La dynamique atmosphérique rééquilibrage du bilan radiatif et moteur du déplacement des masses d air

Transcription

1 2 ème pièce du puzzle La dynamique atmosphérique rééquilibrage du bilan radiatif et moteur du déplacement des masses d air

2 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Principes généraux Quelques principes de base sur la pression atmosphérique. L air se concentre dans les basses couches de l atmosphère du fait de l attraction terrestre : pression moyenne au niveau zéro des océans = 1013, 25 hpa (1015 hpa) La pression atmosphérique diminue avec l altitude

3 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Principes généraux Diminution de la pression avec l altitude. A partir de m, la pression devient inférieure à 200hpa limite correspondant à la tropopause au-delà de laquelle la dynamique atmosphérique (mouvement de masses d air, de particules d air : vent, de formation de nuages) devient inexistante. Toute la dynamique du climat se joue donc entre 0 et 1200m d altitude : troposphère

4 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Principes généraux Quelques principes de base sur la pression atmosphérique. L air se concentre dans les basses couches de l atmosphère du fait de l attraction terrestre : pression moyenne au niveau zéro des océans = 1013, 25 hpa (1015 hpa) La pression atmosphérique diminue avec l altitude Lorsque la densité de l air est > 1015 hpa, on parle de hautes pressions anticycloniques (anticyclone) Lorsque la densité de l air est < 1015 hpa, on parle de basses pressions dépressionnaires (dépression)

5 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Principes généraux Carte en isobares : lignes d égales pressions barométriques. Dans ce cas, les pressions sont ramenées au niveau zéro de la mer pour éliminer les effets du relief

6 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Le mouvement des masses d air Quelques principes de base sur la pression atmosphérique. La densité de l air dépend de deux paramètres essentiels : la température et la teneur en vapeur d eau (H 2 O) Un air froid et sec est lourd, il s écoule vers le bas (air subsident) et augmente la pression au sol (> 1015 hpa) = hautes pressions anticycloniques Un air chaud et humide est léger, il s écoule vers le haut (air ascendant) et diminue la pression au sol (< 1015 hpa) = basses pressions dépressionnaires

7 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Le mouvement des masses d air Bilan radiatif au sommet de l atmosphère (W/m²) mesuré au cours de l année 1980 par le satellite ERBS (Earth Radiation Budget Satellite). Source : S. Jousseaume (1999) Climat d hier à demain, CNRS Edit., Paris, 143p.

8 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Le mouvement des masses d air Températures moyennes mensuelles au-delà du cercle polaire nord : arctique déficit polaire

9 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Le mouvement des masses d air Températures moyennes mensuelles et pressions barométriques au-delà du cercle polaire austral : antarctique déficit polaire

10 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Le mouvement des masses d air Limite à 35 de latitude

11 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Le mouvement des masses d air Schéma général de la dynamique atmosphérique Relation entre bilan radiatif et pression atmosphérique

12 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Le mouvement des masses d air Schéma général de la dynamique atmosphérique Relation entre bilan radiatif et pression atmosphérique

13 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Le mouvement des masses d air Effet de la force de Coriolis : déviation du déplacement des masses d air

14 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Le mouvement des masses d air Schéma général de la dynamique atmosphérique Influence de la force de Coriolis et déviation du déplacement de masses d air en altitude : création des jets dans la haute atmosphère (jet stream)

15 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Le mouvement des masses d air Les méandres formés par le jet «tempéré» est à l origine de mouvement de convection : à l entrée des méandres = subsidence augmentation des pressions au sol ; à la sortie des méandres = ascendance diminution de la pression au sol

16 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Le mouvement des masses d air Schéma général de la dynamique atmosphérique La descente d air froid des hautes vers les basses latitudes se fait sous la forme d énormes lentilles de plusieurs centaines de km de diamètre et d environ 2000 m d épaisseur appelées Anticyclone Mobile Polaire (AMP) d après M. Leroux (1996) La remontée d air chaud des basses vers les hautes latitudes se fait sous la forme «de vents chauds» issus des alizés (circulation atmosphérique intertropicale)

17 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Le mouvement des masses d air Écoulement des AMP dans l hémisphère nord D après M. Leroux, 1996

18 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Le mouvement des masses d air Écoulement des AMP dans l hémisphère nord D après M. Leroux, 1996

19 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Le mouvement des masses d air Écoulement des AMP dans l hémisphère sud D après M. Leroux, 1996

20 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Le mouvement des masses d air et pluviogenèse 1 er processus associés à l écoulement des AMP : la pluviogenèse

