Circulation atmosphérique des cellules de Hadley Réchauffement différentiel : force de gradient de pression et mouvement horizontal - la brise de mer transport de l’énergie calorifique entre l’équateur et les zones subtropicales (~30o N et S) – angle d’incidence H B – l’air est beaucoup plus chaud à l’équateur qu’à ~30oN et S de latitude l’air très chaud à l’équateur aura tendance à devenir instable et léger – baisse de densité et de pression interne Chaud l’air s’élève : courant de convection ascendant d’air chaud et instable – basse pression à la surface près de l’équateur B Terre Loi de gaz parfaits P = S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 40 Froid Eau ρ rT S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 41 Mouvements horizontaux: Brise de mer Mouvements horizontaux: Brise de mer Néanmoins, à des altitudes plus élevées (à environ 1000-2000m) la pression de l’air chaud est plus élevée que celle mesurée à la même altitude pour l’air froid sur la mer. Á cause du bilan hydrostatique, la diminution de la pression avec l’altitude est plus rapide dans de l’air froid que dans de l’air chaud. Une situation inverse se crée pendant la nuit à cause du refroidissement plus rapide du sol par rapport à l’eau. L’eau se retrouve donc à une température plus élevée que le sol. Il en va de même pour la colonne située sur la mer par rapport à celle sur terre. Puisque un fluide doit s’ajuster en présence d’une différence de pression (gradient de pression), un flux d’air se crée depuis les hautes pressions vers les basses pressions : en altitude l’air se dirige des terres vers la mer, et de la mer vers la terre à la surface. Le cycle est fermé par une ascendance d’air au niveau de la colonne d’air chaude et une descente dans la colonne d’air plus froide (sur la mer). S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 42 S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 43 1 Variation de l’élévation des surfaces isobares selon la latitude au niveau de la tropopause. 12 km Comment l’atmosphère voudrait agir pour transporter l’excès de chaleur vers les hautes latitudes … (cellules de Hadley, 1735) 2 1 5.5 km ~ 5 km 20 50 a KP H B KPa 2 km 80 KPa 100 KPa Pôle Nord 1 90° N Pression relativement haute ~ 5 km 40° N 2 0° surface Équateur Pression relativement basse ~ 5 km Pas de rotation de la Terre!!!! S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 44 … mais la Terre tourne et elle est couverte de bassins océaniques et de continents, et donc la circulation qui en résulte est beaucoup plus compliquée : S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 45 Force de Coriolis – porte le nom du mathématicien G.G. Coriolis • Elle n’est pas vraiment une force physique « réelle » • une force ressentie par tout objet en mouvement dans un repère (support) tournant • La terre tourne: cause une déviation de la direction du vent horizontal (rotation locale) S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 46 S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 47 2 Expérience concrète de la force de Coriolis Taux de rotation de la Terre 360°/jour (toutes les latitudes) Toutes latitudes se déplacent à la même vitesse angulaire : d’Ouest en Est = 360°/24 heures = 360°/86164 secondes 2π radians = 360° 2π radians /86164 secondes • = 2 x 3.1416 / 86164 radians s-1 = 7.29 x 10-5 radians s-1 • • S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 48 Toutes les latitudes se déplacent à la même vitesse angulaire : d’ouest en est – 360° jour-1 = 7.29 x 10-5 radians s-1 forme sphérique de la terre – la circonférence de la Terre varie selon la latitude circonférence de la Terre à l’équateur : 40000 km – 40 000 km/24 heures = 1670 km/h circonférence de la Terre à 60°° N : 20,000 km – 20,000 km/24 heures = 835 km/h S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 49 Inversement – un objet se déplaçant vers l’équateur (hémisphère nord) la vitesse linéaire de déplacement varie selon la latitude – la vitesse linéaire de déplacement d’Ouest en Est est plus grande à l’équateur et diminue vers les pôles un objet à l’équateur possède une vitesse initiale vers l’Est de 1670 km/h si cet objet se déplace vers le pôle nord: – sa vitesse initiale vers l’est par rapport à la latitude cible est moins grande – cette vitesse vers l’est par rapport à la latitude cible (ex : 60°° N = 835 km/h) est plus grande – l’objet semble être déplacé vers la droite (vers l’ouest) – l’objet semble être accéléré vers la droite (vers l’est) – déviation du vent vers la droite (H.N.) – déviation du vent vers la droite (H.N.) S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 50 S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 51 3 Force de Coriolis et Vent nord/sud Déviation des vents horizontaux Règle générale (Coriolis) Les vents sont déviés vers la droite dans l’hémisphère nord (rotation horaire) Les vents sont déviés vers la gauche dans l’hémisphère sud (rotation antihoraire) Peu importe la direction du vent : du nord au sud, du sud au nord, d’ouest en l’est, d’est en ouest S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 52 Vent géostrophique Hémisphère Nord S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 53 Vent géostrophique Mouvement final