ELEMENTS DE METEOROLOGIE

Henri Bossert
Enseignant – Lausanne

 

 

Météorologie, pourquoi?

 

Prévisions du temps

  • Besoins économiques
  • Agriculture (irrigation, semailles, récoltes)
  • Pêche (état de la mer)
  • Transports (aériens, maritimes et terrestres)
  • Tourisme, loisirs

 

Évolutionclimatique

  • 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.

 

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

     

 

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!

 

 

Bilan Radiatif

  Flux net reçu (troposphère)  
 

Total - Réflexion:
(= 340 W / m2- 100 W / m2)

240 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

 

 

 

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)

 

Structure de l'atmosphère

 

 

Composition de l'air (sec)

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

Variations temporelles & spatiales

 

Influence de l’orbite Terrestre

  • Durée Jour/nuit
  • Cycle des saisons
  

Variations à long terme

  • Cycles glaciations/réchauffement
    ("cycles de Milankovitch")

 

 

Cycles de Milankovitch & âges glaciaires

 

 

 

 

Variations spatiales (latitude)

  • Selon l’incidence du rayonnement solaire
  

Zones climatiques:

  • Équatoriale, Tropicale, Tempérée, Polaire

 

 

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!

 

 

 

Cyclones et anticyclones

 

Pression atmosphérique

Densité de l’air:
Densité Augmentée Diminuée
Température air froid Air chaud
Humidité Sec Humide
 

Pression atmosphérique:

Haute pression(Isobare 1015 hPa) Basse pression
Courant descendant Courant ascendant
Vents excentriques,
sens horaire		 Vents concentriques,
antihoraires
 

Vents locaux

Circulation de surface équilibrant les pressions: Mistral, Meltem, Bise, Simoun

 

Vents de surface (locaux)

  Force du vent (Beaufort) et distance entre  isobares (5 en 5 mb)

600km =>

brise légère

2 Beaufort

500 km =>

brise moyenne

4 Beaufort

400km =>

brise fraîche

5 Beaufort

300km =>

vent fort

6 Beaufort

200 km =>

grand vent

7 Beaufort

100 km =>

tempête

9 Beaufort

 

Plus les isobares sont rapprochés, plus le vent soufflera fort!
 

Direction du vent

Circulation ~perpendiculaire aux isobares

 

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
 

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)

 

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

  • 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
 

Les masses d’air

  • Haute pression sur la Russie
  • Afflux d'air polairecontinental (sec et froid, langue bleue)
  • Basse pression sur l'Islande
  • Afflux d'air polaire maritime (humide et froid)
  • Situation de front sur l'Europe

 

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)
  • PrécipitationsVents violents (orages)

 

Situation météorologique

 

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

 

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




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