Climatologie Résumé partie 3

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1 Climatologie Résumé partie 3 9. Circulation atmosphérique générale Vents généraux liés aux différences de pression Différences de pressions, d énergie et de température génèrent : - Mouvement verticaux (ascendance, subsidence) - Mouvements horizontaux (vents et advections d air) L air s écoule des anticyclones vers les dépressions. Gradients de pressions et vents Les vents sont générés par les gradients de pressions. Intensité f(gradient) => dévié via Coriolis. Rotation de la Terre et force de Coriolis La force de Coriolis est le résultat des différences de vitesse de rotation entre l équateur où elle est maximum et les pôles où est le nulle. Une masse d air en mouvement conserve sa vitesse de rotation terrestre initiale. Dans l hémisphère nord : o Vers le nord, elle ira plus rapidement vers l Est que la surface terrestre. o Vers le Sud, elle ira moins rapidement vers l Est que la surface terrestre. Dévie les courants vers la droite dans l hémisphère Nord et gauche au Sud. La force est nulle à l équateur. La force dévie depuis le pôle («au-dessus») et vers l équateur. Les vents divergent à l équateur puisque leur direction n est plus la même lorsqu ils le traverse: alors qu ils allaient en direction de l équateur dans le premier hémisphère, en traversant ils s en éloignent au second et leur résultante s inverse. Vent géostrophique Lorsque les vents soufflent parallèlement aux lignes d isobares à cause de la force de Coriolis. Ils ne vont plus alors des anticyclones vers les dépressions mais tournent autour des centres d action (rotation inverse dans les hémisphères).

2 La force de Coriolis n a pas d effet sur les vents locaux, les vents faibles et à l équateur. Les frottements du sol ont une incidence sur les vents, un vent géostrophique ne peut donc se rencontrer qu à partir de 500 à 1000m au-dessus du sol. Frottement du sol et vent agéostrophique La rugosité du sol = diminution de la vitesse du vent et de la force de Coriolis. Influence jusqu à 500 à 1000m car : spirale d Ekman. L effet est plus marqué avec les continents que les océans. Le bilan de toutes ces contraintes : l air quitte obliquement (en travers) un Aet pénètre D dans le sens inverse des aiguilles d une montre au Nord. Autres contraintes proche du sol: Topographie, température du sol. Effet de la rotation de la Terre sur le déplacement des masses d air Direction et force dépendent aussi de : conservation du tourbillon absolu et de la conservation du moment angulaire à la surface de la Terre. Conservation du tourbillon absolu Un tourbillon est un mouvement circulaire subi par un objet. Le tourbillon absolu est le bilan entre le tourbillon d une masse d air et le tourbillon planétaire. C est-à-dire, entre la direction du tourbillon généré par le type de la masse d air, soit positif dans une dépression et négatif dans un anticyclone, et entre le tourbillon planétaire, c est-à-dire la force de Coriolis. Le bilan de ces deux effets peut annuler un système de pression, voir l inverser! Le tourbillon absolu doit garder une valeur constante, mais elle est fonction de la force de Coriolis qui augmente de l équateur aux pôles : le tourbillon de la masse d air doit donc diminuer pour conserver le tourbillon absolu si celle-ci se déplace en direction des pôles. C est-à-dire qu une dépression (+) va alors s affaiblir et un anticyclone (-) se renforcer. Et inversement en direction de l équateur : le tourbillon de la masse d air doit augmenter pour conserver le tourbillon absolu, une dépression va donc se renforcer et l anticyclone s affaiblir car la force de Coriolis diminue. Influence dans la circulation d Ouest dans les moyennes latitudes avec des ondulations Nord-Sud appelées ondes de Rossby qui fait une dorsale («pique» d anticyclonique) vers les pôles et des talwegs vers l équateur («creux» de dépression) Conservation du moment angulaire Un moment angulaire est le moment de la quantité de mouvement par rapport à un point zéro. Un moment est la capacité d une force à faire tourner un objet autour d un point.

