CM Climatologie
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Déroulement des cours / TD CLIMATOLOGIE – METEOROLOGIE L2 TerreTerre-Environnement Pierre Camberlin Introduction - climatologie , météorologie : définitions 1 Les variables météorologiques et leur mesure 2. Les éléments du bilan radiatif - Rayonnement solaire global et albedo - Rayonnement terrestre et effet de serre - Bilan radiatif et bilan d’énergie +TD bilan radiatif 3 La circulation atmosphérique: pressions et vents - Les variations de la pression atmosphérique - Les relations entre vents et pression +TD - Divergence, convergence, tourbillon situations météo - La circulation atmosphérique générale 4 La structure verticale de l'atmosphère: stabilité, instabilité +TD - Les variations verticales de la température émagra- Le rôle de l'humidité atmosphérique mmes 5 Les composantes atmosphériques du cycle de l’eau - Aperçu des principaux types de nuages - Mécanismes de formation des nuages - Les précipitations : nature et genèse 6 Les perturbations - Masses d'air et transferts d'énergie - Développement des +TD perturbations baroclines situations - Les autres perturbations météo 7 La dynamique du climat - La circulation atmosphérique générale - Les interactions continent-océanatmosphère - Les types de climats cyclone Sandy, 28-10-12 Bibliographie / sitographie • • • • • • • • • • • • • • AGUADO E., BURT H., 1999 : Understanding weather and climate. Prentice-Hall BARD E. 2003 Evolution du climat et de l'océan. Collège de France / Fayard, 75 pp.. BARRY R., CHORLEY R., 2003 : Atmosphere, weather and climate. Routledge BELTRANDO G., 2011 : Les climats : processus, variabilité et risques. Armand Colin BERGER A., 1992 : Le climat de la Terre. Be Boeck Université. BERROIR A. 1995 La météorologie. PUF, 127p. BISSECK I.H 1995 Fondements physiques de la météorologie dynamique. Karthala GODARD A., TABEAUD M., 2004 : Les climats: mécanismes, variabilité, répartition . Armand-Colin GUYOT G., 1999 : Climatologie de l’environnement. Dunod. HUFTY A., 2001 : Introduction à la climatologie. De Boeck Université. MALARDEL S. 2005 Fondamentaux de météorologie - A l'école du temps. Cépaduès, 710 p. PEDELABORDE P. 1991 Introduction à l’étude scientifique du climat. Sedes, 352 p. SADOURNY R., 1994 : Le climat de la Terre. Flammarion. TRIPLET J.P. et ROCHE G. 1996 Météorologie générale. La Documentation Française Suivi météorologique en temps réel : • www.meteociel.fr/ • meteocentre.com/toulouse/ Dossiers sur la météo et le climat : • comprendre.meteofrance.com • www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosclim/ Météorologie / Climatologie • La météorologie : l’état de l’atmosphère à un instant t , ce qui explique cet état et comment il va évoluer à un instant t+1. • La climatologie : l’ensemble des états de l’atmosphère sur une longue période de temps ; traduit une réalité statistique climat B climat A Doc.1 conditions météo à l’instant t conditions météo à l’instant t+1000 1- Les variables météorologiques et leur mesure La mesure au sol girouette anémomètre pyranomètre capteurs de température et d’humidité Vitesse et direction du vent Mesure de la température de l’air Variation verticale courante de la T de l'air près du sol par ciel clair h(m) 3 2 jour nuit 1 pluviomètre 0 0 10 20 30 40 °C Doc.3 Doc.4 Doc.5 Doc.7 Doc.8 rapport de mélange saturant Nébulosité Capacité hygrométrique de l’air (à 1015 hPa) AIR NON SATURE Humidité relative : Ex : r = 10 g/m3 T = 20°C => rw= 17,3 g/m3 HR = 10/17,3 = 58% Doc.6 2- Les éléments du bilan radiatif 2.2 Le rayonnement solaire et son interaction avec l’atmosphère terrestre 2.1 La structure et la composition de l’atmosphère Autres gaz : -Argon -Vapeur d’eau (près de 1%) - Gaz carbonique (0,04%) - Méthane (1 pour 1 000 000) - quantités infimes d’O3, NO2… Doc.9 Effet de la latitude… et des saisons (source : R. Barbero) Doc.10 Rayonnement solaire au sommet de l’atmosphère (source : Speich, Daniault) Doc.11 Doc.12 Max « lumière visible » Variations moyennes du