination fait un angle de 23°27’ avec l’axe des pôles et le jour dure alors
au moins 24 heures au sud…
Durée du jour entre le lever et le coucher du soleil
Les
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l’obliquité
Conclusion
Exercices
- à l’équateur, le soleil est toujours haut dans le ciel (jamais moins de 66°33’) et le jour
dure donc 12 h toute l’année
- aux tropiques, la durée du jour varie peu…
- à 90°N et S: une nuit de 6 mois entre l’équinoxe d’automne et de printemps succède à
une journée de 6 mois entre l’équinoxe de printemps et l’équinoxe d’automne
- au niveau des cercles polaires, une nuit de 24h et une illumination continue de 24h
aux solstices d’hiver et d’été
- aux latitudes moyennes, la durée du jour varie moins qu’au niveau de la zone polaire
mais plus qu’au niveau de la zone tropicale
- ces variations sont la cause primordiale des variations saisonnière des températures
- d’autres facteurs comme la couverture nuageuse ou neigeuse peuvent atténuer ou
amplifier ces variations saisonnières…
Les
varia7ons
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L’obliquité
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l’obliquité
Conclusion
Exercices
À retenir…
 l’obliquité se définit par l’angle entre le plan équatorial terrestre et le plan de l’écliptique
( = plan de révolution de la terre et des autres planètes du système solaire – sauf
Pluton)
 l’obliquité entraîne des variations dans le RS incident au cours de l’année en
modifiant l’angle d’incidence des RS et la durée du jour. Les variations sont
minimales à l’équateur (jours de 12 heures toute l’année) et augmentent avec la
latitude
 la zone polaire connaît des nuits de 24h et une journée de 24h (aux solstices à 66°33’
de latitude), mais le soleil ne monte jamais très haut dans le ciel
 moyennes latitudes: l’hiver connaît des jours brefs et un soleil bas tandis que l’été
est caractérisé par des jours longs et un soleil haut dans le ciel
Les
varia7ons
temporelles
du
RS
L’obliquité
de
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conséquences
de
l’obliquité
Conclusion
Exercices
• Est-ce que la distance terre-soleil est constante toute l'année ? Est-ce que ce
paramètre joue un rôle dans les variations saisonnières de RS incident à une latitude
donnée ?
• Calculez l’angle d’incidence des rayons solaires à 12 h solaires (13h légales en
hiver et 14h légales en été à la latitude d’Aix en Provence ou de Marseille) les 22/12,
21/3, 21/6 et 23/9
• Sachant que la déclinaison vaut 20°30’S le 21 novembre, calculez la latitude à partir
de laquelle le soleil n’apparaît plus dans le ciel au cours de la journée, c’est-à-dire que
la hauteur du soleil à 12 h légales y est égale à 0 ; faîtes le même calcul pour le 10
avril (d = 7°42’N) ]
• Parmi les affirmations suivantes, lesquelles sont vraies ?
- Il y a 6 mois de jour et de nuit continue au nord du cercle polaire arctique ?
- La longueur du jour ne varie pas au cours de l’année à l’équateur ? Les équinoxes
sont les deux seules dates de l’année où le jour (et la nuit) durent 12 heures partout
sur la terre ?
- La rotondité de la terre est le principal facteur du balancement saisonnier ?
- La longueur du jour le 23 août est maximale au pôle nord ?
- Le jour est plus long à 60°N qu’à 25°S le 12 septembre ?
- Le soleil est plus haut à 60°N qu’à 25°S le 12 septembre à 12 h locales ?
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Exercices
• Commentez les cartes ci-dessous
(les valeurs sont en W/m2)
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L’obliquité
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l’obliquité
Conclusion
Exercices
• Commentez les cartes ci-contre (les valeurs sont en mm)
Les
varia7ons
temporelles
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L’obliquité
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conséquences
de
l’obliquité
Conclusion
Exercices
• Déterminez pour chacune de ces courbes la saison hémisphérique (hiver ou été)
des températures mensuelles moyennes latitudinales planétaires.