Chapitre IV (Fin)

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