météo 2 - propriétés des masses d`air

METEOROLOGIE
ETUDE DES PROPRIÉTÉS
D’UNE MASSE D’AIR ET
APPLICATION À LA
MÉTÉOROLOGIE LOCALE
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JOMARD François
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Alsace BIA
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- Comprendre les lois physiques
qui régissent la météorologie.
- Les appliquer à la météorologie
locale
Objectif :
METEOROLOGIE
©"François"Jomard
PROPRIÉTÉS DES MASSES D’AIR
Les transformations que peut subir une masse d’air
peuvent se résumées à 4 règles que nous allons étudier.
©"François"Jomard
DÉPLACEMENT DES MASSES D’AIR
Comment se déplacent les masses d’air
de températures différentes ?
Les montgolfières gonflées à l’air chaud s’élèvent... de
même que les fumées chaudes d’usine, d’une bougie...
L’air chaud s’élève!
©"François"Jomard
DÉPLACEMENT DES MASSES D’AIR
L’air chaud s’élève, mais pourquoi ?
On place une bouteille plastique vide fermée hermétiquement dans
un congélateur, que se passe-t-il ?
L’air chaud s’élève, l’air froid descend
Règle 1
L’air froid prend moins de place que l’air chaud...
La poussée d’Archimède impose au
corps le plus dense de descendre et au
corps le moins dense de monter (idem
que le mélange huile-eau)
La bouteille s’écrase sur elle-même.
L’air froid est donc plus dense que l’air chaud.
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DÉPLACEMENT DES MASSES D’AIR
Que se passe-t-il lorsqu’une masse d’air s’élève ?
Expérience
Dans une bouteille, on place un thermomètre
avant d’y faire le vide. Qu’observe-t-on ?
La température diminue
Ainsi, lorsqu’une masse d’air s’élève, la pression
atmosphérique diminuant, sa température diminue.
En s’élevant, la température d’une masse d’air diminue
Règle 2
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RELATION HUMIDITÉ-TEMPÉRATURE
Air chaud Air froid
La densité plus faible et l’agitation
moléculaire importante
permettent de contenir
beaucoup d’eau à l’état gazeux.
La forte densité de l’air froid et
sa faible agitation moléculaire ne
lui permettent de stocker que
très peu d’eau à l’état gazeux.
Une masse d’air chaude peut contenir plus d’eau à l’état gazeux
qu’une masse d’air froide.
Règle 3
Eau à l’état
gazeux.
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Quantité d’eau dans l’air
en g/m3
Température
Courbe de saturation de l’eau
RELATION HUMIDITÉ-TEMPÉRATURE
Quantité d’eau que
peut contenir l’air
20°C
10°C
20 g/m3
10 g/m3
©"François"Jomard
CRÉATION DES NUAGES
A partir d’une masse d’air, comment créer un nuage ?...
Reprenons notre bouteille d’eau vide et plaçons la au
réfrigérateur...
Il apparait à l’intérieur de la bouteille de la buée de
condensation : l’eau à l’état gazeuse est passée à l’état liquide.
diminution de température
20°C 10°C
gouttelettes
L’air ne pouvant plus contenir toute l’eau, celle-ci condense. Un
nuage n’est qu’un ensemble de gouttelettes d’eau en suspension...
Un nuage se crée par refroidissement d’une masse d’air
Règle 4
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Quantité d’eau dans l’air
en g/m3
Température
Courbe de saturation de l’eau
RELATION HUMIDITÉ-TEMPÉRATURE
Zone saturée
H=100%
création de nuage
Zone non saturée
pas de nuage
Quantité d’eau que
peut contenir l’air
20°C
10°C
20 g/m3
10 g/m3
Apparition
du nuage
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RÉCAPITULATIF
1 - L’air chaud s’élève, l’air froid descend.
2 - En s’élevant, la température d’une masse d’air
diminue.
3 - Une masse d’air chaude peut contenir plus
d’eau à l’état gazeux qu’une masse d’air froide.
4 - Un nuage se crée par refroidissement d’une
masse d’air.
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CRÉATION DES NUAGES
Compilation des différentes règles
05h00
8°C
H=100%
Brouillard...
On peut créer un nuage
par refroidissement à
pression constante.
20h00
20°C
H=60%
nuit...
8°C H=100%
20°C H=60%
nuage...
montée en altitude
En s’élevant, la température
d’une masse d’air diminue
Règle 2
Un nuage se crée par
refroidissement d’une masse d’air
Règle 4
Un nuage se crée par
refroidissement d’une masse d’air
Règle 4
On peut créer un nuage en élevant
une masse d’air en altitude.
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MÉTÉOROLOGIE LOCALE
+ + +
35°C
20°C
- - -
Brise de mer
La brise de mer s’établit l’après midi lorsque la
terre se réchauffe plus vite que la mer. Elle souffle
de la mer vers la terre.
