Chapitre IV (Début) - Espace d`authentification univ-brest.fr

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S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 1
Chapitre 4
Chapitre 4
Circulation atmosph
Circulation atmosphé érique rique
UE libre UBO
UE libre UBO
CLIMAT :
CLIMAT :
Pass
Passé é, pr , pré ésent, futur sent, futur
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Plan du chapitre
•Comprendre comment la pression et la température
atmosphérique sont reliées entre elles
• Établir les forces motrices responsables du mouvement de l’air
• Avoir une idée de la circulation générale de l’atmosphère
(essentiellement horizontale) au niveau de la mer (surface) et au
niveau de la tropopause
• Évaluation du mouvement vertical atmosphérique
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ATMOSPHÈRE et OCÉAN :
FINES ENVELOPPES FLUIDES
FINES ENVELOPPES FLUIDES
sur une TERRE TOURNANTE
sur une TERRE TOURNANTE
rayon de la Terre (R
T
)≈6,4 10
6
m = 6400 km
épaisseur troposphère ≈10
4
m = 10 km = 1.6 o/oo R
T
épaisseur océan ≈510
3
m = 5 km = 0.8 o/oo R
T
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ATMOSPHÈRE = GAZ
OCEAN =
OCEAN =
LIQUIDE
LIQUIDE
Diff
Diff
é
é
rences entre les enveloppes fluides de la Terre:
rences entre les enveloppes fluides de la Terre:
l
l’ ’atmosph atmosphè ère et l re et l’ ’oc océ éan an
Composition de l’Atmosphère
N
2
~ 78 %
O
2
~ 21 %
Ar ~ 1 %
H
2
0 ~ 0.5 %
CO
2
~ 0.04 %

2
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Le sol terrestre est directement chauff
Le sol terrestre est directement chauffé épar le par le
rayonnement solaire et,
rayonnement solaire et, à àson tour, il chauffe son tour, il chauffe
l
l’ ’atmosph atmosphè ère re
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La basse atmosph
La basse atmosph
è
è
re (Troposph
re (Troposph
è
è
re) est
re) est
chauff
chauffé ée par le sol et l e par le sol et l’ ’oc océ éan an
• L’atmosphère est subdivisée en
couches selon la distribution de sa
température;
• Le profil vertical de température
indique clairement les sources et
les puits de chaleur pour
l’atmosphère.
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ATMOSPH
È
RE :=
GAZ
Loi des gaz parfaits
P V= n R T
Supérieure à 50%
Supérieure à 90%
Supérieure à 99%
Supérieure à 99.9%
Pression (mb)
Masse volumique
Distribution
des molécules
Pression
Valeurs petites Valeurs grandes
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Masse Volumique
• La masse volumique
ρ
ρρ
ρ
ρ
ρρ
ρ est la
masse contenue dans une
unité de volume ( i.e. , kg/m
3
)
• Pour une colonne d’air
donnée, la masse volumique
de l’atmosphère décroît
avec l’altitude
1 m
Haute
atmosphère
Niveau de
la mer 1 m

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Pression atmosphérique
• La pression
P
P est une force
par unité de surface
(N/m
2
)
• dans ce cas, le poids de la
colonne d’air par unité de
surface
• La pression à chaque niveau
d’altitude dépend de la
masse d’air (poids=mg)
contenue
au
au- -dessus dessus de ce
niveau.
Sommet de
l’atmosphère
Surface de la Terre
P
P
-
-
+
+
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Pression et Masse Volumique
Donc, puisque la masse d’air diminue avec l’altitude, la
pression diminue toujours avec l’altitude
Sommet de
l’atmosphère
Surface de la Terre
P
P
-
-
+
+
1 m
Haute
atmosphère
Niveau de
la mer 1 m
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Variations de Pression
Variations de Pression
•Relation entre les variations de pression
horizontales et le vent
•Quel phénomène cause les variations horizontales de
la pression atmosphérique ?
•Équation d’état pour les gaz (Loi des gaz parfaits)
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Variations de Pression
Variations de Pression
• Équation d’état pour les gaz ( Loi des gaz
parfaits
) PV = PV = n nRT RT
→
→P=( P=(nM nM/V) RT/M= /V) RT/M= ρ ρRT/M RT/M
P=
P= ρ ρ( (R/M)T= R/M)T= ρ ρr r T si r=R/M= T si r=R/M=cste cste
P=
P= ρ ρr r T T
La pression (P) varie si la masse volumique (ρ ) varie ou
si la Température (T) varie
P, ρ et T sont liées

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Pression et masse volumique
• Pour un volume d’air donné, la
pression variera si la masse
de l’air contenue dans ce
volume varie
( i.e. ρ car
ρ
ρρ
ρ
ρ
ρρ
ρ
=
= m m
air
air
/V
/V )
P =
P = ρ ρ
r
r
T
T
(avec r=R/M)
(avec r=R/M)
colonne
d’air
Poids
de l’air
surface
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Température et Masse Volumique
Les deux colonnes d’air, de
même masses, ci-contre ont
des températures
différentes. La colonne froide
a une masse volumique plus
importante (car la masse
volumique est inversement
proportionnelle à la
température)
P
froid
P
chaud
colonne d’air
chaud
colonne d’air
froid
augmentation
de la
température
P =
P = ρ ρ
r T
r T
ρ
ρ= =
P/
P/rT rT
=
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Temp
é
rature et Pression
•La température affecte la
façon dont la pression
décroît avec l’altitude.
•La pression diminue avec
l’altitude plus rapidement
dans de l’air froid que dans
de l’air plus chaud.
•A 5km d’altitude la pression
est plus forte au point 2 =
P =
P = ρ ρ
r T
r T
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Variation d
’é
l
é
vation
–
surface isobare
A cause des variations de
masse volumique, une surface
isobare s’élève dans de l’air
chaud, s’abaisse dans de l’air
froid.
Là où la température change le
plus rapidement, l’élévation de
la surface isobare évolue le
plus rapidement.
Changement de l’élévation de la
surface isobare 500hPa:
Là où la surface isobare
s’abaisse le plus rapidement, les
iso contours se resserrent.

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Variations de pression
verticales et horizontales
La pression diminue avec l’altitude
(donc selon la direction verticale)
La pression change aussi d’un lieu
géographique à un autre, même situés
à la même altitude (variations
horizontales de pression, dues aux
différences de températures)
Les variations de pression sur la
verticale sont beaucoup plus
importantes que sur l’horizontale
Néanmoins les variations
horizontales de pression sont très
importantes car elles sont la raison
de l’existence des vents
(mouvements d’air horizontaux)
Pression (mb)
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Gradient de Pression Horizontal
Gradient de pression =
variation de pression sur une
distance donnée
L’écartement des isobares
(lignes d’égale pression)
montre le gradient de pression
horizontal.
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Plan du chapitre
•
•Comprendre comment la pression et la temp Comprendre comment la pression et la tempé érature rature
atmosph
atmosphé érique sont reli rique sont relié ées entre elles es entre elles
•Établir les forces motrices responsables du
mouvement de l’air
• Avoir une idée de la circulation générale de
l’atmosphère (essentiellement horizontale) au niveau de
la mer (surface) et au niveau de la tropopause
• Évaluation du mouvement vertical atmosphérique
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Mouvements d
Mouvements d’ ’air air
Forces
Forces
qui agissent sur les particules
qui agissent sur les particules
d
d’ ’air air
•Force de gradient de pression
•Frottement
•Gravité
•Force de Coriolis