Ls mouvements horizontaux dans l atmosphère CO1 Climatologie et hydrologie
Le plan du TD Les forces en présence La force de Coriolis Vitesse d une particule en fonction de la latitude Le géostrophisme La friction et le vent réel Un exemple de circulation atmosphérique L échange thermique méridien A retenir Exercices
Les forces o Il existe principalement trois forces impliquées dans les mouvements horizontaux de l atmosphère: - la force de pression - la force de Coriolis - la force de friction o La force de pression s exerce des HP vers les BP perpendiculairement aux isobares et est proportionnelle au gradient de pression o La force de Coriolis liée à la rotation de la terre dévie les mouvements horizontaux vers la droite dans l HN et vers la gauche dans l HS et s annule à l équateur o La friction ralentit le mouvement
La force de Coriolis o Imaginons qu une parcelle d air soit accélérée depuis le pôle Nord en direction de l équateur en raison du gradient de pression direction de la force de pression trajectoire initiale sens de rotation de la terre (d ouest en est) trajectoire réelle
Vitesse d une particule = f o Une parcelle d air qui quitte l équateur pour se diriger vers le pôle aura plus de vitesse qu une parcelle d air se situant aux moyennes latitudes aux pôles, la terre fait un tour sur elle-même en 23 h 56 min à l équateur, la terre parcourt 40 075 km en 23 h 56 min (463 m/s)
o La force de Coriolis s exerce sur tous les mouvements terrestres et dans le sens horizontal dévie les mouvements sur la gauche dans l HS et vers la droite dans l HN o La composante horizontale de la force de Coriolis s annule à l équateur (proportionnelle au sinus de la latitude (0 à 0 )) o Elle est nulle pour les objets au repos sur terre et est proportionnelle à la vitesse de l objet par rapport à la terre o Cette force, très importante pour comprendre les mouvements atmosphériques et océaniques, est faible dans l absolu et n est pas perceptible dans la vie courante o Les forces centrifuge et centripète ne seront pas abordées ici mais sont importantes lors des cyclones tropicaux ou dans les tornades.
Le vent en altitude (1) force de pression BP vent géostrophique HP force de Coriolis o Le mouvement n est possible que s il existe des différences de pressions o Accélération d une parcelle d air en direction des BP en raison de la force de pression (1) dans l HN o Du fait de son mouvement, elle subit la force de Coriolis qui la dévie vers la droite (2) o Cette déviation s arrête quand les directions des deux forces sont opposées (3) o Le mouvement se conserve alors en ligne droite par inertie = ce mouvement s appelle le mouvement géostrophique
La friction (1) o La friction intervient également et change les choses. Si la friction est faible, le vent géostrophique constitue une bonne approximation du vent réel o Le vent géostrophique est parallèle aux isobares o Sa vitesse est d autant plus importante que le gradient de pression est fort o Il laisse les HP sur sa droite et les BP sur sa gauche dans l HN (règle énoncée par Buys-Ballot au 19 siècle) o Ce mouvement n existe pas à proximité de l équateur puisque la force de Coriolis y est nulle (entre 4-5 N-S)
La friction (2) o La friction intervient dans le mouvement horizontal car elle ralentit le flux = affaiblissement de l intensité de la force de Coriolis, puisque celle-ci est proportionnelle à la force du vent = la direction du flux se rapproche donc de la direction initiale (direction de la force de pression) o L application de la force de friction est importante car l air va diverger depuis le centre des anticyclones et converger vers le centre des dépressions = échange d air entre les anticyclones et les dépressions (ce qui est impossible avec les règles du géostrophisme)
Le vent en surface (1) o Si la force de friction est importante, l échange d air est favorisé puisque l écoulement réel s éloigne du géostrophisme. Les individus barométriques ont donc une durée de vie plus réduite sur les continents (force de friction plus forte) que sur les océans (friction faible); dans ce dernier cas l anticyclone a du mal à se «vider» dans la dépression o C est donc en combinant les mouvements horizontaux et verticaux que l on comprend que l air descend vers le sol dans le centre d un anticyclone (donc se réchauffe et s éloigne de son point de saturation) en tournant dans le sens des aiguilles d une montre et s élève au centre d une dépression (donc se refroidit et se rapproche de son point de saturation) en tournant dans le sens inverses des aiguilles d une montre dans l HN
Le vent en surface (2)
Un exemple de circulation atmosphérique (1) direction et intensité de la force de pression direction et intensité du vent
Un exemple de circulation atmosphérique (2) o Champ de pression = anticyclone des Açores au SW + dépression d Islande au NW o La force de pression est dirigé depuis l anticyclone vers la dépression d Islande mais aussi de l Europe centrale vers le nord de la Scandinavie et depuis l anticyclone des Açores vers l équateur o Le vent réel est orienté à droite de la force de pression (mais pas à 90 en raison de la friction) et est maximal là où le gradient de pression est le plus fort et où la friction est faible
L échange thermique méridien (1)
L échange thermique méridien (2) o Situation barométrique à mettre en relation avec le champ de température o La puissante advection d air provenant du SW du centre de l Atlantique au NW de la Scandinavie est associée à une forte remontée des températures. Le champ thermique est donc associé au rayonnement mais aussi (souvent) aux échanges d air via la circulation atmosphérique et océanique
À retenir Les mouvements horizontaux de l air sont déterminés en premier lieu par la force de pression: l air s écoules HP vers les BP Le mouvement est dévié par la rotation de la terre (force de Coriolis) et freiné par la friction L équilibre entre force de pression et force de Coriolis aboutit à un mouvement parallèle aux isobares qui laisse sur sa droite les HP et sur sa gauche les BP dans l HN = ce vent théorique constitue une approximation du vent réel là où la friction n est pas trop forte (= vent géostrophique) La friction en ralentissant el vent diminue l intensité de la force de Coriolis et implique que le vent soit divergent depuis le centre des anticyclones et convergent vers le centre des dépressions = le mouvement est donc subsidant dans le centre d un anticyclone et ascendant dans le centre d une dépression Le vent transporte de la chaleur sensible et latente = échange énergétique = élément fondamental de la détermination des températures
Exercices (1) Commentez et expliquez les 5 principales structures barométriques figurant dans l encadré rouge
Exercices (2) Indiquez la direction de la force de pression, de la force de Coriolis et enfin du vent réel en surface sur l image en bas à droite (Ouragan dans l hémisphère Nord) Commentez et expliquez la carte des pressions de surface cidessous Force de Coriolis Vent réel Force de pression BP