3 L atmosphère tourne avec la Terre et elle possède un moment angulaire. Celle-ci est proportionnel à sa masse, sa vitesse et aux rayons (augmente des Pôles à l Équateur). Vu que l intégral des moments doit rester constant : - la diminution de rayon de l équateur aux pôles doit être compensée par une vitesse de déplacement plus grande de la masse d air et inversement Histoire et schémas de la circulation atmosphérique générale Schémas unicellulaires de la circulation Halley (~1685) : Une seule cellule orientée Nord-Sud. Courant général du Pôle à l équateur issu des dépressions thermiques dans les régions équatoriales et anticyclones thermiques dans les régions polaires. Convergence des courants et ascendance d air au-dessus de l équateur + divergence en altitude. Pressions plus élevées à l Équateur qu aux Pôles en altitude. Hadley (~1740) : Ajout de l effet de Coriolis. Courant général Pôle -> l Équateur, dévié en flux d Est et inversement en flux d ouest. La composante est donc Est-Ouest. L épaisseur de l atmosphère n était pas assez grande pour permettre un schéma unicellulaire. Schémas tricellulaires de la circulation Ferrel (~1890) : 3 cellules par hémisphère, une polaire d origine thermique avec courants d Est au sol et Ouest en altitude. Une cellule de Ferrel dans les zones tempérées dynamiques, courant d ouest au sol et Est en altitude. Cellule de Hadley dans les zones tropicales d origine thermique et dynamique, courant d Est au sol et d Ouest en altitude. Explication de la présence au sol de basse pression équatoriales, anticyclones subtropicaux, dépression subpolaire et anticyclones polaires. La cellule d Hadley ne s étend plus que jusqu aux régions subtropicales avec les courants en altitude de l Équateur en direction des Pôles et un afflux d air excédentaire à partir des tropiques (à cause de convergence liée à la forme sphérique de la Terre et de l amincissement de la troposphère aux pôles, et de conservation du moment angulaire = augmentation vitesse des flux). Les vents accélèrent fortement dans la haute troposphère : jetstream! Une partie de ce flux doit s écouler vers le bas. Subsidence d air dans les zones tropicales : formation d anticyclone dynamique avec divergence près du sol : une partie donne naissance aux alizés du NE et du SE! L autre partie donne naissance aux vents d Ouest.

4 Les vents d Ouest rencontre les flux d Est générés par les hautes pressions polaires ce qui créer une convergence des courants près du sol, donc une ascendance et formation de dépression dynamique dans les régions subpolaires. Une divergence des courants en altitude, qui permet un écoulement des flux vers les Pôles où ils convergent : cellule polaire. L autre partie va en direction de l équateur : 3è cellule fermée de Ferrel. Modification par Rossby en 1941 : La cellule de Ferrel dans les latitudes moyennes est ouverte, avec des vents d Ouest à tous les niveaux grâce à l afflux d air excédentaire observé en altitude à partir des tropiques. On observait des vents d ouest en altitude qui n étaient pas expliqués avec Ferrel. Zone de rencontre entre les vents d Ouest des latitudes moyennes et les vents d Est des hautes latitudes => Front polaire et non pas une dépression subpolaires. Le front polaire c est un couloir dépressionnaire où se forment les dépressions et les fronts dans les zones tempérées à polaires. C est surtout une zone de rencontre entre l air tropical et l air polaire, qui sont de grands échanges d énergie qui créer le jet stream polaire (vent violent au-dessus du Front Polaire). Les ondes de Rossby sont des ondulations Nord-Sud importantes dans la zone des vents d Ouest des latitudes moyennes dans lesquelles se déplacent les anticyclones et dépressions qui permet un important échange de chaleur entre régions polaires et tropicales. Détermine donc la position des systèmes de pression. 1 L'échelle verticale est abusée (c'est normalement aplatit) et en plus, la Terre est sphérique. Grâce à cela, il y a une explication aux : basses pressions équatoriales et des anticyclones subtropicaux, alizés du NE et du SE, de la zone de convergence intertropicale, des vents d Ouest aux latitudes moyennes avec des ondes de Rossby, du couloir dépressionnaire du Front Polaire et des anticyclones thermiques polaires, des vents d Est aux hautes latitudes qui peuvent prendre une courbure

