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1 Stage Edumétéo L eau dans l air Intervenants : Emmanuel CELHAY Sébastien LAFLORENCIE emmanuel.celhay@meteo.fr sebastien.laflorencie@meteo.fr

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3 Loi d état des gaz parfaits : définition le gaz est constitué de molécules assimilées à des sphères indéformables : les chocs sont alors élastiques et l'énergie cinétique se conserve ; on néglige les forces d'interaction entre particules ; le système est isolé et on néglige les forces extérieures telles que le poids ; l'énergie qu'il contient est l'énergie interne : N 2 Ei 1 mv i 2 l'équilibre statique signifie que les grandeurs physiques ont une valeur moyenne indépendante du temps. i1

4 Chaleur sensible L agitation moléculaire est donc associée à un état d énergie stabilisé représenté par une grandeur statistique. Ce paramètre représente la température du gaz. Il s agit de la température «sensible» que l on peut ressentir et qui peut se transmettre par conduction ou par mélange (par exemple, ce sera le cas d un brassage turbulent par le biais du vent : on observe alors une homogénéisation de la température dans la couche brassée). En retour, un contraste de température va solliciter un mouvement qui va tendre à réduire cet écart et se traduire par un retour à l équilibre. (ar exemple, c est le cas de la brise). On peut considérer que l atmosphère est un moteur thermique qui transforme de la chaleur en mouvement. C est aussi, grâce à l eau, une machine à vapeur!

5 Changements de phase de l eau SOLIDE LIQUIDE 2 e w (t) e 6,1 ha e i (t) T r VAEUR 0,01 C 273,16 K T

6 Chaleur latente Chaque changement de phase de l eau est associé à un transfert de chaleur : la chaleur latente. Transformations qui libèrent de la chaleur CONDENSATION SOLIDE CONDENSATION CONGELATION VAEUR EAU LIQUIDE GLACE VAORISATION FUSION SUBLIMATION Transformations qui absorbent de la chaleur

7 Théorie : formulation de la loi d état des gaz parfaits V * nr T R* : cste des gaz parfaits a m 3 môles K R* =8,314 J.môle -1.K -1 V mr T R T R : cste spécifique R * R M

8 Loi de Dalton V a n a * R T ev n v * R T ev n n a a v R * T ev nr * T a a e e a R a = 287 J.kg -1.K -1 R v = 461,5 J.kg -1.K -1

9 Equation d évolution de la température Variation de température = travail + chaleur dt R c p T d 1 c p δq δq δq C δq R δq L δq V δq C : TERME CONDUCTIF δq R : TERME RADIATIF δq L : CHALEUR LATENTE δq V : TERME DE VISCOSITE récipitation de 8mm Chauffage solaire d une journée

10 Transformations thermodynamiques dans l atmosphère d dt AU SOL : TRANSFORMATIONS ISOBARES δq 0 0 EN ALTITUDE : TRANSFORMATIONS ADIABATIQUES GRADIENT ADIABATIQUE SEC : dt dz AD. R c - g T g p c p dt T R c p d 1K /100m T T 0 0 R c p θ T r R c p θ : TEMERATURE OTENTIELLE

11 Diagramme à axe oblique (T) domaines inutilisés T

12 Emagramme CARTOUCHE : y x mm mm k k y x 1000 log t y en ha k x k y en mm. C en 1 mm

13 Emagramme ISOBARES horizontales ISOTHERMES inclinées à 45 ISENTROES courbes vertes

14 aramètres d humidité e : TENSION DE VAEUR U : HUMIDITE RELATIVE U 100 e e w (t) r : RAORT DE MELANGE q : HUMIDITE SECIFIQUE r q m v m a m v e 0,622 e m v e R v m a ρ v : HUMIDITE ABSOLUE v T ρ r 1 r

15 Air saturé : rapport de mélange saturant r 0,622 e e w (t) e e r 0,622 ew (t) e (t) w r w (, t) 0,622 ew (t) e (t) w r m m v a r w m m vx a

16 Iso-r w ISO-r w

17 Transformations de l air saturé SEUDO-ADIABATISME : TOUTE L EAU CONDENSEE RECIITE pseudo-adiabatique saturée adiabatique sèche 1000 ha θ ' w θ Température pseudo-adiabatique potentielle du thermomètre mouillé

18 Iso-θ w ISO- θ w

19 rocessus de saturation E t r = r' w r w

20 Refroidissement isobare R r t d r' w E t

21 Température de fusion e (t) w t t d f e (t) i t d t f : température du point de rosée : température du point de fusion e t

22 Brouillard IMAGE DU 30/11/ UTC

23 Brouillard CHAM DE RESSION DU 30/11/ UTC

24 Réseau hydrographique et brouillard de rayonnement

25 Observation à Trappes

26 Visibilité à Orly

27 Détente adiabatique E' ' r' w C r c R t E

28 Brouillard d évaporation m A e w (t liquide ) e t air > t eau e (t ) e (t ) e (t ) w d w eau w air t air < t eau e e (t ) e (t ) w air w eau

29 Saturation par mélange e (t) w e B B M e A A t t A t M t B

30 Condensation par turbulence R A r M 0 M E A A R B E B B r A r B 0 B 0 B

31 Effet de Foëhn E 1 1 C C NUAGE R' R E E'

32 Effet de Foëhn C c R E FORMATION DE CIRRUS AR DETENTE

33 Effet de Foëhn C c R E FORMATION D'ALTOCUMULUS LENTICULAIRES OU EN ROULEAUX

34 Foëhn en altitude 1

35 Foëhn en altitude 2

36 Foëhn

37 Foëhn

38 Trou de Foëhn

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