Introduction à la thermodynamique de l`atmosphère

PHY4501 : Thermodynamique avancée - Thermodynamique de l’atmosphère
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Thermodynamique avancée
Notes de cours
Introduction à la thermodynamique de
l’atmosphère
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Enrico Torlaschi, UQÀM et Eva Monteiro, UQÀM.

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THERMODYNAMIQUE AVANCEE 1
1. INTRODUCTION 6
2. PROPRIETES THERMODYNAMIQUES DE L’AIR HUMIDE 6
Rapport de mélange 7
Humidité spécifique 7
Humidité relative 7
Équation d’état de l’air humide 8
Température virtuelle 9
Autres propriétés de l'air humide sous-saturé 10
Exercice du chapitre 2 10
3. PROCESSUS THERMODYNAMIQUES DANS L’ATMOSPHERE 12
Transformations isobares 13
Procédé isobare non adiabatique 13
Humidité relative : Points de rosée et de frimas (gelée) 13
Condensation / évaporation : formation / dissipation du brouillard 14
Procédé isenthalpique (à pression constante et sans échange de chaleur avec l’environnement) 17
Température du thermomètre mouillé isenthalpique. 17
Température équivalente isenthalpique 18
Transformations adiabatiques non isobariques et température potentielle 18
Température pseudo-potentielle 19
Mélange de masses d’air 21
Mélange isenthalpique sans condensation de deux masses d’air 21
Mélange adiabatique vertical 24
4. ÉQUILIBRE HYDROSTATIQUE 29
La force de gravité 29
Géopotentiel 29
Surface équipotentielle 30
Pression dans un fluide au repos 30
Equilibre hydrostatique 31
Équation hydrostatique 32

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Epaisseur d’une couche d’atmosphère 32
Altimétrie 32
Équation hypsométrique 33
Atmosphère standard 80
5. DIAGRAMMES THERMODYNAMIQUES 37
Les diagrammes aérologiques 37
Téphigramme 38
Orientation des lignes fondamentales 39
Le Skew-T / log p 40
Calcul des données non fournies 43
6. STABILITE VERTICALE DE L’ATMOSPHERE 46
Profils de température dans l’atmosphère 46
La troposphère, la tropopause et la stratosphère 47
Le taux de refroidissement de l’environnement 48
Inversions 49
Structure thermique moyenne de l’atmosphère 49
Variations saisonnières et latitudinales 50
Gradient vertical de température de l’air environnant 52
Gradient adiabatique sec 53
Gradient adiabatique saturé 53
Etats d’équilibre 54
Méthode de la particule, accélération verticale de la particule 54
État conditionnel 56
Détermination de la stabilité à partir d’un diagramme aérologique 57
Instabilité latente 59
Aires positives et négatives 61
Stabilité des couches Erreur ! Signet non défini.
Relation entre l’instabilité réelle et latente, Méthode de la tranche Erreur ! Signet non défini.
7. REFERENCES ET SOURCES UTILISEES : 71
Cours 71
Ouvrages 71
Web 71
ANNEXE 1 : LES DIFFERENTES ECHELLES EN METEOROLOGIE 72

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ANNEXE 2 : FACTEUR EOLIEN 73