Loi de gaz parfaits P = ρ rt

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Thierry Giroux
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1 Circulation atmosphérique des cellules de Hadley transport de l énergie calorifique entre l équateur et les zones subtropicales (~30 o N et S) angle d incidence l air est beaucoup plus chaud à l équateur qu à ~30 o N et S de latitude Réchauffement différentiel : force de gradient de pression et mouvement horizontal - la brise de mer H B l air très chaud à l équateur aura tendance à devenir instable et léger baisse de densité et de pression interne l air s élève : courant de convection ascendant d air chaud et instable basse pression à la surface près de l équateur S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 40 Chaud Terre B Froid Eau Loi de gaz parfaits P = ρ rt S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 41 Mouvements horizontaux: Brise de mer Néanmoins, à des altitudes plus élevées (à environ m) la pression de l air chaud est plus élevée que celle mesurée à la même altitude pour l air froid sur la mer. Á cause du bilan hydrostatique, la diminution de la pression avec l altitude est plus rapide dans de l air froid que dans de l air chaud. Puisque un fluide doit s ajuster en présence d une différence de pression (gradient de pression), un flux d air se crée depuis les hautes pressions vers les basses pressions : en altitude l air se dirige des terres vers la mer, et de la mer vers la terre à la surface. Le cycle est fermé par une ascendance d air au niveau de la colonne d air chaude et une descente dans la colonne d air plus froide (sur la mer). Mouvements horizontaux: Brise de mer Une situation inverse se crée pendant la nuit à cause du refroidissement plus rapide du sol par rapport à l eau. L eau se retrouve donc à une température plus élevée que le sol. Il en va de même pour la colonne située sur la mer par rapport à celle sur terre. S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 42 S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 43 1

2 Variation de l élévation des surfaces isobares selon la latitude au niveau de la tropopause. 12 km Comment l atmosphère voudrait agir pour transporter l excès de chaleur vers les hautes latitudes (cellules de Hadley, 1735) KPa 50 KPa 80 KPa B H 5.5 km ~ 5 km 2 km Pôle Nord 100 KPa 90 N 40 N 0 surface Équateur 1 Pression relativement haute ~ 5 km 2 Pression relativement basse ~ 5 km S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 44 Pas de rotation de la Terre!!!! S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 45 mais la Terre tourne et elle est couverte de bassins océaniques et de continents, et donc la circulation qui en résulte est beaucoup plus compliquée : Force de Coriolis porte le nom du mathématicien G.G. Coriolis Elle n est pas vraiment une force physique «réelle» une force ressentie par tout objet en mouvement dans un repère (support) tournant La terre tourne: cause une déviation de la direction du vent horizontal (rotation locale) S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 46 S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 47 2

3 Expérience concrète de la force de Coriolis Taux de rotation de la Terre 360 /jour (toutes les latitudes) = 360 /24 heures = 360 /86164 secondes 2π radians = 360 2π radians /86164 secondes = 2 x / radians s -1 = 7.29 x 10-5 radians s -1 Toutes latitudes se déplacent à la même vitesse angulaire : d Ouest en Est 360 jour -1 = 7.29 x 10-5 radians s -1 forme sphérique de la terre la circonférence de la Terre varie selon la latitude circonférence de la Terre à l équateur : km km/24 heures = 1670 km/h circonférence de la Terre à 60 N : 20,000 km 20,000 km/24 heures = 835 km/h S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 48 S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 49 Toutes les latitudes se déplacent à la même vitesse angulaire : d ouest en est la vitesse linéaire de déplacement varie selon la latitude la vitesse linéaire de déplacement d Ouest en Est est plus grande à l équateur et diminue vers les pôles un objet à l équateur possède une vitesse initiale vers l Est de 1670 km/h si cet objet se déplace vers le pôle nord: cette vitesse vers l est par rapport à la latitude cible (ex : 60 N = 835 km/h) est plus grande l objet semble être accéléré vers la droite (vers l est) déviation du vent vers la droite (H.N.) Inversement un objet se déplaçant vers l équateur (hémisphère nord) sa vitesse initiale vers l est par rapport à la latitude cible est moins grande l objet semble être déplacé vers la droite (vers l ouest) déviation du vent vers la droite (H.N.) S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 50 S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 51 3

Force de Coriolis et Vent nord/sud Déviation des vents horizontaux Règle générale (Coriolis) Les vents sont déviés vers la droite dans l hémisphère nord (rotation horaire) Les vents sont déviés vers

