de la Terre

Rayonnement - Transfert Radiatif.
Gilles Molinié
[email protected]
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Bilan
Bilan d'énergie
d'énergie d'origine
d'origine naturelle
naturelle àà la
la surface
surface
de
de la
la Terre
Terre
Fonctionnement
Fonctionnement de
de la
la machine
machine climatique
climatique
––
Le
Le forcage
forcage du
du soleil
soleil
––
La
La réponse
réponse de
de l'atmosphère
l'atmosphère et
et de
de l'océan
l'océan
Les modes de transferts de l'énergie
3 modes de transfert de l'énergie :
http://video.mit.edu/watch/heat-transfer-10953/
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Conduction
Vidéo 1:25 à 2:09
La chaleur se propage de proche en proche sur un matériaux à cause d'un
gradient de température.
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Convection
Vidéo 2:55 à 3:29
La chaleur se propage dans un fluide car les molécules du fluide se déplacent.
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Radiation
Vidéo 3:59 à 4:46
Interaction à distance entre un champ electromagnétique (force électrique +
magnétique) et des molécules sensibles à ces forces (contenant des
particules électriques = électrons).
Application à la Terre
Soleil → principale source d'énergie
→ transférée par radiation
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●
Redistribué à la surface de la Terre
(-4km à + 15km)
→ conduction (sol)
→ convection (fluides atmosphérique et
océanique)
La machine climatique
Le climat de la Terre → 2 forcages :
Répartition énergie solaire
Redistribution de la chaleur par
l'atmosphère et l'océan
Energie solaire
Quantité incidente
Rs = 1368 W/m^2
Rs = 340 W/m^2
L'énergie solaire est elle forte?
Rs = 340 W/m^2
Surface correpondante :
S = Puissance/Rs = 24300/340
S=71 m^2 = 15*4,7 m^2
S = 16200/340
S=48.8 m^2 = 15*3.25 m^2
Corps noir
Corps noir : Corps qui absorbe toute
l'énergie qu'il recoit et la réémet.
La température du corps est lié à son énergie : Loi de Stéphan
Corps gris
Corps noir : Corps qui absorbe une partie
de l'énergie qu'il recoit et la réémet.
La température du corps est lié à son énergie : Loi de Stéphan
Albedo
Albedo == α=
α= 11 -- εε
Distribution spatiale de l'albedo
Albédo moyenne à la surface de la Terre
La neige et la glace sont les + forts réflecteurs.
Les océans et les déserts sont les plus faibles.
Bilan énergétique
20
%
6%
4%
Bilan radiatif de l'énergie solaire
Une partie de l'énergie arrivant sur Terre est
absorbée par la Terre, une partie est réfléchie
Equilibre thermique de la Terre
Bilan énergétique du système Terre-Atmosphère
Pour le système Terre-atmosphère, le bilan énergétique est nul.
Si le système est en équilibre => la température moyenne du système est constante.
Conversion de la longueur d'onde
Spectre de puissance de l'énergie solaire et
tellurique
La fréquence de l'énergie rayonnée par la Terre est différente de celle émise par le soleil.
Absorption d'énergie par les gaz
atmosphériques.
Spectre d'absorption des gaz atmosphériques.
Les gaz
atmosphériques
absorbant
l'énergie IR sont
des gaz à effet
de serre.
Effet de serre
Rôle des gaz à effet de serre dans le bilan
radiatif
Des gaz atmosphériques absorbent une partie de l'énergie IR émise
par la Terre et en réémettent une partie vers le sol.
Répartition de l'énergie solaire au sol
Incidence des rayonnements solaires au sol
Par unité de surface, le sol à l'équateur recoit plus d'énergie qu'aux pôles.
Quantification de l'énergie solaire
incidente par unité de surface
Par unité de surface, le sol à l'équateur recoit plus d'énergie qu'aux pôles.
Redistribution méridienne de
l'énergie
Forcages de grande-échelle
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Echelles >= 1000 km ; Equilibre entre forces de
pressions et force deP- Coriolis
P+
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La rotation dévie les particules sur leur droite
par rapport à la trajectoire induite par la force
de pression.
Temps de résidence
9 jours
3000 ans