Synthèse du cours n 1

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Hugues Roussel
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1 Synthèse du cours n 1 - Le climat? intégration temporelle du «temps qu'il fait» - Résultat de la combinaison de plusieurs facteurs : Certains sont fixes comme la forme de la terre, le relief, la répartition des terres et des mers (au moins à une échelle temporelle < 1 Million d'années) D'autres varient lentement et régulièrement, par exemple le cycle annuel du rayonnement solaire incident D'autres sont plus rapides et/ou moins réguliers comme par exemple la circulation atmosphérique - Le système climatique correspond lui-même à un ensemble d'éléments en interaction alimenté in fine par une seule source d'énergie = le rayonnement solaire incident - La température correspond à la fois à une mesure sur une échelle mais aussi à une quantité d'énergie thermique - L'énergie thermique, révélée par la température, n'est qu'une forme d'énergie, certes fondamentale, parmi d'autres (énergie potentielle, latente, cinétique) qui dérivent toutes au départ de l'absorption du rayonnement solaire incident.

moins à une échelle temporelle < 1 Million d'années) D'autres varient lentement et régulièrement, par exemple le cycle annuel du rayonnement solaire incident D'autres sont plus rapides et/ou moins

2 Température : moyenne annuelle géographie zonale de part et d autre d une région tropicale ~ uniformément chaude et baisse en direction des pôles - Antarctique (inlandsis de m d'épaisseur) plus froid que Arctique (bassin d eau gelée, c'est-à-dire 1-2 m de glace en moyenne) - baisse des températures au niveau des grands massifs montagneux (Himalaya par exemple) - différence océan-continent (océan + chaud aux latitudes moyennes N) + certaines différences de façades (resserrement des isothermes sur les bords océaniques occidentaux et écartement sur les bords orientaux aux moyennes latitudes)

3000-4000 m d'épaisseur) plus froid que Arctique (bassin d eau gelée, c'est-à-dire 1-2 m de glace en moyenne) - baisse des températures au niveau des

3 Température : moyenne annuelle température réduite au niveau de la mer (baisse de la température en moyenne de 0.65 C par 100 m) : l effet du relief est donc gommé. La moyenne est d environ 15 C - géographie zonale de part et d autre d une région tropicale (largo sensu ; 30 N30 S) ~ uniformément chaude et baisse vers les pôles - Antarctique toujours nettement plus froid que l Arctique même en l absence d effet d altitude - différence océan-continent (océan + chaud aux latitudes moyennes N) + certaines différences de façades (resserrement des isothermes sur les bords océaniques occidentaux et écartement sur les bords orientaux)

La moyenne est d environ 15 C - géographie zonale de part et d autre d une région tropicale (largo sensu ; 30 N30 S) ~ uniformément chaude et baisse vers les

4 Température : moyenne annuelle de multiples facteurs conditionnent la géographie des températures, mais le plus important de loin est le rayonnement solaire incident qui constitue la source primaire d'énergie thermique du système climatique 342 W/m2= 100% 20% reflétés par l atmosphère (nuages ) 20% absorbés par l atmosphère 10% reflétés par la surface (surtout la neige et la glace, désert clair ) 50% absorbés par la surface - Du point de vue quantitatif, un gain énergétique important pour la surface et l'atmosphère est lié à l'effet de serre (absorption sélective du rayonnement par certains gaz atmosphériques), mais cela ne modifie pas la géographie induite par la rayonnement solaire absorbé car l'effet se serre est maximal là où il fait chaud et humide (c'est-à-dire en moyenne dans la zone tropicale)

système climatique 342 W/m2= 100% 20% reflétés par l atmosphère (nuages ) 20% absorbés par l atmosphère 10% reflétés par la surface (surtout la neige et la glace, désert clair ) 50% absorbés par la

5 Température : moyenne annuelle géographie zonale (moyenne de la carte ~ 170 W/m2) - un facteur ultra-dominant : la géométrie terrestre = rayons solaires de plus en plus inclinés en moyenne au fur et à mesure qu on monte en latitude = la même quantité d énergie est répartie sur une surface de plus en plus grande (effet de projection) et l épaisseur d atmosphère à traverser croît (effet de filtrage) - des facteurs secondaires: couverture nuageuse (les nuages reflètent bien le rayonnement solaire), nature de la surface terrestre (l eau absorbe plus de rayonnement solaire que les continents, notamment ceux enneigés), etc.

moyenne au fur et à mesure qu on monte en latitude = la même quantité d énergie est répartie sur une surface de plus en plus grande (effet de projection) et

6 Température : moyenne annuelle Le rayonnement solaire absorbé est de loin le premier facteur explicatif de la géographie des températures moyennes mais ce n'est pas le seul : certains vont dans le même sens et expliquent aussi la géographie zonale et d'autres nuancent cette géographie. - Par exemple, quels sont les facteurs explicatifs de la température minimale enregistrée en Antarctique? Latitude élevée = rayons solaires peu efficaces Continentalité + couverture englacée permanente = la neige peut s'accumuler sur une grande épaisseur (la neige est un excellent réflecteur du rayonnement solaire) et l'épaisseur accumulée de la glace est de 3-4 km. L'éloignement de l'océan est aussi un facteur péjoratif car la masse d'eau océanique permet d'atténuer le refroidissement hivernal Altitude = la température diminue en moyenne avec l'altitude Effet de serre faible du fait de la température très basse qui interdit une forte teneur atmosphérique en vapeur d'eau - Même dans le cas de l'antarctique, certains facteurs sont plutôt favorables à un apport de chaleur : Conditions anticycloniques = air subsident (la compression de l'air le réchauffe) + ciel en général clair favorisant l'ensoleillement - Ce dernier facteur «positif» ne modifie pas fondamentalement le caractère excessivement froid de l'antarctique mais cela démontre la combinaison de facteurs explicatifs parfois antagonistes

la géographie zonale et d'autres nuancent cette géographie. - Par exemple, quels sont les facteurs explicatifs de la température minimale enregistrée en Antarctique?

