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PROJET CLIM@TIC ÉLÉMENTS DE MÉTÉOROLOGIE INFOREF LIÈGE - JANVIER 2006 Météorologie, pourquoi? Prévisions du temps Besoins économiques Agriculture (irrigation, semailles, récoltes) Pêche (état de la mer) Transports (aériens, maritimes et terrestres) Tourisme, loisirs (équipements) Évolution climatique Équipements Infrastructures, sécurité (prévision des crues, inondations, glissements de terrain) Urbanisme, démographie (Ressources en eau potable, aménagement du territoire) Prise de conscience de l’homme face à son environnement, par l’observation directe des phénomènes qui s’y déroulent 2 LE SYSTÈME TERRE La Terre, un système fermé 4 Compartiments Atmosphère Hydrosphère Lithosphère Biosphère Échanges d’énergie : Avec le Soleil et l’espace Entre les compartiments Échanges de matière Uniquement entre les 4 compartiments 3 Énergie & Rayonnement Le Soleil, source d'énergie Flux solaire Flux maximum: 1360 W / m2 (satellite, exposition 24/24) Flux moyen: 340 W / m2 (moyenne sur le globe, jour/nuit) Activité solaire variable! 4 Bilan Radiatif Flux net reçu (troposphère) Total - Réflexion: 240 W / m2 (= 340 W / m2 - 100 W / m2) Flux rayonné (espace): 160 W / m2 Flux reçu au sol (Direct + effet de serre) (= 160 W / m2 + 320 W / m2) 480 W / m2 Flux émis au sol (Rayonnement) 400 W / m2 Cycle de l’eau (Évaporation): 80 W / m2 Équilibre thermique! Flux reçu = Flux rayonné 5 Bilan Radiatif Réflexion de la lumière solaire Nuages, Aérosols Zones claires: forte réflexion Zones sombres: faible réflexion Émission infra-rouge Zone rouges: corps chauds (Océans, déserts) Zones bleues: corps froids (masses nuageuses, glace) 6 Structure de l'atmosphère 7 Composition de l'air (sec) Composition de l'air Azote N2 - 78.08% Oxygène O2 - 20.95% Argon Ar - 0.93% Dioxyde de Carbone CO2 - 0.031% Néon Ne - 0.002% Méthane CH4 - 0.0002% Hélium He - 0.0005% Krypton Kr Hydrogène H2 Xenon Xe Taux d'humidité variable (saturation) À 0(°C): 7.7 (g/m3) À 10(°C): 15.0 (g/m3) À 20(°C): 28.0 (g/m3) À 30(°C): 50.0 (g/m3) Moyenne: 3,5 % de la masse d'air 8 Variations temporelles & spatiales Influence de l’orbite Terrestre Durée Jour/nuit Cycle des saisons Variations à long terme Cycles glaciations/réchauffement ("cycles de Milankovitch") 9 Variations temporelles & spatiales Cycles de Milankovitch & âges glaciaires 10 Variations temporelles & spatiales Variations spatiales (latitude) Selon l’incidence du rayonnement solaire Zones climatiques: Équatoriale, Tropicale, Tempérée, Polaire 11 Circulation atmosphérique Cellules convectives Tropicale (cel. de Hadley) Tempérée (cel.de Ferrel) Polaire (cellule polaire) Transferts de chaleur Échauffement Refroidissement Échanges de matière Évaporation Précipitation Vents zonaux (alizés, d’ouest, d’est) Mis en rotation par la force de Coriolis L'atmosphère est une machine thermique! 12 Circulation atmosphérique 13 Cyclones et anticyclones Pression atmosphérique Densité de l’air: Densité Augmentée Diminuée Température Air froid Air chaud Humidité Sec Humide Pression atmosphérique: Haute pression Basse pression (Isobare 1015 hPa) Courant descendant Courant ascendant Vents excentriques, sens horaire Vents concentriques, antihoraires Vents locaux Circulation de surface équilibrant les pressions: Mistral, Meltem, Bise, Simoun 14 Vents de surface (locaux) Force du vent (Beaufort) et distance entre isobares (5 en 5 mb) 600 km => brise légère 2 Beaufort 500 km => brise moyenne 4 Beaufort 400 km => brise fraîche 5 Beaufort 300 km => vent fort 6 Beaufort 200 km => grand vent 7 Beaufort 100 km => tempête 9 Beaufort QuickTime™ et un décompresseur TIFF (non compressé) sont requis pour visionner cette image. Plus les isobares sont rapprochés, plus le vent soufflera fort! Direction du vent Circulation ~perpendiculaire aux isobares 15 Effets locaux Brise thermique Échanges thermiques avec la mer ou la surface terrestre Cycles jour/nuit Vents réguliers: Forcissant le jour Inversion, calme Forcissant la nuit 16 Effets locaux Effet du relief (Foehn) Versant sud: Arrivée d'air maritime chaud et humide Accélération du flux = décompression, refroidissement Précipitations, assèchement Versant nord: Décélération du flux = compression, réchauffement Air sec et chaud (gain de température, rafales) 17 Masses d’air Les masses d’air Zones d’air homogène (humidité température) Mise en mouvement par les systèmes cyclones / anticyclones Limites Isobare 1015 mbar Caractéristiques QuickTime™ et un décompresseur TIFF (non compressé) sont requis pour visionner cette image. Déterminées par les caractéristiques des régions d’origine des masses d’air (Océan, continent, calotte polaire, désert, ensoleillement) Stabilité thermique Humide et chaud Tendance aux précipitations Sec et froid Stable 18 Masses d’air Les masses d’air Haute pression sur la Russie Afflux d'air polaire continental (sec et froid, langue bleue) Basse pression sur l'Islande Afflux d'air polaire maritime (humide et froid) Situation de front sur l'Europe http://meteo.france2.fr 19 Fronts et précipitations Systèmes frontaux Zones de rencontre entre masses d’air différentes Train nuageux Succession de motifs nuageux annonciateurs du front (cirrocumulus, cirrostratus, petits cumulus) Passage du front (isobare 1015 mb, variation brusque de la température, cumulus, cumulonimbus, précipitations) Traîne (stratocumulus, cirrus) Instabilité des masses d’air Fortes différences thermiques Condensation (nuages) Précipitations Vents violents (orages) 20 Situation météorologique http://fr.bluewin.ch/infos/index.php/meteo/isobares/ Carte de situation météorologique Champs de pression (isobares) Activité cyclonique et anticyclonique Vents de surface Masses d’air, fronts Prévisions à court terme (24 h) Déplacement des masses d'air Déplacement des fronts et des zones de précipitation Évolution des températures 21 Conclusions La météo, une science complexe Facteurs globaux affectés par: Conditions géographiques locales (relief, altitude, plan d’eau, végétation) Prévision du temps, définition d’une tendance Observation des conditions atmosphériques locales: (relevé quotidien) Pression (mouvement des centres cyclones et anticyclones Température et humidité (caractérisation des masses d’air présentes, passage d’un front) Nébulosité, types de nuages (prévision à ≈ 12 - 24 h) Évolution climatique Besoin d’archives climatiques: (relevé sur le long terme) Climat actuel (depuis 200 ans, phénologie) Paléoclimat (chronodendrologie ≈ 4000 ans, carottes glaciaires ≈ 700 mio d’années) Méthodes et instruments de mesures Observation satellitaire, radar météo, réseaux automatiques Observation directe au sol, relevés quotidiens, midi solaire Abri météo, thermomètre min/max, baromètre, hygromètre, pluviomètre, anémomètre, girouette 22
