Circulation atmosphérique et océanique 3 Circulation atmosphèrique

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O. Sonnentag, PhD: GÉO2122; Séance 9: 20 mars 2012
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Circulation atmosphérique et océanique
2 Expérience: Le climat dans un contenant
O. Sonnentag, PhD: GÉO2122; Séance 9: 20 mars 2012
(http://paoc.mit.edu/labguide/circ_exp_fast.html)
3 Circulation atmosphèrique
O. Sonnentag, PhD: GÉO2122; Séance 9: 20 mars 2012
• Circulation atmosphérique: Mouvement de l’air sur la planète! débit réel de l’air à un
endroit donné et à un moment donné. Peut varier considérablement, mais il y a une
tendance qui demeure constante
Rappelez-vous: Ce sont les différences de pression, d’énergie et de températures à la
surface qui génèrent des mouvements de l’air
• Tropiques: Gain net d’énergie
• Régions polaires: Perte net d’énergie
• Pour rétablir l’équilibre thermique de la planète: l’atmosphère transporte l’air chaud vers les
pôles et l’air froid vers l’équateur
• Deux modèles simples simplifient la complexité de la circulation générale
• Modèles unicellulaires
• Modèles tricellulaires

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4 Modèle unicellulaire: Prémisses
O. Sonnentag, PhD: GÉO2122; Séance 9: 20 mars 2012
• La surface terrestre est unifomément recouverte d’eau
!Il n’existe donc pas de réchauffement différentiel entre la terre et l’eau
• Le Soleil est toujours directement au-dessus de l'équateur
! Pas de variations saisonnières des vents
• La Terre ne tourne pas
! Seule force considérée: Force du gradient de pression
Résultat: La circulation générale de l’atmosphère est une immense
cellule convective d’origine thermique (Cellule de Hadley) et orientée
Nord-Sud (dans chaque hémisphère)
George Hadley, 18e siècle, Météorologue anglais amateur:
http://en.wikipedia.org/wiki/George_Hadley
5 Modèle unicellulaire
O. Sonnentag, PhD: GÉO2122; Séance 9: 20 mars 2012
(Ahrens et al., 2012)
« Cellule de Hadley »: cellules thermiques! formées par l’énergie du
soleil alors que l’air chaud s’élève et que l’air froid tend à descendre
• Cellule fermée caractérisée par des ascendances d’air au-dessus de l’équateur et des
subsidences d’air au-dessus des pôles ! L’excès d’énergie des tropiques est transporté
sous forme de chaleur sensible et latente vers les régions en déficit d’énergie, soit vers les
pôles.
• IMPORTANT: Cette circulation unicellulaire simple n’existe pas sur la Terre. Ce modèle est
trop simpliste.
Nous devons inclure la rotation de la Terre: Modèle tricellulaire
6 Modèle tricellulaire
O. Sonnentag, PhD: GÉO2122; Séance 9: 20 mars 2012
(Ahrens et al., 2012)
En considérant la rotation de la Terre, la cellule unique est divisée en
une série de cellules.
Ce qui ne change pas: Les
pôles ont un déficit
énergétique ! Zone de
haute pression
Ce qui ne change pas: Les
régions tropicales ont un excès
énergétique ! Zone de basse
pression

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7 Modèle tricellulaire: Calme équatorial
O. Sonnentag, PhD: GÉO2122; Séance 9: 20 mars 2012
(Ahrens et al., 2012)
• Calme équatorial («doldrums»): sur les eaux
équatoriales, l'air est chaud, les gradients de
pression horizontaux sont faibles et les vents
sont légers ! la monotonie de la météo a créé
l'expression "dans le marasme"
• Tours convective chaud «Convective hot towers»:
Nuage convectif à extension verticale assez
importante. L'air chaud monte, se condensant et
formant ainsi d'énormes cumulus et d’orages !
chaleur latente libérée lorsque la vapeur d'eau se
condense pour former des nuages
• La chaleur réchauffe l’air, ce qui met en marche la
cellule de Hadley ! En s’élevant, l’air atteint la
tropopause et il est forcé de se déplacer vers les
pôles.
• Force de coriolis: Dévie l’air vers la droite dans
l’hémisphère Nord ! Forte accélération des vents
d'ouest dans la haute troposphère produisant des
courants jets près de 30 °: Jet stream subtropical
8 Modèle tricellulaire: anticyclones subtropicaux
O. Sonnentag, PhD: GÉO2122; Séance 9: 20 mars 2012
(Ahrens et al., 2012)
• L’air se déplace vers les pôles et se refroidit en
libérant de l’énergie sous forme d’ondes longues
• Convergence de l’air, car la circonférence de la
Terre diminue ! Augmentation de la masse d'air
au-dessus du sol augmente la pression de l’air!
les anticyclones subtropicaux font partis de la
ceinture de hautes pressions
• Alors qu’il converge, l’air sec descend et se
réchauffe par compression ! ciel dégagé, les
températures de surface très chaudes !
emplacement des plus grands déserts du monde
(par exemple, Sahara)
• Latitudes des chevaux "Horse latitudes": les
voiliers voyageant vers le «Nouveau Monde» ont
souvent été immobilisés dans cette région !
avec la diminution des vivres et des fournitures,
les chevaux étaient souvent mangés pour éviter
la famine ........ Yummy!
9 Modèle tricellulaire: Alizés
O. Sonnentag, PhD: GÉO2122; Séance 9: 20 mars 2012
(Ahrens et al., 2012)
• Une portion des courants d’air retournent
vers l’équateur: Déviation par la force de
Coriolis ! Donne naissance aux alizés qui
soufflent du NE (Hémisphère Nord)
• Alizés («Trade winds»): les voiliers utilisent
ces vents réguliers comme une «autoroute
de la mer»
• Zone de convergence intertropicale (ZCIT):
Zone située près de l’équateur vers laquelle
convergent les alizés du NE (Hémisphère
Nord) et les alizés du SE (Hémisphère Sud)