21 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Le mouvement des masses d air et pluviogenèse Processus associés à l écoulement des AMP : pluviogenèse Les masses d air froid et sec (AMP) qui s écoulent vers les basses latitudes rencontrent l air chaud et humide tropical qui remonte vers les hautes latitudes. L air chaud et humide étant plus léger que l air froid et sec, il est soulevé par ce dernier, en s élevant le phénomène de pluie se produit (cf. première partie du cours : pluviogenèse). basses latitudes hautes latitudes Ascendance frontale ou dynamique

22 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Le mouvement des masses d air et pluviogenèse Genèse des dépressions associées à la circulation des AMP D après M. Leroux, 1996

23 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Le mouvement des masses d air et pluviogenèse Genèse des dépressions associées à la circulation des AMP Perturbation atlantique arrivant sur l Europe de l ouest (source : Météo France) D après M. Leroux, 1996

24 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Le mouvement des masses d air et pluviogenèse Genèse des dépressions associées à la circulation des AMP D après M. Leroux, 1996

25 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Le mouvement des masses d air et pluviogenèse Genèse des dépression associée à la circulation des AMP dans l hémisphère nord D après M. Leroux, 1996

26 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Le mouvement des masses d air et pluviogenèse Genèse des dépressions associées à la circulation des AMP dans l hémisphère sud D après M. Leroux, 1996

27 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Le mouvement des masses d air et genèse des AA 2 ème processus associés à l écoulement des AMP : la formation des agglutinations anticycloniques (AA)

28 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Le mouvement des masses d air et genèse des AA Processus associés à l écoulement des AMP : la formation des agglutinations anticycloniques (AA) Les AMP, de par leur faible épaisseur (2000 m), sont très sensibles à la présence des hauts reliefs. Lorsqu ils rencontrent des chaînes de montagnes dont l altitude est supérieure à 2000 m, ils sont bloqués (impossibilité pour ces masses d air très lourdes de franchir ces hauteurs). Ce phénomène de blocage est à l origine de la formation des Agglutinations Anticycloniques (AA) : anticyclones «permanents» l anticyclone des Açores (d après M. Leroux,1996)

29 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Le mouvement des masses d air et genèse des AA D après M. Leroux, 1996

30 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Le mouvement des masses d air et genèse des AA

34 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Le mouvement des masses d air et centres d action Schéma général des centres d action (anticyclones et dépressions) permanents Les centres d action permanents (anticyclones et dépressions) sont d origine dynamique liés à dynamique atmosphérique liés à l écoulement des masses d air. Ils fonctionnent par «couple» suivant le schéma suivant :

35 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Le mouvement des masses d air et centres d action Schéma général des centres d action (anticyclones et dépressions) permanents

36 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Le mouvement des masses d air et centres d action Schéma général des centres d action (anticyclones et dépressions) permanents Les centres d action permanents (anticyclones et dépressions) sont d origine dynamique liés à dynamique atmosphérique liés à l écoulement des masses d air. Ils fonctionnent par «couple» : - anticyclone des Açores et dépression d Islande pour l Atlantique nord - anticyclone de Californie et dépressions des Aléoutiennes pour le Pacifique nord - anticyclone de l île de Pâques et dépression(s) australes* pour le Pacifique sud - anticyclone de Ste Hélène et dépression(s) australes* pour l Atlantique sud - anticyclone des îles Mascareignes et dépressions australes* pour l océan Indien * dans l hémisphère sud les dépressions ne sont pas individualisées car il n y a pas de masses continentales pour les «bloquer» présence de l océan austral

37 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Centres d action et précipitations Pluviométrie en Amérique du nord dépression des Aléoutiennes Anticyclone de Californie

38 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Centres d action et précipitations Pluviométrie en Amérique du sud Anticyclone de l île de Pâque dépression(s) australes

39 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique climats

40 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique climats et végétation Les grands biomes de l Amérique du nord et du sud

41 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Centres d action et précipitations dépression d Islande Anticyclone des Açores

44 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique climats et végétation Les grands biomes de l Europe de l Ouest

45 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Centres d action et précipitations Anticyclone de Sainte Hélène dépression(s) australes

46 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Centres d action et précipitations Anticyclone de Sainte Hélène dépression(s) australes

47 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Centres d action et précipitations

48 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique climats et végétation Les grands biomes d Afrique

49 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Centres d action et précipitations Précipitations moyennes annuelles en Australie Anticyclone des Mascareignes dépression(s) australes

50 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Centres d action et précipitations Les différents climats de l Australie

