plan de cours

UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À MONTRÉAL
Département des sciences de la Terre
PLAN DE COURS
SESSION AUTOMNE 2002
SCA 3641 (10)
MÉTÉOROLOGIE PHYSIQUE
Mardi de 9h à 10h30 et de 11h à 12h30
Local: PK-2675
Chargée de cours: Eva Monteiro
Courriel : [email protected]
Tél.: 987-3000 (6807#)
OBJECTIFS DU COURS :
Cours de base, appliquant la thermodynamique et les lois de la radiation
système thermodynamique "air atmosphérique ".
DESCRIPTION
Révision de la thermodynamique classique. L’eau dans ses diverses phases.
Équation de Clausius Clapeyron. Paramètres de mesure de la vapeur d’eau de
l’air atmosphérique. Atmosphère sèche et saturée.
Procédés thermodynamiques dans l’atmosphère. Diagrammes aérologiques.
Stabilité thermique de l’air. Mélange vertical et horizontal.
Formation des nuages et de la précipitation. Condensation homogène et
hétérogène. Croissance des gouttes et cristaux par diffusion et coalescence.
Processus de Bergeron. Équation de croissance stochastique. Types de
précipitations.
Lois de la radiation. Radiation solaire et terrestre. Absorption, diffusion et
émission radiative dans l’atmosphère. Bilan radiatif.
MÉTHODE PÉDAGOGIQUE :
Cours magistraux et travaux pratiques
RÉFÉRENCES
Notes de cours, Enrico Torlashi
Notes de cours, Eva Monteiro
Atmospherics Thermodynamics , J.V. Iribarne and W.L Godson
Fundamentals of Atmospheric Dynamics and Thermodynamics: C.A. Riegel
Atmospheric Science. An introductory Survey, J.M. Wallace and P.V. Hobbs
Thermodynamics of Atmosphere and Oceans, Judith Curry and Peter J. Webster
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MÉTHODE D’ÉVALUATION :
Travaux pratiques : 25 %
Premier examen (Thermodynamique de l’atmosphère) : 25 %
Deuxième examen (Physique des nuages) : 25 %
Troisième examen (Radiation ) : 25 %
PLAN DU COURS :
Thermodynamique de l’atmosphère
1. Composition de l’atmosphère
2. Loi des gaz parfaits
2.1 Constante universelle des gaz
2.2 Vapeur d’eau
3. Mélange de gaz parfaits
3.1 Air sec
3.2 Air humide
4. Premier principe de la thermodynamique
4.1 Loi de Joule. Expansion dans le vide
4.2 Coefficients de chaleur spécifique
4.3 Coefficients de chaleur latente
4.4 Enthalpie
5. Procédés adiabatiques
5.1 Définition de parcelle d’air
5.2 Température potentielle
6. Deuxième principe de la thermodynamique
7. Diagrammes thermodynamiques
7.1 Le téphigramme
8. Transition de phase de l’eau. Équation de Clapeyron
8.1 Notion de sursaturation
9. Humidité dans l’air
9.1 Rapport de mélange
9.2 Humidité spécifique
9.3 Humidité relative
10. Processus thermodynamiques dans l’atmosphère
10.1 Propriétés de l’air humide sous-saturé
10.2 Refroidissement isobare
10.3 Processus isenthalpiques
10.4 Expansion adiabatique dans l’atmosphère
11 Stabilité statique
11.1 Équation hydrostatique
11.2 Taux de refroidissement adiabatique
11.3 Méthode de la parcelle d’air
11.4 Critère de stabilité statique
11.5 Instabilité latente
11.6 Travail par unité de masse de la force de poussée
11.7 Niveau de condensation convective (NCC)
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Physique des nuages
1. Formation des nuages
2. Formation des précipitations
3. Microstructure des nuages et des précipitations
3.1 Nuage
3.2 Brouillard
3.3 Pluie
3.4 Neige
3.5 Grêle
4. Formation des gouttelettes des nuages
4.1 Énergie de Gibbs
4.2 Nucléation homogène
4.3 Nucléation hétérogène
4.4 Les noyaux de congélation dans l’atmosphère
5. Croissance des gouttelettes dans les nuages chauds
5.1 Croissance par diffusion
5.2 Croissance d’une population de gouttelettes
6. Formation de la précipitation dans les nuages chauds
6.1 Collision
6.2 Coalescence
6.3 Collection
6.4 Croissance par collection continue
6.5 Croissance stochastique
7. Formation des cristaux de glace
7.1 Énergie de Gibbs
7.2 Nucléation homogène
7.3 Nucléation hétérogène
7.4 Les noyaux de congélation dans l’atmosphère
8. Croissance des particules de glace
8.1 Croissance par diffusion
8.3 Croissance par givrage
8.4 Croissance par agrégation
9. Formation de la précipitation dans les nuages
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Radiation
1. Principes de transfert radiatif
1.1 Spectre électromagnétique
1.2 Absorption et émission par les molécules
1.3 Caractéristiques du champ radiatif
1.4 Lois fondamentaux du rayonnement thermique
1.5 Émissivité et absorptivité
1.6 Loi de Beer
1.7 Diffusion
1.8 Extinction
1.9 Équation de Schwarzchild
1.10 Équation de transfert radiatif pour un champ stationnaire
2. Le rayonnement solaire, atmosphérique et terrestre
2.1 Le Soleil, source d’énergie
2.2 Rayonnement solaire
2.3 Rayonnement terrestre et atmosphérique
2.4 Spectres d’absorption
2.5 Rayonnement diffus
2.6 L’effet de serre
2.2 Le bilan énergétique dans l’atmosphère