l`air froid

Rappel du cours du 17/11
- la circulation atmosphérique extra-tropicale est influencée par (1) l’existence de gradients
thermiques méridiens et continent/océan importants et (2) l’intensité de la force de Coriolis
- les échanges de chaleur dans la zone extra-tropicale se font principalement par les perturbations
tempérées. Elles correspondent à une confrontation de masses d’air thermiquement contrastées.
La masse d’air chaud et humide est soulevée par l'air froid antérieur et postérieur, vers le centre
d’une dépression mobile, dont la trajectoire (en général vers l'est) est déterminée par la circulation
atmosphérique générale
- la formation des perturbations s’effectue sur des fuseaux particuliers, là où le gradient thermique
horizontal et/ou vertical est particulièrement fort (en moyenne sur la bordure est des continents et la
bordure ouest des océans extra-tropicaux, soit entre le sud du Groënland, le NE des USA et le
Canada oriental dans l'Atlantique Nord). Leur cycle de vie de quelques jours se termine quand la
totalité de l’air chaud a été rejeté en altitude
- les perturbations tempérées sont plus intenses en hiver mais l’intérieur des continents peut
être alors abrité de leur influence par des anticyclones thermiques
- la circulation océanique doit être divisée entre les premiers dizaines de mètres en surface
(influencés par le vent) et la profondeur, de quelques dizaines de mètres à plusieurs kilomètres
(influencés par les gradients thermiques et de salinité)
- à proximité de la surface, le vent entraîne l’eau avec une dissipation progressive de l’énergie en
raison de la friction de l’eau et une déviation de plus en plus prononcée vers le bas en raison de la
force de Coriolis (dérive d’Ekman). La température locale de l’eau dépend aussi du sens général
du courant marin
- les courants marins en surface sont en général 'froids' (par rapport à l'atmosphère susjascent) sur
l'est des océans tropicaux/subtropicaux et l'ouest des océans tempérés/subpolaires et 'chauds' sur
l'ouest des océans tropicaux/subtropicaux et l'est des océans tempérés/subpolaires
- en profondeur, la circulation thermohaline s’organise autour des cheminées convectives (vers le
bas) au nord de l’Atlantique Nord et autour de l’Antarctique
Correction du test n°3
1. Dans la liste suivante, quel est l'ordre causal correct permettant d'expliquer la direction et la force
du vent ?
Pression/Coriolis/Friction
- Pression/Coriolis/Friction
- Friction/Coriolis/Pression
- Pression/Friction/Coriolis
- Coriolis/Pression/Friction
2. Quelle est la valeur (à 1% près en hectoPascals) de la pression moyenne réduite au niveau de la
mer (vous ne devez répondre que par une seule valeur numérique sans unités) ? 1013.25
3. Quelle est la déviation imposée par la force de Coriolis dans l'hémisphère sud
gauche
(vers la ...) ?
4. Quelle est la direction moyenne des alizés dans l'hémisphère sud (vous devez choisir une seule
direction dans la liste suivante: N, S, W, E, NE, SE, NW, SW) SE
5. Quelle est la direction moyenne des Alizés au-dessus de l'archipel des îles Hawaï ? (vous devez
NE
choisir une seule direction dans la liste suivante: N, S, W, E, SE, NE, SW, NW)
6. Dans l'hémisphère sud, l'air tourne dans le sens des aiguilles d'une montre autour des
faux
anticyclones : Vrai/Faux ?
7. Une accélération du vent dans les basses couches induit une ascendance verticale à cet endroit :
faux
Vrai/Faux ?
8. L'anticyclone des Açores est un exemple d'anticyclone dynamique :
vrai
Vrai/Faux ?
9. En altitude, à peu près au-dessus de 3 km, quel est le facteur dominant de la géographie de la
pression ? (vous devez répondre par un seul mot sans article) température
10. L'anticyclone de Sibérie est un élément permanent de la circulation atmosphérique :
faux
Vrai/Faux ?
