Les bilans énergétiques (2) CO1 Climatologie et hydrologie
Le plan du TD Les variations du bilan énergétique à l échelle annuelle Les variations du bilan énergétique à l échelle diurne A retenir Exercices
Le BE sur 1 surface continentale et 1 surface océanique à l échelle annuelle 66 N 30 E et 66 N 30 W
À 30E 66 N RS absorbé en surface RT émis net (différence e n t r e l e r a y o n n e m e n t atmosphérique absorbé par la surface et le RT) Bilan radiatif (différence entre les deux) Flux de chaleur latente Flux de chaleur sensible Bilan raditif
À 30E 66 N o RS présente une allure typique en cloche avec un minimum proche de 0 en décembre-janvier et un maximum positif en juin/ juillet = rôle de l obliquité o Le flux de RT net s inscrit en creux par rapport au RS absorbé. La température de surface est plus élevée en été, donc le rayonnement émis par la surface sera plus important o Le bilan radiatif net (RN) est donc faiblement négatif en hiver et fortement positif en été = son évolution est dictée par celle du RS absorbé
À 30E 66 N o Les deux flux de chaleur varient en opposition par rapport au RN o Le RN dégage une quantité qui doit être évacuée (ou comblée) vers (depuis) l atmosphère et la profondeur sous d autres formes (conduction, convection ou changement d état de l eau) o L est nul en hiver et augmente en été = l évaporation nécessite de la chaleur, c est la seule contrainte ici car le sol n est que très rarement totalement sec o S est dirigée depuis l atmosphère en hiver (Septembre à Mai) car le sol (enneigé en hiver) est plus froid que l atmosphère, et est dirigé de la surface vers l atmosphère durant l été (juin à août). RN-(L+S) = O faiblesse du stockage de chaleur dans le sol à cette échelle
À 30W 66 N Bilan radiatif Flux de chaleur latente Flux de chaleur S
À 30W 66 N o Le RN suit une évolution en cloche mais les valeurs hivernales sont plus fortement déficitaires = océan libre de glace = le rayonnement émis par la surface est plus fort (surface plus chaude) o S et L sont quasiment toujours dirigés depuis la surface vers l atmosphère et l intensité est maximale en hiver o Ces flux ne sont donc pas activés par la température mais par les vents qui sont plus forts et plus froids en hiver = activation des flux de chaleur S et L o L océan stocke la chaleur en été et la restitue en hiver mais le déficit hivernal n est pas compensée par l excédent estival ce qui suscite un transfert latéral de chaleur depuis les zones excédentaires (ZIT) via les courants marins (transferts inexistants sur les continents)
Le bilan énergétique à l échelle diurne (1) BE à Avignon le 27/7/1990 : Figure du haut : rayonnement net, flux de conduction vers la profondeur, flux de chaleur latente (croix), flux de chaleur sensible (rond). Figure du bas: évolution horaire de la température
Le bilan énergétique à l échelle diurne (2) o Le BR net a une allure en cloche avec valeurs positives le jour et négatives la nuit o Les autres courbes se calquent à l inverse de celles du bilan radiatif net o Les variations du RN traduisent celles du RS incident (RS maximal par unité de surface à 12h et peu d énergie lorsque les rayons sont rasants le matin et le soir) o Asymétrie du RN a mettre en relation avec le fait que le rayonnement émis (donc «perdu») par la surface est plus important l après-midi puisque sa température est plus élevée (maximum à 14h)
Le bilan énergétique à l échelle diurne (3) o Evolution en opposition de phase pour les autres courbes en raison de l équation du bilan d énergie (RN dégage un excédent à 12h qui doit être évacuée de la surface vers la profondeur (=K) ou bien vers l atmosphère (S et L)). La nuit S et L affluent vers la surface qui est alors déficitaire d un point de vue radiatif
Le bilan énergétique à l échelle diurne (4) o La journée, le RN est positif grâce à l apport de RS. Les autres termes sont dirigés depuis la surface vers la profondeur (K) et vers l atmosphère (L et S). Si il y a de l eau en surface, L et K seront plus intenses que S. Si absence d eau, L=0. K dépend du sol mais aussi du vent: un vent fort activera S et L et diminuera l intensité de K o La nuit, le flux radiatif net s inverse puisque le seul apport radiatif est le RA (via l effet de serre). L est faible et orienté vers la surface si de la vapeur d eau se condense à la surface du sol pour former de la rosée ou du givre si T < 0 C. L intensité de K est identique à l intensité du flux inverse de la journée précédente. S est également dirigé vers la surface car celle-ci est alors déficitaire
À retenir Les variations temporelles (aux échelles diurne et annuelle) des termes du BE sont en général dictées par celles du RN qui sont elles déterminées par le RS absorbé A l échelle annuelle, les variations du BE sur les continents sont simples puisque le stockage de la chaleur dans le sol à cette échelle est négligeable et qu il n y a pas de transfert latéral. Les flux de chaleur S et L s organisent en creux par rapport au RN avec des flux en général plus intenses en été hémisphérique A l échelle annuelle, les variations du BE sur les océan sont plus complexes car il faut tenir compte du stockage de la chaleur et des transferts de chaleur latéraux. En été hémisphérique, l océan stocke la chaleur puisque RN-(L+S) est positif et la redonne à l atmosphère en hiver + transfert latéraux depuis la ZIT vers les pôles A l échelle diurne sur les continents, les variations du BE sont là encore déterminées par celles du RS absorbé mais dépendent beaucoup des conditions météorologiques et de la disponibilité en eau dans les premières couches du sol
Exercices (1)
Exercices (2) BE à Avignon le 13/9/90: Rayonnement net Flux de conduction vers la profondeur Flux de chaleur latente (croix) Flux de chaleur sensible (rond)
Exercices (2) o Déterminez l hémisphère, la latitude et la nature du substrat de ces quatre points RN Flux de chaleur latente Flux de chaleur sensible o