Cours diaporama chap 2 diffusion

Prof. NACIRI T.
Laboratoire Gîtes Minéraux, Hydrogéologie & Environnement
‫وجدة‬-‫جــــامعة محمـد األول‬
Faculté des Sciences - Université Mohammed Ier- Oujda
Géodynamique externe
SVT, SVI et STU
2015
Chapitre 2
NOTIONS DE MÉTÉOROLOGIE ET
DE CLIMATOLOGIE
Contenu du chapitre 2
Notions de climatologie et météorologie : définition ;
structure de l'atmosphère et paramètres climatiques
(rayonnement solaire, température de l'air, précipitations,
évaporation, humidité de l’air, pression de l'air, le vent...).
La structure verticale de l’atmosphère
Structure de l’atmosphère
• Elle est stratifiée car il y a des contrastes de
température issus du chauffage.
• 4 couches : troposphère, stratosphère,
mésosphère et thermosphère (ionosphère)
limitées respectivement par la tropopause,
la stratopause et la mésopause.
Structure de l’atmosphère
• Troposphère : gradient de 6°C par km, elles est à 8 km aux
pôles et 16 km à l’équateur. C’est 80% de masse atmosphérique
et la totalité des nuages. Elles est chauffée par la base, ce qui
crée une instabilité et est ainsi animée de courants de
convection.
• La stratosphère est chauffée par le haut, elle est très stable et
les réactions de l’oxygène avec le rayonnement solaire produit
de l’ozone, cette réaction fournissant de la chaleur.
•
la mésosphère, la thermosphère (ionosphère) et la
magnétosphère (champ magnétique terrestre) couche de
transition entre l’atmosphère et l’exosphère (ou espace
interplanétaire).
Str. verticale de l’atmosphère
Rappelons que la troposphère contient grossièrement
80 % de la masse totale de l'atmosphère. 50 % de la
masse de l'atmosphère se trouvent en dessous
d'environ 5,5 km d'altitude.
À noter que la partie la plus basse de la Troposphère
est aussi appelée Peplos. Cette couche qui trouve sa
limite vers 3 km est aussi qualifiée de couche sale en
raison de son taux d'impureté très important (aérosol
ou nucléus).
Les différentes couleurs sont dues à la dispersion de la
lumière produite par l'atmosphère. les longueurs
d'onde les plus courtes (bleu) se diffusent plus
aisément que les longueurs d'onde les plus longues
(rouge). C'est pourquoi le ciel parait bleu car la lumière
bleue est diffusée. C'est aussi la raison pour laquelle
les couchers de soleil sont rouges.
Les phénomènes météoriques
Sont en relation surtout avec les
mouvements et les réactions qui se
produisent au niveau de la troposphère
suite à la rotation de la Terre et
l’influence de l’énergie solaire.
Effet de serre
Lorsque le rayonnement solaire
atteint l’atmosphère terrestre,
une partie (environ 28,3%) est
directement réfléchie (renvoyée
vers l'espace), par l’air, les
nuages blancs et la surface claire
de la Terre (l’Arctique et
l’Antarctique), c'est l’albédo. Les
rayons incidents qui n'ont pas
été réfléchis vers l'espace sont
absorbés par l'atmosphère
(20,7 %) et/ou par la surface
terrestre (51 %).
Effet de serre
C'est la vapeur d'eau qui
absorbe le plus les rayons
infrarouges et leur piégeage
entraîne une augmentation
de la température.
La circulation atmosphérique générale
La circulation atmosphérique est le
mouvement à l'échelle planétaire de la couche
d'air entourant la Terre qui redistribue la
chaleur provenant du soleil en conjonction
avec la circulation océanique.
La circulation atmosphérique générale
Comme la Terre est un sphéroïde ayant un axe
de rotation 23.5° par rapport à son plan de
translation autour de notre étoile, la radiation
solaire incidente au sol varie entre un
maximum
aux
régions
faisant
face
directement au Soleil (équateur) et un
minimum à celles très inclinés par rapport à ce
dernier (Pôles).
Bilan radiatif
Bilan radiatif
Dynamique atmosphérique
• La rotation de la Terre fait que l’excès d’énergie des
tropiques ne retombe pas latitudinalement vers les
pôles mais qu’une circulation tourbillonnante
s’établit.
• La force de Coriolis est une force qui s’applique à un
fluide en mouvement a pour effet de créer des cellules
convectives. Du Sud au Nord, il y a en a trois.
• Il existe une circulation de basse altitude et une
circulation de haute altitude.
Courants marins
Jet-streams
Les éléments de la météorologie
La pression atmosphérique
• La pression atmosphérique est la pression de l’air
en un point quelconque d'une atmosphère.
• Sur la Terre, la pression atmosphérique moyenne
au niveau de la mer dépend essentiellement de la
masse de l’atmosphère, celle-ci pouvant évoluer
avec la masse moyenne des gaz à concentration
variable comme la vapeur d’eau. Elle demeure
proche de l’atmosphère normale, valant 101325 Pa
(valeur moyenne de 1013 hPa).