rayonnement solaire reçu au sommet de l’atmosphère selon la saison et la latitude, en W/m2 Spectre d’émission du soleil et de la Terre, et son absorption par l’atmosphère Doc.13 Répartition du rayonnement incident (ondes courtes), pour une puissance solaire incidente de 100 watts. (direct et diffus) (source : UVED) Spectre électromagnétique Doc.15 Doc.14 2.3 L’effet de la surface terrestre L’albédo de surface Quelques valeurs caractéristiques Doc.16 Rayonnement solaire incident en surface Albédo de surface Insolation à la surface de la Terre (moyenne 1984-1991) JANVIER Max : pôle sud + océans subtropicaux de l’hémisphère sud (fort rayonnement onde courte + faible nébulosité) JUILLET Max : Groenland + océans subtropicaux de l’hémisphère nord (fort rayonnement onde courte + faible nébulosité) Echelles de 0 (bleu) à 350 W/m2 (rose-blanc). (Source: NASA Surface Radiation Budget Project). Rayonnement solaire absorbé à la surface de la Terre (moy. 1984-1991) Doc.18 JANVIER 2.4 Le rayonnement terrestre JUILLET Doc.19 Ondes courtes (visible) Le principe de l’effet de serre Effet de la fonte de la banquise sur le rayonnement absorbé Doc.20 Projections des températures et de l’albédo des régions polaires nord selon différents modèles (Winton, 2008) Ondes Longues (IR) Doc.21 2.5 Bilan radiatif et bilan d’énergie Rayonnement infrarouge sortant (« Outgoing Longwave Radiation » OLR) Le cycle diurne Rnet = (1-a) Rg – Rt (source : University of Wisconsin-Madison http://cimss.ssec.wisc.edu/wxwise/gifs/) Variations diurnes et saisonnières des termes du bilan radiatif aux moyennes latitudes, et relation avec la température Le cycle annuel (Anthes, 1997) Doc.22 Doc.23 Le bilan radiatif : un double déséquilibre (1) Entre basses et hautes latitudes (gradient méridien) Bilan radiatif : moyennes mensuelles du rayonnement net (source : University of Wisconsin-Madison http://cimss.ssec.wisc.edu/wxwise/gifs/NET ALL.mpg) Des puits… et des sources Doc.24 source : ifremer.fr Doc.25 Bilan radiatif terrestre, W/m2 65 W/m2 Atmosphère : Bilan radiatif terrestre, W/m2 65 W/m2 +425 – 525 = -100 Atmosphère : +425 – 525 W/m2 = -100 W/m2 Surface : Surface : +490 – 390 +490 – 390 = +100 W/m2 = +100 W/m2 • Déséquilibre surface / atmosphère compensé par des transferts énergétiques verticaux sous deux formes (2) Entre surface et atmosphère (source : GIEC) Doc.26 Flux de chaleur sensible (source : Beucher 2010, données réanalyses ERA40 1957-2002) (source : GIEC) Doc.26 Flux de chaleur latente Doc.27 Doc.28 hémisphère nord • Déséquilibre méridien compensé par des transferts énergétiques horizontaux : hémisphère sud Flux et bilans d’énergie vers le nord Fux d’énergie en surface - vents - courants océaniques vers le sud transferts annuels méridiens d’énergie (totaux, océan., atmo./latente, atmo./sensible) Questions 1) Que désignent les lettres Q*, LE, H, G ? 2) Identifiez à quel contexte correspond chacune des figures : 1. Surface sèche en journée 2. Surface humide en journée 3. surface humide de nuit. Cas n° Cas n° Cas n° Doc.29 3- La circulation atmosphérique: pressions et vents Doc.30 3.1 Les variations de la pression atmosphérique pression atmosphérique moyenne de janvier source : http://geography.uoregon.edu/ climat pression atmosphérique, début janvier 2007 météo source : http://hydro.iis.u-tokyo.ac.jp Doc.31 Quelques niveaux de référence en atmosphère standard pression (hPa) niveau (m) 850 1500 m 700 3000 m 500 5600 m 200 11800 m Doc.32 Doc.34 Doc.35 Pression de surface, 4 janvier 2007, 6h Pression réduite au niveau de la mer, 4 janvier 2007, 6h 19/02/05 06h TU Doc.33 Altitude de la surface 500 hPa, en dam Doc.37 Doc.38 3.2 Les relations entre pressions et vents Doc.39 •Rôle de la force de pression sur vitesse + direction •Autres forces : force de Coriolis, force de friction déviation de Coriolis (HN) vent géostrophique (HN) effet de la friction sur les vents de surface source : ENS Lyon C = 2. ω . V . sin(L) Doc.40 Talweg Crête anticyclone vent en altitude (géostrophique) Doc.41 Doc.42