Partie 5 : Les climats
5.1. Définitions
5.2. Les bases fondamentales de la géographie des
climats
5.3. Les climats polaires
5.4. Les climats des latitudes moyennes
5.5. Les climats « arides »
5.6. Les climats tropicaux
5.7. Synthèse
Les climats : définition
5.1
- Les climats au sens large définissent les conditions climatiques moyennes d’un espace en
tenant compte au moins du cycle annuel des températures et des précipitations mensuelles
- très nombreuses classifications plus ou moins objectives (Köppen, Geiger, Trewartha etc.). Le fait
de segmenter un espace avec des données continues contient obligatoirement une part subjective
dans le sens où la moyenne d'un groupe ne rend pas totalement compte de la totalité des membres
de ce groupe
- un moyenne graphique usuel de visualisation des climats : le diagramme ombro-thermique
combinant les moyennes mensuelles des températures et les précipitations (exemple d’Athènes)
période relativement sèche d’avril à septembre
(où Pmm < 2 x T(°C), critère de Gaussen)
température moyenne
mensuelle
cumul
pluviométrique
mensuel moyen
Les contraintes climatiques sur la végétation (1)
5.2
Plusieurs éléments climatiques sont susceptibles d'influencer la végétation « climacique », c'est-àdire une végétation se développant naturellement en équilibre avec le climat, la topographie et les
sols et sans intervention de l'homme) ;
Froid ?
- températures moyennes mensuelles toujours < 0°C : glace permanente
- pas d'été (températures moyennes mensuelles toujours < 10°C : pas de végétation arborée). Les
arbres ont en général besoin d'au moins 3 mois à > 10°C
- le gel même fugace est une contrainte très importante pour une gamme importante de végétaux
(par exemple, pour la plupart des agrumes)
Chaleur ?
- pas une véritable contrainte en tant que telle. C'est la combinaison avec la faiblesse ou l'absence
de précipitations qui pose problème même si des températures très élevées stoppent la croissance
de nombreuses plantes (par exemple, les céréales)
Sécheresse ?
- une quantité absolue de < 100 mm de précipitations annuelles empêche une végétation
permanente
- plus que la quantité absolue, le régime annuel des précipitations et la combinaison avec la
température est très importante. Une faiblesse des précipitations lors de la saison chaude (comme
en climat méditerranéen) est une contrainte relativement forte car l'été est la saison ou la demande
en eau est la plus importante alors que la température élevée favorise la capacité évaporatoire de
l'eau. Ainsi la majorité de la Sibérie arborée (= taïga) reçoit en moyenne moins de précipitations
que la majorité du bassin méditerranéen, mais les précipitations y tombent en été et les
températures y sont bien inférieures
Vent ?
- une vitesse excessive est une limite à la croissance des arbres mais cette contrainte est limitée
aux littoraux + reliefs
Les contraintes climatiques sur la végétation (2)
5.2
(http://www.fao.
org/sd/EIdirect/
climate/EIsp00
02.htm)
Production de biomasse « potentielle » (considérant une photosynthèse à 100% efficace) en
gramme de matière sèche par m2 et par an.
- les maximas sont bien situés sur les régions les plus chaudes et les plus humides (bassins
équatoriaux + certains secteurs de moussons + façades continentales orientales aux latitudes
subtropicales)
- les minimas sont atteints sur les régions froides (Groëland, Sibérie du NE ; l'Antarctique non
représenté a une production potentielle nulle) et/ou les plus sèches (Sahara, Kalahari, Atacama
etc.)
Les climats : la relation avec les biomes
5.2
(source : http://www.blueplanetbiomes.org/world_biomes.htm)
TOUNDRA
VEGETATION
MEDITERRANEENNE
FORET PLUVIALE
La géographie des « biomes » (= groupement végétal et animal adapté à son environnement, hors
intervention humaine) représente bien les conditions climatiques car les végétaux, en particulier,
s’adaptent aux conditions climatiques sur un temps relativement long
- Par exemple, dans la zone tropicale et subtropicale, la forêt pluviale nécessite de fortes
précipitations > 1.5 m/an et l’assèchement progressif (et le raccourcissement de la saison des
pluies), par exemple en Afrique tropicale au nord de l'équateur, entraîne le passage à la savane +
ou – arborée,
arborée la steppe puis le désert,
désert du fait de la contrainte liée à la sècheresse de plus en plus
prononcée
- La végétation méditerranéenne couvre des espaces restreints avec une forte spécificité
principalement dictée par la sécheresse estivale (plus contraignante que celle d'hiver en raison des
températures élevées = végétation xérophile)
- la toundra correspond à un été trop bref et/ou pas assez chaud qui ne permet pas la croissance
des arbres. C’est donc la végétation caractéristique des climats polaires et des climats de haute
montagne
Les climats : la géographie zonale
5.2
Distinction fondamentale en trois zones sur une base thermique :
Zone polaire constamment froide définie par l’absence d’été thermique (pas de mois dont la température
moyenne mensuelle > 10°C selon la définition de Köppen) soit > 60°-70°N et < 46°-50°S + grands massifs
montagneux. Ces climats correspondent à l’absence de végétation arborée
Zone tropicale
constamment chaude
définie par l’absence
d’hiver thermique (pas
de mois dont la
température moyenne
mensuelle < 16°C ).