La brise de mer
Après-midi bord de mer
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MÉTÉOROLOGIE LOCALE
+ + +
15°C
20°C
- - -
Brise de terre
La brise de terre s’établit la nuit lorsque la terre se refroidit
plus vite que la mer. Elle souffle de la terre vers la mer.
La brise de terre
Bord de mer la nuit
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MÉTÉOROLOGIE LOCALE
La brise de vallée
Après-midi en montagne
+
+
+
+
La brise de vallée montante s’établit en début d’après-midi,
lorsque les pics rocheux chauffent plus vite que les fonds de
vallées. La brise remonte la vallée.
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MÉTÉOROLOGIE LOCALE
La brise de vallée montante
fin de soirée en montagne
La brise de vallée descendante s’établit en fin de soirée,
lorsque les pics rocheux refroidissent plus vite que les fonds
de vallées. La brise redescend la vallée.
---
©"François"Jomard
MÉTÉOROLOGIE LOCALE
La convection
La surface terrestre est un assemblage de surfaces
différentes (champs, forêts, villes...) qui ne
s’échauffent pas de la même manière.
++ ++
- - -
Il y a donc des zones d’ascendance et de descendance
Zone d’ascendance
appelée Thermique
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MÉTÉOROLOGIE LOCALE
Création de nuages par convection
+++
Règle 1 : l’air chaud monte
Règle 2 : en montant il refroidit
Règle 3 : l’air froid peut contenir
moins d’eau que l’air chaud
Le nuage se crée lorsque l’air a
suffisamment refroidi!
Il se forme alors un nuage de convection (blanc joufflu)
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MÉTÉOROLOGIE LOCALE
+ + +
35°C
20°C
- - -
Brise de mer
Associés à la brise de mer, des nuages se forment
le long des côtes sur la terre.
Nuages associés à la brise de mer
Après-midi bord de mer
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MÉTÉOROLOGIE LOCALE
Brumes et brouillards
Les brumes et brouillards sont des nuages qui se créent à la
surface de la terre. Etudions leur formation...
BRUME
Visibilité entre 1Km et 5Km
BROUILLARD
Visibilité inférieure à 1Km
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MÉTÉOROLOGIE LOCALE
Brouillard de rayonnement
20h00
20°C
H=60%
00h00
15°C
H=80%
05h00
8°C
H=100%
Durant la nuit, la terre rayonne et se refroidit. La
couche d’atmosphère en contact avec le sol se
refroidit aussi, jusqu’à atteindre la saturation en vapeur
d’eau : c’est le brouillard de rayonnement.
Il ne peut pas apparaitre en présence de vent. Epaisseur de 1
à 100 m et disparait lorsque la température augmente.
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MÉTÉOROLOGIE LOCALE
Brouillard d’advection
Une masse d’air chaude et humide arrive sur un sol froid
(ou mer) et se refroidit par la base. En refroidissant, il se
sature en eau, d’où apparition de brouillard.
Masse d’air chaude
et humide
Sol froid
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MÉTÉOROLOGIE LOCALE
Brouillard de pente
Vent
15°C
H=80%
Déplacement
10°C
H=100%
Une masse d’air humide est poussée par le vent sur une
pente douce. En montant, la masse d’air se détend, sa
température diminue donc. Il y a ensuite condensation.
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MÉTÉOROLOGIE LOCALE
Brouillard d’évaporation
Vent
T = 0°C
H=80%
Température du lac = 10°C
Le lac étant plus chaud que la masse d’air, l’eau s’évapore
et augmente le taux d’humidité de la masse d’air jusqu’à
saturation. Ce brouillard apparait donc par apport d’eau.
Evaporation
H=100%
Condensation
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MÉTÉOROLOGIE LOCALE
Brouillard de mélange
Le fort vent et la turbulence permettent un mélange
homogène des 2 masses d’air. Les 2 apports d’humidité
amènent à la saturation et au brouillard.
Ce brouillard est assez rare.
Masse d’air chaude
très humide Masse d’air froide
très humide
fort vent
turbulence
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Quantité d’eau dans l’air
en g/m3
Température
Zone saturée
H=100%
création de nuage
Zone non saturée
pas de nuage
Quantité d’eau que
peut contenir l’air
MÉTÉOROLOGIE LOCALE
Brouillard de mélange
Masse d’air froid
très humide
Masse d’air chaude
très humide
Nouvelle masse d’air saturée
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MÉTÉOROLOGIE LOCALE
Variation de la température durant la journée
0hZenith
+2h
Lever soleil
+30min
coucher
soleil
0h
Température
T mini
T max
Zenith : moment de la journée où le soleil est au plus
haut dans le ciel.
©"François"Jomard

MÉTÉOROLOGIE LOCALE
Variation de la température durant la journée
0h
Zenith
+2h
Lever
soleil
+30min
coucher
soleil
0h
Température
T mini
T max
Ceci explique pourquoi le brouillard apparait souvent au
lever du jour et disparait dans la journée.
Il explique aussi pourquoi les brises s’établissent en
début d’après-midi.
©"François"Jomard