51 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique climats et végétation Les grands biomes d Océanie

52 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Saisonnalité des centres d action Mouvement apparent du soleil et déplacement saisonnier des centres d action (anticycloniques et dépressions)

53 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Saisonnalité des centres d action

54 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Saisonnalité des centres d action Conséquences du mouvement apparent du soleil La rotation de la terre autour du soleil fait qu aux moyennes et hautes latitudes, la «forte» saisonnalité du bilan radiatif se traduit par deux phénomènes dynamiques : 1er phénomène - En hiver de l hémisphère, l expulsion des AMP est plus fréquente (1,5 / jour) et ces derniers sont plus vigoureux car les températures au pôle sont très basses ils descendent beaucoup plus bas en latitude le système se décale vers l équateur en janvier dans l hémisphère nord, en juillet dans l hémisphère sud. - En été de l hémisphère, c est le phénomène inverse qui se produit. Les AMP expulsés du pôle sont moins vigoureux car il fait plus chaud, ces masses d air froid descendent moins bas en latitude l ensemble du système se déplace vers le pôle nord en juillet, vers le pôle sud en janvier.

55 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Saisonnalité des centres d action Conséquences du mouvement apparent du soleil

56 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Saisonnalité des centres d action Conséquences du mouvement apparent du soleil

57 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Saisonnalité des centres d action Conséquences du mouvement apparent du soleil La rotation de la terre autour du soleil fait qu aux moyennes et hautes latitudes, la «forte» saisonnalité du bilan radiatif se traduit par deux phénomènes dynamiques : 2eme phénomène - La faible inertie thermique de l écorce terrestre (par rapport à la masse océanique) fait que durant l hiver de l hémisphère, le cœur des continents se refroidit considérablement l air subside entraînant une hausse des pressions on trouve alors des anticyclones d origine thermique sur les continents. - A l inverse, durant l été l énergie emmagasinée par l écorce terrestre (qui se réchauffe bien plus que les océans) est transmise aux basses couches de l atmosphère l air se réchauffe à son tour et s élève on trouve alors des dépressions d origine thermiques sur les continents.

58 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Saisonnalité des centres d action

59 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique les circulations aux hautes latitudes

60 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique les circulations aux hautes latitudes Schéma général saisonnier des centres d action (anticyclones et dépressions) 1 - Les centres d action permanents d origine dynamique sont centrés sur les océans (forte inertie thermique stabilité atmosphérique toute l année) : - anticyclone des Açores et dépression d Islande sur l Atlantique nord - anticyclone de Californie et dépressions des Aléoutiennes sur le Pacifique nord - anticyclone de l île de Pâques sur le Pacifique sud - anticyclone de Ste Hélène sur l Atlantique sud - anticyclone des îles Mascareignes sur l océan Indien 2 - Les centres d action non permanents d origine thermique sont centrés sur les continents (faible inertie thermique forte instabilité de l air en fonction des saisons) : - anticyclone de Manitoba + d Alaska sur l Amérique du nord en janvier - anticyclone de Sibérie sur l Europe / Asie en janvier - dépressions individualisées sur les continents africain, sud-américain et australien en janvier Énorme ceinture anticyclonique sur tout l hémisphère nord en janvier - basses pressions sur l Amérique du nord en juillet - basses pressions (dépression) sur l Europe / Asie en juillet - hautes pressions sur les continents africain, sud-américain et australien en juillet Énorme ceinture anticyclonique sur tout l hémisphère sud en juillet

61 2 Dynamique du climat La dynamique atmosphérique Conclusion Conclusion sur la dynamique atmosphérique - La dynamique atmosphérique illustre le déplacement des masses d air froid et chaud participant au rééquilibrage du bilan radiatif terrestre l air froid descend des hautes vers les basses latitudes pour les refroidir ; l air chaud remonte des basses vers les hautes latitudes pour les réchauffer - Ces déplacements sont à l origine de formation de la pluie lorsque l air froid rencontre l air chaud ascendance frontale ou dynamique. Ces processus concernent essentiellement la zone tempérée et expliquent les spécificités du climat océanique et hyperocéanique - Ces déplacements génèrent également les centres d action (anticyclones et dépressions) permanents d origine dynamique, centrés sur les bordures orientales des océans anticyclones = agglutinations anticycloniques ; dépressions = air chaud tropical soulevé par l air froid polaire - Les centres d action non permanents sont centrés sur les continents et relèvent de phénomènes thermiques refroidissement de l écorce terrestre en hiver = hautes pressions ; réchauffement de l écorce terrestre en été = basses pressions