Les climats tropicaux se
différencient par
l’abondance et le
régime pluviométrique
(très majoritairement
avec un maximum d'été
et une saison sèche
plus ou moins longue
centrée sur l'hiver)
Zone intermédiaire = climats « tempérés » avec une alternance thermique hiver/été au cours de l’année.
« tempéré » est un terme ambigu car des climats très extrêmes comme la Sibérie E (-40°C en hiver à +20°C
en été) correspondent à ce critère …
Les climats : les nuances spatiales
5.2
Sur la base zonale vont se greffer deux divisions supplémentaires fondamentales ; (i) une division
en fuseau (opposition de façades + opposition intérieur continental-côte-océan liées aux différences
de substrat et au rôle de la circulation atmosphérique et océanique) ; (ii) une distinction altitudinale
(même si il n’existe pas de climat de montagne « universel »)
Représentation idéalisée
des climats selon la
terminologie de Köppen
Courant marin chaud
Courant marin froid
Circulation d’ouest
des latitudes
tempérées
Les climats de la zone polaire (1)
5.3
- > 60°-70°N en général dans l’hémisphère nord (mais jusqu’à 58°N au sud du Groënland) et <
46°-50°S dans l’hémisphère sud (la dissymétrie inter-hémisphérique s'explique par le poids de
l’Antarctique)
- absence d’été (pas de mois dont la température moyenne mensuelle dépasse 10°C). C'est une
contrainte physiologique très importante pour la végétation arborée (le froid hivernal n'est pas
nécessairement une contrainte importante, et des arbres peuvent survivre avec des températures
hivernales < -40°C, comme le mélèze)
- facteur explicatif fondamental : la latitude = rayonnement incident faible (= rayons solaires
obliques) toute l’année, même en été alors que la durée du jour est alors longue
- le froid est souvent accentué par la couverture de neige/glace permanente (inlandsis) ou
saisonnière (albédo fort + température de surface <= 0°C)
- plutôt des conditions anticycloniques permanentes pour le climat d'inlandis (anticyclones
thermiques, ce qui limite l'apport d'air allochtone plus doux dans les basses couches). Cette
affirmation est moins vraie sur les marges affectées par les perturbations tempérées
- en moyenne, peu d’évaporation absolue (l’air froid ne peut pas contenir beaucoup de vapeur
d’eau et l'apport énergétique nécessaire pour le changement d'état « eau/glace => vapeur d'eau »
est faible).
- précipitations faibles (sauf sur les marges sub-polaires) pour la même raison
Les climats de la zone polaire (2)
5.3
H. Nord : traits et ronds ; H.
Sud : traits uniquement
- Inlandsis (Antarctique et Groënland) + banquise permanente (bassin arctique et pourtour
antarctique) = pas de températures moyennes > 0°C avec des précipitations faibles
- Bordure des inlandsis = températures > 0°C en été avec des précipitations un peu plus
importantes dans l'HN (max. en été dans l'hémisphère nord)
- Bordure hyperocéanique = températures entre 0°C et 10°C toute l'année avec des précipitations
encore plus abondantes. Ce type est surtout présent dans l'hémisphère sud
Les mécanismes climatiques de la zone polaire (1)
5.3
Le cas de l'Antarctique (ou du Groënland) illustre parfaitement la combinaison de
facteurs différents coopérant pour élaborer les conditions climatiques : c'est un exemple
de rétroaction positive
Les facteurs (3-5)
sont interactifs
pour maintenir les
conditions froides.
Cela se passe
aussi au-dessus
du Groënland. Audessus du bassin
Arctique, ce sont
les mêmes
facteurs excepté
que la glace
flottant au-dessus
de l'eau ne fait
que 1-2 mètres
d'épaisseur ce qui
exclut le facteur
altitudinal et
entraine un flux
de chaleur de
l'eau vers
l'atmosphère
(5) L'air et la surface très froids suscitent une HP
thermique avec une subsidence près du sol (avec
inversion thermique permanente) qui évacue l'air froid
vers les bords et empêche l'apport allochtone d'air
océanique moins froid …
(3) 3-4 km de glace = albédo très fort, limitant
encore plus l'absorption de rayonnement solaire
et altitude élevée ....
(1) Latitude élevée = soleil rasant + (2) continentalité = pas de
stockage de chaleur possible et accumulation de neige possible sur
une grande épaisseur ...
(4) L'air très
froid ne peut pas
contenir
beaucoup de
vapeur d'eau et il
est donc très sec
dans l'absolu ce
qui limite l'effet
de serre ...