7 Les températures varient au cours de l année : amplitude thermique annuelle (différence entre la température moyenne du mois le plus chaud moins le mois le plus froid) - double organisation : (1) géographie zonale + (2) opposition océan-continent - dans l hémisphère nord, le mois le plus froid (chaud) est en général le mois de janvier (juillet) et c est l inverse dans l hémisphère sud. Ce régime peut être un peu modifié sur les océans et près des côtes

opposition océan-continent - dans l hémisphère nord, le mois le plus froid (chaud) est en général le mois de

8 Cas des mois extrêmes de janvier et juillet - dans les deux cas, la géographie zonale reste claire avec une décroissance de la température de la ZIT l.s. vers les pôles MAIS ; - décalage des secteurs les plus chauds des continents tropicaux de l hémisphère sud en janvier vers ceux de l hémisphère nord en juillet - la zone polaire la plus froide est clairement dans l hémisphère nord en janvier et dans l hémisphère sud en juillet - accentuation des contrastes océancontinent sur les latitudes moyennes (océan plus chaud dans l hémisphère d hiver et plus frais dans l hémisphère d été) - accentuation nette des oppositions de façade aux latitudes moyennes et polaires dans l hémisphère d hiver (la façade ouest de continents est nettement plus chaude que la façade est)

nord en janvier et dans l hémisphère sud en juillet - accentuation des contrastes océancontinent sur les latitudes moyennes (océan plus chaud dans l hémisphère d hiver et plus frais dans l

9 Rayonnement solaire absorbé en surface en décembre Géographie clairement zonale avec un minimum de 0 W/m2 au nord de 75 N environ jusqu à un maximum vers S puis une décroissance en direction du sud Deux facteurs fondamentaux: hauteur du soleil dans le ciel (90 à midi à S le 22 décembre) et durée du jour (= 0 au nord de 75 N environ, 12h à l équateur et 24h au sud de 75 S environ) Certains facteurs secondaires continuent de jouer un rôle - Antarctique toujours englacé (= forte baisse de l absorption) - certains secteurs plus nuageux apparaissent comme des minima relatif (comme l Amazonie, la bassin du Congo par exemple)

0 au nord de 75 N environ, 12h à l équateur et 24h au sud de 75 S environ) Certains facteurs secondaires continuent de jouer un rôle - Antarctique toujours

10 Rayonnement solaire absorbé en surface en décembre, mars, juin et septembre

11 Principale origine des variations saisonnières du RS absorbé (et en conséquence des températures) = l obliquité terrestre Pôle Nord 90 - obliquité = plan de l écliptique = plan de révolution de la terre autour du soleil Axe de rotation de la terre sur elle-même obliquité = Equateur Pôle Sud cercle d illumination = séparation du jour et de la nuit

écliptique = plan de révolution de la terre autour du soleil Axe de rotation de la terre

12 La révolution terrestre et l obliquité 152 millions km 149 millions km 4 janvier 3 juillet (détails

juillet (détails http://www.univ-lemans.

6h TU 12h TU 18h TU - Image visible les 20-21 septembre 2010 (~ équinoxe d'automne dans l'hémisphère nord) - le disque défini par le cercle

13 6h TU 12h TU 18h TU - Image visible les septembre 2010 (~ équinoxe d'automne dans l'hémisphère nord) - le disque défini par le cercle d'illumination est alors perpendiculaire au plan de l'écliptique et le jour et la nuit durent 12h partout sur la terre. Le soleil est à 90 à 12h au-dessus de l'équateur

d'illumination est alors perpendiculaire au plan de l'écliptique et le jour

L obliquité fait varier (1) l angle des rayons solaires et (2) la durée du jour en fonction de la latitude et du moment de l année 21/6 (solstice d été dans l hémisphère nord et d hiver dans l

14 L obliquité fait varier (1) l angle des rayons solaires et (2) la durée du jour en fonction de la latitude et du moment de l année 21/6 (solstice d été dans l hémisphère nord et d hiver dans l hémisphère sud) soleil à 90 à 12h à N nuit continue au sud de S jour continu au nord de N 21/12 (solstice d été dans l hémisphère sud et d hiver dans l hémisphère nord) soleil à 90 à 12h à S nuit continue au nord de N jour continu au sud de S

23 27 N nuit continue au sud de 66 33 S jour continu au nord de 66 33 N 21/12 (solstice d été dans l hémisphère sud

15 Durée du jour max Durée de la Inclinaison nuit max min. du soleil à 12 h locale Inclinaison max. du soleil à 12 h locale 90 N et S 6 mois 6 mois N et S 24 heures 24 heures N et S 10 h 33 min 13 h 27 min Equateur 12 heures Synthèse de l impact de l obliquité sur le RS incident - les variations latitudinales et au cours de l année de l inclinaison des rayons solaires et la durée du jour impliquées par l obliquité sont le premier facteur des variations thermiques saisonnières - les facteurs évoqués en section 2.2. (rotondité etc.) continuent de jouer un rôle fondamental pour expliquer les variations spatiales à un moment donné du cycle annuel - certains facteurs comme la nébulosité ou l état de surface continentale varient au cours de l année et contribuent ainsi à la variation thermique annuelle

obliquité sur le RS incident - les variations latitudinales et au cours de l année de l inclinaison des rayons solaires et la durée du jour impliquées par l obliquité sont le premier facteur des

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