4 Force de Coriolis et Vent nord/sud Déviation des vents horizontaux Règle générale (Coriolis) Les vents sont déviés vers la droite dans l hémisphère nord (rotation horaire) Les vents sont déviés vers la gauche dans l hémisphère sud (rotation antihoraire) Peu importe la direction du vent : du nord au sud, du sud au nord, d ouest en l est, d est en ouest S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 52 S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 53 Vent géostrophique Hémisphère Nord Vent géostrophique Mouvement final Mouvement initial S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 54 S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 55 4

5 Force de frottement Force de frottement force agissant sur le vent près de la surface (~ 2 km) cisaillement avec la surface rugueuse du sol ralentissement de la vitesse du vent diminution de la force de Coriolis et donc de l amplitude de déviation vers la droite F pression > F coriolis : le vent traverse les isobares l angle varie en fonction de la surface surface lisse (océans) : 15 à 25 surface rugueuse (continents) : 30 à 40 S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 56 S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 57 Vents - cycloniques/anticycloniques Vents - cycloniques/anticycloniques S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 58 S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 59 5

6 Plan du chapitre Rappel sur la composition de l atmosphère Comprendre comment la pression et la température atmosphérique sont reliées entre elles Établir les forces motrices responsables du mouvement de l air Circulation atmosphérique des cellules de Hadley (2 cellules avec la rotation de la Terre!) Au niveau de la tropopause, près de l équateur l air se déplace à partir de l équateur vers les pôles l influence du refroidissement se fait de plus en plus sentir l influence de la force de Coriolis commence à affecter de plus en plus la direction du vent vent déporté sur la droite (HN) ou sur la gauche (HS) Avoir une idée de la circulation générale de l atmosphère (essentiellement horizontale) au niveau de la mer (surface) et au niveau de la tropopause Évaluation du mouvement vertical atmosphérique S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 60 S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 61 Près de 30 N et S, les vents en altitude soufflent dans une direction plus ou moins parallèle à des cercles de même latitude (i.e parallèle) Circulation de Hadley dans les tropiques Rupture dans le déplacement de l air en direction des pôles accumulation d air à ~30 N et S L air froid aura tendance à descendre (subsidence) vers la surface Création des zones de haute pression à la surface aux latitudes ~30 N et S La circulation tropicale est donc caractérisée par un «rouleau» de part et d autre de l Équateur météorologique. Sans rotation de la terre, ce courant serait confiné à un plan nordsud. S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 62 S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 63 6

7 Force de Coriolis et circulation de Hadley Cellules de Hadley et conditions de surface Force de Coriolis: Déviation des vents sur la droite dans l hémisphère nord L air se refroidit et s assèche Subsidence d air sec Climat sec désertique Ascendance d air humide Climat chaud et humide S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 64 S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 65 Cellules de Hadley et conditions de surface Organisation de la circulation atmosphérique Nord S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 66 S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 67 7

8 Organisation de la circulation atmosphérique Dans la région équatoriale au niveau de la mer Mouvements de l air sur une Terre qui ne tourne pas Mouvements de l air sur une Terre qui tourne zones de basses pressions à l équateur zones de hautes pressions près de 30 N et S pas des zones continues, mais plutôt des cellules sous l influence de la force du gradient de pression: le vent se dirige vers l équateur la force de Coriolis provoque une déviation sur la droite (HN) ou sur la gauche (HS) les alizés (nord-est) et (sud-est) S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 68 S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 69 Les nuages de la zone de convergence intertropicale Images infrarouge Meteosat Précipitations annuelles 2 février juillet 1989 S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 70 S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 71 8

9 Variations suivant la longitude: circulation de Walker dans les tropiques Variations suivant la longitude: circulation de Walker dans les tropiques Distribution non homogène des terres et mers Cumulo-nimbus S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 72 S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 73 Contrastes continents océans et circulation atmosphérique (moussons) Contrastes continents océans et circulation atmosphérique (moussons) S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 74 S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 75 9

10 Moyennes latitudes: Fronts et ondulations du courant-jet Passages dépressionnaires Liés à l instabilité de l atmosphère Instabilité maximale le long du courant-jet, là où les gradients méridiens de température sont les plus forts (instabilité barocline) Au-dessus de l océan, disponibilité en eau Comment une divergence ou une convergence en altitude entretient une circulation cyclonique ou anticyclonique au sol S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 76 S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 77 C4 Fini! S. Speich N Daniault UBO Climat 4_ 78 10

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