Les éléments de la météorologie
La pression atmosphérique
• La pression atmosphérique diminue avec
l’altitude de façon exponentielle d'un facteur 10
chaque fois que l'on s'élève de 16km. Il est ainsi
possible d'utiliser la pression pour mesurer la
hauteur, ce qui est le principe de base de
l’altimètre utilisé en aéronautique.
• La différence de pression entre deux points de
même altitude, ou gradient horizontal de
pression, est la plus importante force motrice
du vent.
Déviation des vents de surface dans l'hémisphère nord
Perturbations (depression)
Les éléments de la météorologie
Les vents
• Le vent est un mouvement de fluide de l’atmosphère.
Sa vitesse est mesurée avec un anémomètre.
• Il peut apparaître sur n'importe quelle planète
disposant d'une atmosphère. Ces mouvements de
masses d'air sont provoqués par deux phénomènes se
produisant simultanément : un réchauffement
inégalement réparti de la surface de la planète par
l’énergie solaire et la rotation de la planète.
Les éléments de la météorologie
Les vents
• On décrit un vent par sa vitesse et sa direction.
• La vitesse du vent peut être exprimée par différentes unités :
mètre par seconde (m/s), kilomètre par heure (km/h), nœud...
• L'instrument qui sert à déterminer la direction du vent est
nommé «girouette».
• La tête de la barbule (
) pointe dans la direction
d'où vient le vent. Sur l'image, le vent souffle donc de l'ouest
vers l'est. C'est un vent d'ouest.
Les éléments de la météorologie
Les nuages
• La formation de nuages résulte du
refroidissement d'un volume d'air jusqu'à la
condensation d'une partie de sa vapeur d'eau.
• Dans l'atmosphère libre, le refroidissement se
produit généralement par soulèvement (un gaz
se refroidit spontanément lorsque la pression
baisse).
Les éléments de la météorologie
Les nuages
• La condensation de la vapeur d'eau, en eau
liquide ou en glace, se produit initialement
autour de certains types de microparticules de
matière solide (aérosols), qu'on appelle des
noyaux de condensation ou de congélation.
• Si le processus de refroidissement se produit au
sol (par contact avec une surface froide, par
exemple), on assiste à la formation de
brouillard.
Les éléments de la météorologie
Les nuages
• La nomenclature moderne divise les nuages en
deux grands types : convectifs et stratiformes.
• Le soulèvement convectif : souvent vigoureux et
au déclenchement abrupt, produit des nuages
caractérisés par une extension verticale élevée,
mais une extension horizontale limitée. Ces nuages
sont désignés génériquement par le terme
cumulus. Ils peuvent avoir de forts courants
verticaux et s'élèvent bien au-dessus de leur base.
Ils se forment à différentes altitudes.
Les éléments de la météorologie
Les nuages
• Le soulèvement dit synoptique est le résultat
des processus de la dynamique en atmosphère
stable, dans un écoulement stratifié. Ce
soulèvement est graduel, produisant des
systèmes nuageux d'une texture uniforme,
pouvant couvrir des milliers de kilomètres
carrés.
Ces
nuages
sont
désignés
génériquement par le terme stratus.
Les éléments de la météorologie
Les nuages
Les éléments de la météorologie
Les précipitations
• En météorologie, le terme précipitation désigne
des cristaux de glace ou des gouttelettes d'eau qui,
ayant été soumis à des processus de condensation
et d'agrégation (la coalescence est l'amalgamation
de deux ou plusieurs gouttelettes par collision pour
en former une plus grosse) à l'intérieur des nuages,
sont devenus trop lourds pour demeurer en
suspension dans l'atmosphère et tombent au sol.
• Le pluviomètre permet de mesurer la quantité
d’eau tombée (pluie) et le nivomètre le niveau de
neige.
Les éléments de la météorologie
Les précipitations
La précipitation peut prendre les formes
liquide [pluie, bruine, pluie verglaçante (Bruine
verglaçante)] ou solide (neige, neige en grains,
neige roulée, grésil, grêle, granules de glace,
cristal de glace) (parfois mélangées).
Les éléments de la météorologie
Les précipitations
deux types de précipitations en fonction de leur mécanisme
de formation :
1- Les précipitations stratiformes qui viennent du soulèvement
lent et à grande échelle de l'humidité qui se condensent
uniformément. Comme exemple :
• - les précipitations synoptiques causées par les dépressions
des latitudes moyennes ;
• - les précipitations côtières qui ont lieu à proximité des
littoraux et ont pour cause le soulèvement de l'air humide
provenant de l'océan par les aspérités du continent.
• - les précipitations orographiques où le relief force les masses
d'air à s'élever: les versants au vent sont alors très pluvieux,
les versants sous le vent sont plus secs (l’effet de Foehn).