5 cyclonique en descendant en direction du Front Polaire. La présence en altitude des vents d Est au-dessus des basses latitudes, des vents d Ouest au-dessus des moyennes et hautes latitudes, des Jet Stream (polaire, subtropical, et équatorial). Les jetstream soufflent en dessous de la tropopause, en direction d ouest pour le polaire et le tropical et en direction d est pour le jetstream équatorial. Effets thermiques sur le schéma de la circulation atmosphérique générale - Des anticyclones d origine thermique se forment en hiver au-dessus des continents froids de l hémisphère Nord dans les latitudes moyennes. - En hiver, les océans sont plus chauds que les continents donc les fronts polaires sont plus marqués au-dessus des océans, alors que c est l inverse en été et les anticyclones subtropicaux sont plus marqués sur les océans alors qu il y a des zones légèrement dépressionnaires qui se créé sur les continents. - Les cellules polaires et de Hadley ont une plus grande extension en hiver qu en été. - Latitude moyenne, vents d Ouest se charge en eau et s assèche sur les continents - En été : vents d Ouest et Front polaire sont plus septentrionaux (plus au nord) => Saison sèche en été en Méditerranée La saison des pluies dans les régions tropicales et tempérées dépend de la ZCIT ZCIT Correspond avec le passage du soleil au zénith. Remonte au Nord en été et au Sud en hiver. Les mouvements saisonniers sont plus marqués sur les continents que sur les océans. Cette zone est la convergence des vents alizés. En janvier, cela se localise au Sud de l Équateur géographique : les alizés déborde sur l hémisphère et change d orientation (de NE à NO). => pluie façade orientales Afrique australe et Australie En juillet c est l inverse. Mousson en Asie du Sud-est et pluie en Afrique de l Ouest. La ZCIT ne se caractérise pas toujours pas de gros nuages de convection et des pluies abondantes : (A) il se passe cela lorsque deux cellules de Hadley se font face chacune depuis l un des hémisphères, plutôt dans les équinoxes, (B) mais ce n est pas le cas lorsqu il y a une ou deux cellules intermédiaires nommée de «Walker» qui peuvent s intercaler entre les cellules de Hadley. Cela se passe plutôt dans les solstices. Les perturbations des cellules de Walker génèrent les phénomènes El-Niño, La Nina. Cellules de Walker et El Niño

6 (a) Cellule de Walker normale sur le Pacifique : les courants d Est au sol sont issu de la convergence des alizés qui emportent les eaux chaudes du Pacifique vers l Ouest. Ceci créer de l upwelling le long des côtes péruvienne, et ascendance et basse pression sur l Ouest du pacifique avec des pluies abondantes et une subsidence de l air au-dessus de la côte péruvienne donc une sécheresse. Si cette cellule se renforce : situation La Nina avec des pluies abondante en Asie du Sud-est et Est Australie. (b) circulation inverse lorsque faible activité de ZCIT (El Niño), autour de Noël. Il n y a plus d upwelling. Pluie abondante sur l Est du Pacifique, subsidence dans l occidental Pacifique avec une sécheresse El Nino : Tous les 2 à 10ans, dure ~12 à 18mois. Issu de l oscillation de la cellule de Walker qui est assez régulière : ENSO (El Nino Southern Oscillation). Assez peu d influences sur le climat de l Europe. Mousson C est le renversement saisonnier d une saison sèche à la saison des pluies ou vice-versa. Les pluies sont amenées par les alizés originaires de l hémisphère opposé. Saison sèche en hiver en Asie du Sud-est et pluie en été. Mousson aussi présente en Australie du Nord et en Afrique austral et occidentale. Duct et drift Duct : lors que le ZCIT est au-dessus des océans Atlantiques et Pacifiques avec de faibles mouvement saisonniers et des courans d Est dominants et développement de cellules de convections. Drift : ZCIT au-dessus de l Afrique et de l Asie avec des mouvements saisonniers importants qui créé les moussons. ZCIT se présente sous la forme d un front intertropical (FIT). Circulation atmosphérique générale dans la haute troposphère Champs de pression et les vents dans la haute troposphère Décroissance plus rapide de la pression avec l altitude dans un air froid que chaud. Un anticyclone se renforce avec l altitude s il est surmonté d un air chaud Une dépression se renforce avec l altitude si elle est surmontée d un air froid

