CLIMATOLOGIE METEOROLOGIE L2 Terre-Environnement Pierre Camberlin cyclone Sandy, 28-10-12 Déroulement des cours / TD Introduction - climatologie, météorologie : définitions 1 Les variables météorologiques et leur mesure 2. Les éléments du bilan radiatif - Rayonnement solaire global et albedo - Rayonnement terrestre et effet de serre - Bilan radiatif et bilan d énergie +TD bilan radiatif 3 La circulation atmosphérique: pressions et vents - Les variations de la pression atmosphérique - Les relations entre vents et pression - Divergence, convergence, tourbillon - La circulation atmosphérique générale +TD situations météo 4 La structure verticale de l'atmosphère: stabilité, instabilité +TD - Les variations verticales de la température émagrammes - Le rôle de l'humidité atmosphérique 5 Les composantes atmosphériques du cycle de l eau - Aperçu des principaux types de nuages - Mécanismes de formation des nuages - Les précipitations : nature et genèse 6 Les perturbations - Masses d'air et transferts d'énergie - Développement des perturbations baroclines - Les autres perturbations +TD situations météo 7 La dynamique du climat - La circulation atmosphérique générale - Les interactions continent-océanatmosphère - Les types de climats Bibliographie / sitographie AGUADO E., BURT H., 1999 : Understanding weather and climate. Prentice-Hall BARD E. 2003 Evolution du climat et de l'océan. Collège de France / Fayard, 75 pp.. BARRY R., CHORLEY R., 2003 : Atmosphere, weather and climate. Routledge BELTRANDO G., 2011 : Les climats : processus, variabilité et risques. Armand Colin BERGER A., 1992 : Le climat de la Terre. Be Boeck Université. BERROIR A. 1995 La météorologie. PUF, 127p. BISSECK I.H 1995 Fondements physiques de la météorologie dynamique. Karthala GODARD A., TABEAUD M., 2004 : Les climats: mécanismes, variabilité, répartition. Armand-Colin GUYOT G., 1999 : Climatologie de l environnement. Dunod. HUFTY A., 2001 : Introduction à la climatologie. De Boeck Université. MALARDEL S. 2005 Fondamentaux de météorologie - A l'école du temps. Cépaduès, 710 p. PEDELABORDE P. 1991 Introduction à l étude scientifique du climat. Sedes, 352 p. SADOURNY R., 1994 : Le climat de la Terre. Flammarion. TRIPLET J.P. et ROCHE G. 1996 Météorologie générale. La Documentation Française Météorologie / Climatologie La météorologie : l état de l atmosphère à un instant t, ce qui explique cet état et comment il va évoluer à un instant t+1. La climatologie : l ensemble des états de l atmosphère sur une longue période de temps ; traduit une réalité statistique climat A climat B Doc.1 Suivi météorologique en temps réel : www.meteociel.fr/ meteocentre.com/toulouse/ Dossiers sur la météo et le climat : comprendre.meteofrance.com www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosclim/ conditions météo à l instant t conditions météo à l instant t+1000
1- Les variables météorologiques et leur mesure La mesure au sol girouette anémomètre pyranomètre capteurs de température et d humidité Vitesse et direction du vent Mesure de la température de l air Variation verticale courante de la T de l'air près du sol par ciel clair h(m) 3 2 jour nuit 1 pluviomètre 0 0 10 20 30 40 C Doc.3 Doc.4 Doc.5 Doc.7 Doc.8 rapport de mélange saturant Nébulosité Capacité hygrométrique de l air (à 1015 hpa) AIR NON SATURE Humidité relative : Ex : r = 10 g/m3 T = 20 C => rw= 17,3 g/m3 HR = 10/17,3 = 58% Doc.6
2- Les éléments du bilan radiatif 2.2 Le rayonnement solaire et son interaction avec l atmosphère terrestre 2.1 La structure et la composition de l atmosphère Autres gaz : -Argon -Vapeur d eau (près de 1%) - Gaz carbonique (0,04%) - Méthane (1 pour 1 000 000) - quantités infimes d O3, NO2 Doc.9 Effet de la latitude et des saisons (source : R. Barbero) Doc.10 Rayonnement solaire au sommet de l atmosphère (source : Speich, Daniault) Doc.11 Doc.12