Les éléments de la météorologie
Les précipitations
2- Les précipitations de convection résultent de
la brusque élévation de masses d'air chargée
d'humidité, par la poussée d’Archimède, à cause
de l'instabilité de l'air. Comme exemple :
- les orages et averses isolés ou organisés.
- les précipitations cycloniques où les
précipitations convectives généralisées sont
engendrées par l'organisation des cyclones
tropicaux.
Le climat et les paramètres climatiques
• Le
climat
correspond
aux
conditions
météorologiques moyennes à partir de mesures
statistiques annuelles et mensuelles sur des
données atmosphériques locales qui règnent sur
une région donnée durant une longue période
(minimum 30 ans).
• Il se distingue de la météorologie qui désigne
l'étude du temps à court terme et dans des zones
ponctuelles.
• L'étude du climat est la climatologie.
Causes du climat
Les systèmes climatiques sont causés par
l'ensemble
des
interactions
entre
l’atmosphère, les eaux de surface, la
cryosphère, la lithosphère et la biosphère de la
Terre, qui sous l'effet du rayonnement solaire,
détermine le climat de la planète.
Causes du climat
L'énergie reçue est absorbée différemment par
les diverses composantes.
• Les océans représentent le principal réservoir de
la chaleur capturée et d'humidité. Ils l'échangent
principalement avec l'atmosphère. La position des
courants marins et leur température de surface
influent sur une grande partie du climat.
• Les continents et surtout les reliefs introduisent
des barrières physiques à ces échanges qui
modifient grandement la distribution des
précipitations, de la chaleur et de la végétation.
Familles de climat
La répartition des climats du globe est fonction de la position en
latitude (0° à 90°) et en altitude.
Il existe de nombreuses méthodes de classification des climats.
Une des plus connue est la classification de Köppen.
• 1- Climat tropical humide (équatorial) est présent de
part et d’autre de l’équateur, parfois jusqu’à 15 à 25
degrés de latitude nord et sud.
• 2- Climat tropical sec (désertique) est caractérisé par
une évaporation supérieure aux précipitations et une
température moyenne annuelle supérieure à 18°C. Il
s'étend entre 10 et 35 degrés de latitude nord et sud.
Ce climat est caractéristique des régions désertiques
ou
semi-désertiques
des
grandes
régions
continentales.
Familles de climat
• 3- Climats subtropicaux « climats tempérés chauds »
se rencontre à des latitudes comprises entre 25 et
45°. Ces climats subissent l'influence de masses d'air
tropicales pendant les mois d'été, leur apportant de
fortes chaleurs. En revanche, ils connaissent une
vraie saison froide, sous l'influence de masses d'air
polaire.
Généralement deux types de climats peuvent être
qualifiés de subtropicaux : le climat méditerranéen
sur les façades occidentales qui connait l'aridité
estivale et le climat subtropical humide sur les
façades orientales.
Familles de climat
• 4- Climats tempérés « froids » On les retrouve entre 35 et
65 degrés de latitude dans l’hémisphère nord et sud. Ce
type de climat est en général caractérisé par une saison
froide (hiver) et une saison chaude (été). On le divise en
deux grands sous-groupes :
- le climat océanique : climat avec des étés généralement
doux et des hivers généralement frais, humide en toutes
saisons et influencé par la proximité des océans.
- Le climat continental : il se distingue par une amplitude
thermique plus forte et des précipitations de l'ordre du
mètre mais réparties surtout pendant la période estivale.
C'est l'humidité due à l'évapotranspiration des terres
(forêts et marécages) et des lacs qui fournit les
précipitations.
Familles de climat
• 5- Climats subarctiques intermédiaire s entre le
climat tempéré et le climat polaire. Les étés
sont moins chauds et les hivers plus rigoureux
que dans le climat tempéré. La végétation
correspond à la forêt boréale (Taïga).
• 6- Climats polaires caractérisés par des
températures froides toute l'année, le mois le
plus froid étant toujours au-dessous de −40 °C.
La température moyenne mensuelle dépasse
−50 °C sur les inlandsis. Vent fort et persistant,
le blizzard.
Familles de climat
Il existe également des :
• climats des hautes montagnes,
• climats régionaux (moyenne Moulouya : effet de
Föhn ; Sirocco = vent venu du désert),
• climats locaux : présence de reliefs, d'étendues
aquatiques (lacs, océan, rivières,...) va influer sur
les phénomènes de vents, d'humidité et d'écarts
de température. En fond de vallée par exemple,
au lever du jour, la température sera beaucoup
moins élevée qu'au sommet des versants.
• microclimats (selon la topographie et de
l'environnement à petite échelle)
Répartition des climats du globe
Relation climats et courants marins
Exercices d’application
Evolution saisonnière des paramètres climatiques. (ETP = évapotranspiration)
Exercices d’application
• Evolution saisonnière des paramètres climatiques.
• 1- Interprétez le graphe ci-dessus.
• 2- Précisez le type de climat de la région étudiée.
• 3- Quels sont les types de nuages et de précipitations susceptibles de se
produire ?