Description et structure de l atmosphère

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1 Laboratoire des Sciences du Climat et de l! environnement Université de Versailles Saint Quentin en Yvelines

2 Plan Composition de l atmosphère actuelle Comment classer les composés atmosphériques? Pression Température Couche limite planétaire Tropiques versus moyennes latitudes 2

3 Plan Composition de l atmosphère actuelle Comment classer les composés atmosphériques? Pression Température Couche limite planétaire Tropiques versus moyennes latitudes 3

4 Composition actuelle de l atmosphère Source : Dossier l! atmosphère, Pour la Science, ed. Belin, Juin 1996.

5 Principaux constituants atmosphériques. Physico-chimie de l atmosphère, Belin ed., 2005

6 Le cycle global de l eau - Cycle Actif : taux de renouvel. = 11 jours - 2/3 de l! effet de serre naturel - Eau = enjeu majeur du 21e siècle Quantités exprimées en kg d eau 6

7 Temps de résidence de la vapeur d eau dans l atmosphère en fonction de la latitude. Physico-chimie de l atmosphère, Belin ed. Fondamentaux de météorologie, S. Malardel, Cépaduès ed., 2005

8 EAU et humidité

9 Prépititations Fondamentaux de météorologie, S. Malardel, Cépaduès ed.,

10 Cycle du carbone géologique

11 750 GtC Le bilan global «naturel» du CO 2 en GtC an -1 (1 GtC = gc) Dégazage 70 ± 20 Absorption 70 ± 20 Erosion Respiration 120 ± 30 Photosynthèse 120 ± GtC 2500 GtC Flux annuels années 1990 Stocks moyens réservoirs Source : IPCC-TAR 11

12 Espèce à longue durée de vie : CH 4 ppb Concentrations de méthane calculées par le modèle de chimie-transport LMDZ-INCA (moyenne annuelle pour 1990). 12

13 Reconstruction du méthane atmosphérique depuis l espace Frankenberg et al.,

14 Distribution d ozone sur la verticale au dessus de la Suisse (ppb) Ozone stratosphérique Ozone troposphérique

15 Composés en déséquilibre de mélange Fig. 8 : Unité Dobson. 15

16 NO 2 depuis l espace En Asie En Europe 16

17 Plan Composition de l atmosphère actuelle Comment classer les composés atmosphériques? Pression Température Couche limite planétaire Tropiques versus moyennes latitudes 17

18 Distribution verticale des principaux constituants atmosphériques. Physico-chimie de l atmosphère, Belin ed., 2005

19 Réactivité chimique Variation de l énergie potentielle lors d une réaction chimique. Physico-chimie de l atmosphère, Belin ed., 2005

20 Temps de vie Evolution de la masse des constituants après leur émission dans l atmosphère. Physico-chimie de l atmosphère, Belin ed.

21 Type de sources Représentation schématique des principaux processus affectant la composition chimique de l atmosphère. Physico-chimie de l atmosphère, Belin ed., 2005

22 Type d échange

23 Forçage radiatif IPCC, 2007

24 Toxicité 24 Source : Atmospheric chemistry of the earth, Seinfield, ed. Wiley-interscience, Pollution de l! air, P. Arquès, ed. Edisud, 1998.

25 Transport dans l atmosphère Temps caractéristiques moyens de transport (a) horizontal et (b) vertical dans l atmosphère. Physico-chimie de l atmosphère, Belin ed., 2005

26 Echelle temporelle 1 siècle 10 ans 1 an 1mois 1 jour 1 heure 100 s 1 s HO 2 OH NO 3 CH 3 O 2 Gaz à longue durée de vie C 3 H 6 Isoprène NOx*** HFCs* CH 3 Br CO** Aérosols O 3 tropo H SOx*** 2 O 2 DMS Radicaux COVs** CH 4 * N 2 O* CO 2 *** CH 3 CCl 3 * 1 m 1 km 100 km 1000 km SF 6 * CFCs* Gaz à durée de vie modérée Classification espace/temps des composés atmosphériques *: fort PEG DDD : contribue à détruire l ozone strato AAA : gaz à effet de serre **: Toxicité ou dangerosité *** : acidification Temps de mélange Inter-hémisphérique Temps de mélange Intra-hémisphérique Temps de mélange dans la couche limite Echelle spatiale