Les mécanismes climatiques de la zone polaire (2)
(wikipedia)
5.3
Anomalie thermique (température annuelle à 2 m) par
rapport à la moyenne zonale
Le Groënland est un Antarctique « réduit » qui est décalé par rapport au pôle nord. Le froid est
maintenu par les règles précédentes et le Groënland ne pourrait pas se reformer sous les
conditions climatiques actuelles : c'est donc un héritage des glaciations quaternaires qui illustre
parfaitement les mécanismes de rétroaction positive présentés auparavant
Les mécanismes climatiques de la zone polaire (3)
5.3
Le pourtour de l'Antarctique/Bassin Arctique sont moins froids avec une
banquise/couverture neigeuse hivernale voire totalement absente. Alors que le centre
des inlandsis est calme dans les basses couches, les bords sont agités par des
courants gravitaires très violents qui matérialisent l'écoulement d'air froid subsident
formé au centre des inlandsis : les vents catabatiques
W
Ces masses d'air très froides entrent en confit avec de
l'air moins froid aux latitudes sub-polaires sous un jet
d'ouest très puissant (entre les BP polaires d'altitude
et les HP tropicales d'altitude)
Géopotentiel en altitude
Les marges subpolaires sont donc dans la zone des perturbations
tempérées/subpolaires ce qui donnent des conditions atmosphériques très
perturbées avec beaucoup de vent, mais pas nécessairement très froides
Les climats de la zone extratropicale : T et P
Exemple des précipitations et des températures moyennes dans la zone
extratropicale de l'hémisphère nord en décembre-février et juin-août
5.4
Les principaux climats de la zone extratropicale
5.4
TM en hiver < -3°C = cela coïncide approximativement au climat « continental »,
soit le domaine où la neige couvre le sol de 2 à 7 mois en moyenne. Ce type
n'existe que dans l'hémisphère nord en raison de la disposition géographique.
Le maximum pluviométrique est très majoritairement estival avec des
conditions + ou – sèches en hiver (excepté sur le bord oriental des continents)
TM en hiver > -3°C et précipitations maximales
entre avril et septembre (HN) et entre octobre et
mars (HS) sans mois secs = surtout façade
orientale des continents aux latitudes subtropical.
Il est parfois dénommé climat « chinois »
TM en hiver > -3°C et précipitations maximales
entre avril et septembre (HS) et entre octobre et
mars (HN) sans mois secs = surtout océans et
ouest des continents. C'est l'archétype du climat
« océanique »
TM en hiver > -3°C et précipitations maximales entre
avril et septembre (HS) et entre octobre et mars (HN)
avec au moins deux mois secs où P < 2 x T = surtout
façade occidentale des continents aux latitudes
subtropicales. C'est le domaine du climat de type
« méditerranéen »
Les principaux mécanismes atmosphériques
ETE
HIVER
D
D
HP
5.4
D
D
D
Anticy.
Les acteurs de la circulation atmosphérique aux latitudes tempérées : l’exemple de l’hémisphère
nord (représentation théorique d'un bloc continental entre 25°N et 75°N)
- En hiver, les dépressions subpolaires sont très intenses et plutôt décalées vers le sud et dirige un flux
d'ouest puissant en liaison avec les anticyclones dynamiques subtropicaux, mais l’intérieur continental
est « protégé » par un anticyclone thermique qui dirige sur son flanc est de l’air froid vers le sud. Les
précipitations sont fortes surtout sur les océans et les façades occidentales des continents
- En été, les anticyclones d’origine tropicale s’étendent vers le nord, les dépressions subpolaires sont
moins intenses qu’en hiver et les anticyclones thermiques ont disparu. Les façades occidentales sont
désormais protégées par les anticyclones alors que les façades orientales reçoivent un flux chaud et
très humide qui engendre de fortes précipitations (ex: les « moussons » chinoises et japonaises). Les
perturbations tempérées quoique moins intense peuvent traverser les continents à une latitude plus
septentrionale qu'en hiver
Les climats « tempérés » froids (1)
Températures moyennes mensuelles en °C
5.4
Précipitations moyennes mensuelles en mm
- l'amplitude annuelle est forte entre hiver (avec presque les mêmes mécanismes que dans la zone
polaire : effet saisonnier + continentalité + neige au sol + anticyclone thermique qui inhibe presque
totalement les précipitations et empêche l'advection d'air océanique moins froids) et été où les
températures sont plutôt élevées (pas de neige au sol + continentalité) avec un passage des
perturbations tempérées
- transition brutale au printemps/automne liée surtout à la disparition/apparition de la couverture
neigeuse qui change radicalement les conditions radiatives