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10 Modèle tricellulaire: Vents d’ouest dominants
O. Sonnentag, PhD: GÉO2122; Séance 9: 20 mars 2012
(Ahrens et al., 2012)
• Vents d’Ouest dominants: Entre les latitudes
30˚ et 60˚, une partie de l’air se déplace vers
les pôles et est dévié vers l’Est ! Donne
naissance aux vents d’Ouest des latitudes
moyennes
• Entre le nord du Mexique et le nord du
Canada, il est plus fréquent de rencontrer
des vents soufflant de l'ouest que de l'est
• Important: les vents d’ouest ne sont pas
constants ! Le déplacement des zones de
haute et basse pression brisent ce schéma
d'écoulement de surface
11 Three-cell model: subpolar low
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(Ahrens et al., 2012)
• Rencontre entre les vents d’Ouest des
moyennes latitudes et les vents d’Est
des hautes latitudes! Front polaire:
frontière nette entre les 2 masses d’air
• Dépression subpolaire: Zone de basse
pression qui coïncide avec le front
polaire ! l’air converge et s’élève
!Développement de nuages et de vents
violents au-dessus du front polaire (Jet
stream polaire)
Cellule de Ferrel:
Une partie de l'air qui s'élève redescend
vers la surface aux environs des
anticyclones subtropicaux et puis,
s'écoule ensuite le long de la surface
vers le front polaire ! «cellule
thermique indirecte», c'est à dire, les
l'air froid s’élève et l'air chaud descend!
12 Modèle tricellulaire: Vents d’Est polaires
O. Sonnentag, PhD: GÉO2122; Séance 9: 20 mars 2012
(Ahrens et al., 2012)
• Aux pôles, l’air froid se déplaçant vers
l’équateur est dévié par la force de Coriolis
et s’écoule vers le front polaire ! Vents
d’Est polaires
• En hiver: L’air froid du front polaire peut
bouger vers les latitudes moyennes et
subtropicales ! amène un froid polaire
• Cellule polaire: Le long du front, une partie
de l’air ascendant (divergence des
courants en altitude) se déplace vers les
pôles ! La force de Coriolis dévie l’air et
forme les vents d’Ouest. Dans la
circulation d’Ouest, il existe un couloir de
vents très forts : Jet Stream polaire à
environ 60˚ de latitude

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13 Modèle tricellulaire: Résumé
O. Sonnentag, PhD: GÉO2122; Séance 9: 20 mars 2012
• Zones de haute pression: Près de 30˚ de latitude et aux pôles (90˚)
• Zones de basse pression: Au-dessus de l’équateur (0˚) et à 60˚ de latitude
• Alizés: Anticyclones subtropicaux ! Équateur
• Vents d’Ouest: Anticyclones subtropicaux ! Front polaire
• Vents d’Est polaires: pôles ! front polaire
Mais comment le modèle tricellulaire peut-il se comparer aux
observations réelles de vents et de pression?
La différence principale: cellule de Ferrel (rappelez-vous: Cellule de
Ferrel suggère un vent d'est en altitude, mais nous savons qu'il y a un
courant-jet d’ouest (jet stream))
Mais: Le modèle tricellulaire est accord avec la distribution des vents
et des pressions à la surface
14 … et maintenant: la réalité en janvier
(Ahrens et al., 2012)
• Les anticyclones et les dépressions semi-permanents: Systèmes de
pression plus ou moins persistants tout au long de l'année
• Janvier: 4 systèmes de pression semi permanents et plusieurs
systèmes saisonniers dans l’Hémisphère Nord
• Anticyclones canadien et sibérien: causé par le refroidissement intense
de la surface terrestre
Dépression d’Islande
Anticyclone des
Bermudes
Anticyclone
du Pacifique
Dépression
des Aléoutiennes
Anticyclone de
Sibérie
Anticyclone
canadien
O. Sonnentag, PhD: GÉO2122; Séance 9: 20 mars 2012
Average sea-level pressure
ZCIT se déplace vers
le Nord
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(Ahrens et al., 2012)
O. Sonnentag, PhD: GÉO2122; Séance 9: 20 mars 2012
Average sea-level pressure
• Durant l’été: la surface terrestre se réchauffe. les anticyclones froids ayant
une faible durée de vie disparaissent ! Dans certaines régions, les zones de
basse pression à la surface remplacent les zones de haute pression !
Dépressions thermiques (e.g., SW US, plateau d’Iran)
• Systèmes de pression semi permanents: Les fortes dépressions subpolaires
sont à peine perceptibles, les anticyclones subtropicaux demeurent
dominants
… et maintenant: la réalité en juillet
ZCIT se déplace vers
le Sud