Mouvement initial S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 54 S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 55 4 Force de frottement Force de frottement force agissant sur le vent près de la surface (~ 2 km) cisaillement avec la surface rugueuse du sol ralentissement de la vitesse du vent diminution de la force de Coriolis et donc de l’amplitude de déviation vers la droite Fpression > Fcoriolis : le vent traverse les isobares l’angle varie en fonction de la surface – surface lisse (océans) : 15° à 25° – surface rugueuse (continents) : 30° à 40° S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 56 S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 57 Vents - cycloniques/anticycloniques Vents - cycloniques/anticycloniques S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 58 S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 59 5 Circulation atmosphérique des cellules de Hadley (2 cellules avec la rotation de la Terre !) Plan du chapitre Rappel sur la composition de l’atmosphère Au niveau de la tropopause, près de l’équateur Comprendre comment la pression et la température atmosphérique sont reliées entre elles Établir les forces motrices responsables du mouvement de l’air • • • • l’air se déplace à partir de l’équateur vers les pôles l’influence du refroidissement se fait de plus en plus sentir l’influence de la force de Coriolis commence à affecter de plus en plus la direction du vent vent déporté sur la droite (HN) ou sur la gauche (HS) Avoir une idée de la circulation générale de l’atmosphère (essentiellement horizontale) au niveau de la mer (surface) et au niveau de la tropopause Évaluation du mouvement vertical atmosphérique S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 60 Près de 30° N et S, les vents en altitude soufflent dans une direction plus ou moins parallèle à des cercles de même latitude (i.e parallèle) S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 61 Circulation de Hadley dans les tropiques Rupture dans le déplacement de l’air en direction des pôles – accumulation d’air à ~30° N et S L’air froid aura tendance à descendre (subsidence) vers la surface Création des zones de haute pression à la surface aux latitudes ~30° N et S La circulation tropicale est donc caractérisée par un « rouleau » de part et d’autre de l’Équateur météorologique. Sans rotation de la terre, ce courant serait confiné à un plan nordsud. S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 62 S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 63 6 Force de Coriolis et circulation de Hadley Cellules de Hadley et conditions de surface Force de Coriolis: Déviation des vents sur la droite dans l’hémisphère nord L’air se refroidit et s’assèche Subsidence d’air sec Climat sec désertique Ascendance d’air humide Climat chaud et humide S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 64 Cellules de Hadley et conditions de surface S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 65 Organisation de la circulation atmosphérique Nord S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 66 S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 67 7 Organisation de la circulation atmosphérique Mouvements de l’air sur une Terre qui tourne Mouvements de l’air sur une Terre qui ne tourne pas S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 68 Les nuages de la zone de convergence intertropicale Images infrarouge Meteosat 2 février 1989 Dans la région équatoriale au niveau de la mer zones de basses pressions à l’équateur zones de hautes pressions près de 30° N et S – pas des zones continues, mais plutôt des cellules sous l’influence de la force du gradient de pression: – le vent se dirige vers l’équateur – la force de Coriolis provoque une déviation sur la droite (HN) ou sur la gauche (HS) les alizés (nord-est) et (sud-est) S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 69 Précipitations annuelles 22 juillet 1989 S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 70 S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 71 8 Variations suivant la longitude: circulation de Walker dans les tropiques Variations suivant la longitude: circulation de Walker dans les tropiques Distribution non homogène des terres et mers Cumulo-nimbus S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 72 Contrastes continents océans et circulation atmosphérique (moussons) S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 74 S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 73 Contrastes continents océans et circulation atmosphérique (moussons) S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 75 9 Moyennes latitudes: Fronts et ondulations du courant-jet Passages dépressionnaires • Liés à l’instabilité de l’atmosphère • Instabilité maximale le long du courant-jet, là où les gradients méridiens de température sont les plus forts (instabilité barocline) • Au-dessus de l’océan, disponibilité en eau Comment une divergence ou une convergence en altitude entretient une circulation cyclonique ou anticyclonique au sol S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 76 S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 77 C4 i! Fin S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 78 10