- continentalité un peu plus prononcée en Sibérie du fait de la surface plus importante de l'Eurasie
par rapport à l'Amérique du Nord
Les climats « tempérés » froids (2)
Températures moyennes mensuelles
Précipitations moyennes mensuelles
5.4
- Plus près de l'océan à l'est des masses continentales, le niveau des températures changent peu
(car nous sommes à l'aval d'une masse continentale dans la circulation d'ouest) et il y a donc peu
de bénéfices de la position littorale
- les précipitations hivernales augmentent surtout au Québec, en raison du passage des
perturbations tempérées à proximité, ce qui rend ces régions les plus neigeuses au niveau mondial
en plaine (plusieurs mètres en moyenne / an au Québec contre < 50 cm en général en Sibérie
intérieure ou au centre de l'Amérique du Nord)
Les climats « tempérés » de façade ouest (1)
Températures moyennes mensuelles
Précipitations moyennes mensuelles
5.4
- Les températures sont beaucoup plus élevées aux mêmes latitudes à l'ouest des continents en
hiver (GB +6°C en hiver contre -20°C au Québec et -23°C en Sibérie à la même latitude) et
croissent logiquement vers le sud
- le régime des pluies est relativement identique entre la GB et la péninsule ibérique avec un
maximum de saison froide et un minimum en saison chaude. Le creux estival se manifeste comme
des mois secs (P < 2 x T) dans le climat méditerranéen
- ce climat est plus atténué dans l'hémisphère sud du point de vue thermique
Les climats « tempérés » de façade ouest (2)
5.4
- La position à l'aval d'un océan (en relation avec
la circulation d'ouest) assure des températures
douces en hiver par apport d'un air océanique
- les perturbations tempérées sont plus intenses
en hiver (en raison de l'intensité du gradient
thermique pôle/équateur et par conséquence
entre la dépression d'Islande et l'anticyclone des
Açores)
- en été, l'anticyclone remonte vers le nord et la
dépression d'Islande s'estompe nettement
- la dépression au SE est l'extrémité NW de la
dépression de mousson qui est ici thermique (=
fortes chaleurs sur la Péninsule Arabique) et ne
provoque pas de précipitations car la subsidence
verticale est intense au-dessus (= retombée de la
circulation de Hadley Nord)
Les climats « tempérés » de façade ouest (3)
5.4
Nombre de mois « secs » où P < 2 x T
- La sécheresse se renforce vers le sud en liaison avec la présence de plus en plus durable des
conditions anticycloniques dans les couches moyennes et supérieures de la troposphère en été
(alors que les conditions dépressonnaires en été à l'est associées avec les températures chaudes
en surface + humidité disponible seraient a priori favorables aux pluies !)
- Le bassin méditérranéen est original du fait de l'extension continentale dans l'intérieur de la Mer
Méditerranée, mais aussi le fait que ce soit une mer chaude. Les autres climats méditérranéens
(Californie, Province du Cap, Australie du SW et autour d'Adelaïde, Chili central) sont plus
fortement contraints sur les littoraux et sont bordés par des courants côtiers froids ce qui renforce
la sécheresse en stabilisant les basses couches
Les climats « tempérés » de façade est (1)
Températures moyennes mensuelles
Précipitations moyennes mensuelles
5.4
- Les températures sont particulièrement basses en Chine SE du fait de la position à l'aval de
l'Eurasie et de l'anticyclone sibérien beaucoup plus stable et constant que les anticyclones
thermiques au-dessus de l'Amérique du Nord
- Les équivalents de l'hémisphère sud (Australie Est, Afrique du Sud Est, Argentine/Uruguay/SE du
Brésil) sont nettement moins froids en hiver du fait de l'étroitesse des continents à ces latitudes
- Le régime des pluies est assez stable pour les USA (idem pour les équivalents dans l'hémisphère
sud). En hiver : perturbations tempérées. En été : remontée chaude et humide à l'est des
anticyclones tropicaux
- Le maximum est très nettement à maximum estival pour la Chine SE (« mousson » chinoise ou
japonaise).
Les climats « tempérés » de façade est (2)
5.4
- La « mousson » est-asiatique n'est pas une
mousson au sens strict puisque de l'air ne passe
pas l'équateur
- néanmoins, il y a bien une inversion presque
symétrique en hiver (anticyclone continental et
dépression océanique avec flux continental sec
et froid) et été (anticyclone océanique et
dépression continentale avec flux océanique
tropical chaud et humide)
- cette inversion saisonnière s'exprime avec le
plus de force ici en raison de l'effet de masse
eurasiatique mais les mécanismes analogues
existent sur les autres façades orientales aux
latitudes tempérées/subtropicales