7 À cause des températures, il y a en générale une profonde dépression en altitude au-dessus des Pôles (nommé vortex circumpolaire) et une ceinture de haute pression au-dessus des régions tropicales et équatoriales. Dépression plus profonde au Sud qu au Nord à cause que le Sud est constitué de continent alors que le Nord d un océan (banquise). En altitude, il n y a pas d influence des morphologies continentales : les champs de pression sont donc plus simples en altitude qu au sol. Les anticyclones polaires et les dépressions subpolaires disparaissent en altitude Les anticyclones subtropicaux se décalent vers l Équateur et les anticyclones équatoriaux disparaissent en altitude Ce champ de pression engendre un puissant vent de gradient de l Équateur aux Pôles qui est dévié par Coriolis => Vents d Ouest. Ils sont en général plus fort au Sud qu au Nord car le gradient est plus élevé. Le vent souffle d Est l équateur. Un peu de variation saisonnière pour des questions thermiques : dépression plus profondes aux Pôles en hiver qu en été => Le vent est donc plus fort en hiver. Ondes de Rossby Onde présente dans la circulation d Ouest avec Thalwegs et Dorsales. En laboratoire, elle se créé en chauffant l eau sur les bords (=Équateur) et on la refroidi en son centre (=Pôles) et en faisant tourner le cylindre rapidement. Ces ondes dépendant aussi de la topographie et des contrastes thermiques continent-atmosphère : elles seront plus marquées au Sud qu au Nord. Cycle des ondes de Rossby Elles se créer et se détruise selon un cycle de 4 à 6 semaines. 1) Peu développée, peu d échange thermique tropique-pole, circulation d Ouest rapide 2) Les ondes se creusent et forment des méandres de plus en plus prononcés, circulation d Ouest se ralentit et échange d énergie important 3) Les méandres se coupent et on retourne en (1). Des «gouttes» d air polaire et tropical qui se sont détachées du front Polaire vont vers le Sud et le Nord en se résorbant. Mais les froides peuvent se renforcer vers l Équateur en vertu de la conservation du tourbillon absolu et peuvent générer un temps maussade.. Grande influence du cycle dans les moyennes et haute latitude. Avec des fortes ondes, on peut avoir une situation de blocage avec des A ou D stationnaire.

8 Liens entre les pressions en altitude et au sol dans les ondes de Rossby Les ondes sont fortement liées au champ de pression au sol : anticyclone dynamique surmonté d une dorsale, dépression dynamique d un thalweg. Les centres d actions peuvent être décalés. Les ondes de Rosby amène de l air froid aux basses latitudes et du chaud aux hautes. Jet Stream Couloirs avec des vitesses de vent très élevées dans la circulation d Ouest. Deux Jet Stream importants : - Polaire, surtout au niveau de 300hPa =~9000m/mer - Subtropical, 200hPa=~12000m/mer Ils peuvent fusionner. Ils sont plus puissants à l hémisphère Sud où les ondes sont plus faibles. Vitesse maximal juste au-dessous de la tropopause. Jet Stream polaire : Se localise au-dessus du Front Polaire = rencontre masse d air tropical et polaire => ascendance et libération de grandes quantités d énergie avec la condensation de la vapeur d eau qui va être en partie convertie en énergie cinétique. Jet Stream subtropical : 3 facteurs de convergence d air => forme de la Terre, amincissement de la troposphère et conservation du moment angulaire. Il se localise au-dessus de la cellule de Hadley, du côté polaire. Résujlte d un afflux d air excédentaire en altitude venant de l Équateur. Cet afflux provoque le Jet Stream et une subsidence d air au-dessus des régions subtropicales. Les Jet Stream ont donc une position variable selon le moment de l année selon la position du Front Polaire et de la cellule de Hadley : Le jetstream subtropical se situe plus bas que celui polaire. En général ils sont plus au Sud en en hiver et plus au Nord en été.

9 Il existe un 3 ème Jet Stream au-dessus de la ZCIT, le Jet Stream équatorial d Est.