Max «lumière visible» Variations moyennes du rayonnement solaire reçu au sommet de l atmosphère selon la saison et la latitude, en W/m2 Spectre d émission du soleil et de la Terre, et son absorption par l atmosphère Doc.13 Répartition du rayonnement incident (ondes courtes), pour une puissance solaire incidente de 100 watts. (direct et diffus) (source : UVED) Spectre électromagnétique Doc.15 Doc.14 2.3 L effet de la surface terrestre L albédo de surface Quelques valeurs caractéristiques Doc.16
Rayonnement solaire incident en surface Albédo de surface Insolation à la surface de la Terre (moyenne 1984-1991) JANVIER Max : pôle sud + océans subtropicaux de l hémisphère sud (fort rayonnement onde courte + faible nébulosité) JUILLET Max : Groenland + océans subtropicaux de l hémisphère nord (fort rayonnement onde courte + faible nébulosité) Echelles de 0 (bleu) à 350 W/m2 (rose-blanc). (Source: NASA Surface Radiation Budget Project). Doc.18 Rayonnement solaire absorbé à la surface de la Terre (moy. 1984-1991) JANVIER JUILLET Doc.19 2.4 Le rayonnement terrestre Ondes courtes (visible) Le principe de l effet de serre Effet de la fonte de la banquise sur le rayonnement absorbé (Winton, 2008) Ondes Longues (IR) Doc.20 Projections des températures et de l albédo des régions polaires nord selon différents modèles Doc.21
Rayonnement infrarouge sortant («Outgoing Longwave Radiation» OLR) 2.5 Bilan radiatif et bilan d énergie Rnet = (1-a) Rg Rt Le cycle diurne (source : University of Wisconsin-Madison http://cimss.ssec.wisc.edu/wxwise/gifs/) Variations diurnes et saisonnières des termes du bilan radiatif aux moyennes latitudes, et relation avec la température Le cycle annuel (Anthes, 1997) Doc.22 Doc.23 Bilan radiatif : moyennes mensuelles du rayonnement net Le bilan radiatif : un double déséquilibre (1) Entre basses et hautes latitudes (gradient méridien) (source : University of Wisconsin-Madison http://cimss.ssec.wisc.edu/wxwise/gifs/net ALL.mpg) Des puits et des sources Doc.24 source : ifremer.fr Doc.25
Bilan radiatif terrestre, W/m2 65 W/m2 Atmosphère : Bilan radiatif terrestre, W/m2 65 W/m2 +425 525 = -100 Atmosphère : +425 525 W/m2 = -100 W/m2 Surface : Surface : +490 390 +490 390 = +100 W/m2 = +100 W/m2 Déséquilibre surface / atmosphère compensé par des transferts énergétiques verticaux sous deux formes (2) Entre surface et atmosphère (source : GIEC) Doc.26 Flux de chaleur sensible (source : Beucher 2010, données réanalyses ERA40 1957-2002) (source : GIEC) Doc.26 Flux de chaleur latente Doc.27 Doc.28
Déséquilibre méridien compensé par des transferts énergétiques horizontaux : - vents - courants océaniques hémisphère nord hémisphère sud vers le nord vers le sud transferts annuels méridiens d énergie (totaux, océan., atmo./latente, atmo./sensible) Doc.29 Fux d énergie en surface Questions 1) Que désignent les lettres Q*, LE, H, G? 2) Identifiez à quel contexte correspond chacune des figures : 1. Surface sèche en journée 2. Surface humide en journée 3. surface humide de nuit. Flux et bilans d énergie Cas n Cas n Cas n Doc.30 3- La circulation atmosphérique: pressions et vents pression atmosphérique moyenne de janvier 3.1 Les variations de la pression atmosphérique climat météo source : http://geography.uoregon.edu/ pression atmosphérique, début janvier 2007 source : http://hydro.iis.u-tokyo.ac.jp Quelques niveaux de référence en atmosphère standard pression (hpa) niveau (m) 850 1500 m 700 3000 m 500 5600 m 200 11800 m Doc.31 Doc.32 Doc.34
Doc.35 Pression de surface, 4 janvier 2007, 6h Pression réduite au niveau de la mer, 4 janvier 2007, 6h 19/02/05 06h TU Doc.33 Altitude de la surface 500 hpa, en dam Doc.37 Doc.38
3.2 Les relations entre pressions et vents Doc.39 Rôle de la force de pression sur vitesse + direction Autres forces : force de Coriolis, force de friction déviation de Coriolis (HN) vent géostrophique (HN) effet de la friction sur les vents de surface source : ENS Lyon C = 2. ω. V. sin(l) Doc.40 Talweg Crête anticyclone vent en altitude (géostrophique) Doc.41 Doc.42