27 Plan Composition de l atmosphère actuelle Comment classer les composés atmosphériques? Pression Température Couche limite planétaire Tropiques versus moyennes latitudes 27

28 Circulation atmosphérique (Janvier) 28

29 Circulation atmosphérique (Juillet) 29

30 Pression - vertical Fig. 1 : Elément d une colonne atmosphérique. Physico-chimie de l atmosphère, Belin ed., 2005

31 Pression - vertical (a) (b) (a) Structure verticale en pression (b) et en densité. Physico-chimie de l atmosphère, Belin ed., 2005

32 Hauteur de la tropopause (km) Fig. 4 : Variation saisonnière de la hauteur de la tropopause (km). Physico-chimie de l atmosphère, Belin ed.,

33 Plan Composition de l atmosphère actuelle Comment classer les composés atmosphériques? Pression Température Couche limite planétaire Tropiques versus moyennes latitudes 33

34 Température de surface 34

35 Température - vertical Météorologie générale, J.P. Triplet et G. Roche, ed. Ecole Nationale de la Météorologie, 1986, 317pp.

36 Température - verticale Fondamentaux de météorologie, S. Malardel, Cépaduès ed.,

37 Température - verticale Fondamentaux de météorologie, S. Malardel, Cépaduès ed.,

38 Plan Composition de l atmosphère actuelle Comment classer les composés atmosphériques? Pression Température Couche limite planétaire Tropiques versus moyennes latitudes 38

39 Description et structure de l atmosphère Couche limite atmosphérique Couche limite atmosphérique 39

40 Emissions anthropiques en France en Source : CITEPA

41 Cycle diurne (CO/Paris) Evolution des concentrations Cycle saisonnier (SO2/IDF) 41 Physico-chimie de l atmosphère, Belin ed., 2005

42 Plan Composition de l atmosphère actuelle Comment classer les composés atmosphériques? Pression Température Couche limite planétaire Tropiques versus moyennes latitudes 42

43 Cyclones atmosphériques Fondamentaux de météorologie, S. Malardel, Cépaduès ed.,

44 Températures de surface de l océan 44 Fondamentaux de météorologie, S. Malardel, Cépaduès ed., 2005

45 Vent zonal Fondamentaux de météorologie, S. Malardel, Cépaduès ed.,

46 Vent méridien Fondamentaux de météorologie, S. Malardel, Cépaduès ed.,

47 Zone de Convergence Inter-Tropicale (ITCZ) Fondamentaux de météorologie, S. Malardel, Cépaduès ed.,

48 Anomalies de géopotentiel 48 Fondamentaux de météorologie, S. Malardel, Cépaduès ed., 2005

49 Description et structure de l atmosphère Système dépressionnaire sur l Atlantique Nord Fondamentaux de météorologie, S. Malardel, Cépaduès ed.,

50 Vent et température à 850 hpa Fondamentaux de météorologie, S. Malardel, Cépaduès ed.,

51 Conclusions L atmosphère est un milieu dilué stratifié. Les variations des variables météorologiques sont généralement plus fortes verticalement qu horizontalement (P,T). ~80% de la masse de l atmosphère est située en dessous de 15 km d altitude. En dehors de N 2, O 2 et Ar, les composés sont présents à l état de traces dans l atmosphère (ppm--->ppt). Les composés atmosphériques peuvent être classés en fonction de leur abondance, temps de vie, types de sources, impact spatial, toxicité, pouvoir de réchauffement global, Ces critères déterminent 3 grandes classes de composés liées aux échelles spatiales globale, régionale et locale. De nombreux composés sont en équilibre de mélange en dessous de 100 km d altitude. Contre exemples notables : H 2 0, O 3 Les champs de pression, de vent et de température horizontaux sont structurés et liés entre eux. Certaines variables météorologiques (u, Z) ont des caractéristiques clairement différentes entre les tropiques (importance de des mouvements verticaux stationnaires) et 51 les moyennes latitudes (importance des gradients thermiques et des fluctuations).

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