L

1
Latmosphère et les climats

• Chapitre 3

2

• La course de la terre autour du soleil
• et ses implications

1.1) La rotation autour du soleil selon le plan
de lécliptique
3
?  Balancement  des saisons
S O L E I L
4
? Changement saisonnier de la hauteur du soleil à
midi
5
1.2) La rotation de la terre autour de laxe des
pôles
6
? Protection de la terre contre le rayonnement
par un champ magnétique ( dynamo terrestre )
trapping region zone aurorale
7
Aurores polaires (australes ou boréales)
8
Aurores polaires vues depuis lespace
9
1.3) Implications de ces mouvements de rotation
sur le rayonnement solaire reçu par la terre
A) Quelques bribes de connaissance sur le soleil
et le rayonnement solaire
Le soleil dont la température de surface
est denviron 6000 K émet des ondes
électromagnétiques
Emission solaire lumière visible
Emission solaire lumière ultra violette
Emission électromagnétique solaire 5,2.1027
cal/cm2/min
10
Eruptions à la surface du soleil provoquant le
vent solaire
11
Quest ce quune onde électromagnétique ?
une vibration
12

• Le soleil émet principalement des ondes
  électromagnétiques dans le spectre
• du visible
• de lultra-violet
• de linfra-rouge

Let the sun shine
and the guy burns
13
(No Transcript)
14
B) Effet de la rotondité de la terre sur la
réception de lénergie solaire
La terre ne reçoit, heureusement, quune infime
partie de la quantité dénergie émise par le
soleil
Emission électromagnétique solaire 5,2.1027
cal/cm2/min Réception par la terre environ 2
cal/cm2/min la constante solaire
15
(No Transcript)
16
C) Bilan radiatif du système Terre-Atmosphère-Océa
n (T.A.O.)
Arrivée de lumière solaire (ondes courtes) aux
confins de latmosphère
17
Le système T.A.O se réchauffe par le flux solaire
incident parvenant aux confins de
latmosphère Ondes courtes, en particulier
lumière visible
18
Le système T.A.O. émet également de la lumière,
mais dans linfra-rouge (onde longues)
19
Le système T.A.O se refroidit en émettant de
lénergie vers lespace sous la forme dondes
infra-rouges
20
La radiation nette du système T.A.O est calculée
en retranchant la radiation IR émise par la terre
à la radiation visible reçue du soleil
c
Radiation nette Radiation onde courte
radiation I.R.
21
Du schéma précédent, il résulte que la zone
intertropicale est toujours excédentaire et les
zones polaires toujours déficitaires
? Nécessité de mécanismes de rééquilibrage
transférant de lénergie au sein du système T.A.O
c
22
2. Latmosphère terrestre
Le siège du climat

• Latmosphère, cest lenveloppe gazeuse qui
  entoure la Terre. A léchelle de la planète,
  cette couche est très mince (quelques km), mais
  pèse fort lourd (un peu plus de 5 milliard de
  tonnes).
• De ce fait, latmosphère exerce une pression sur
  le sol (masse de l'air par unité de surface),
  cest la pression atmosphérique (mesurée en HPa
  Hecto-Pascal).
•  

• La masse volumique de l'air est toujours
  décroissante vers le haut ce qui se traduit par
  une baisse également décroissante de la pression
  
• Ainsi, la moitié de la masse de l'atmosphère se
  situe au dessous de 5500 m, les 2/3 au dessous de
  8400 m, les 3/4 au dessous de 10300 m, les 9/10
  au dessous de 16100 m etc...

23
2.1) Structure verticale de latmosphère

• Cest la variation verticale de la température
  qui fonde le découpage de latmosphère en 4
  couches principales 
• Troposphère  couche du changement (0-12km aux
  latitudes tempérées). Cest la zone où les
  phénomènes météorologiques se produisent (nuages,
  précipitations). Cest aussi la zone où la
  sphère du vivant sest développée.
• Stratosphère  12 à 45 km
• Mésosphère ou couche chaude  45 à 80 km
• Thermosphère ou ionosphère  au delà de 80 km

24
Gaz permanents  O2  21  N2 78 gaz
rares  Argon, Xénon, Hélium Gaz à teneur
variable  Vapeur deau (H2O), Dioxyde de carbone
(CO2), poussières et spores
2.2) Composition de latmosphère
25
2.3) Latmosphère terrestre une zone
dinterface, lieu dintenses échanges

• Echanges radiatifs (rayonnement, absorbtion,
  réflexion),
• Echanges de masse (cycle de leau),
• Echanges de chaleur (évaporation, condensation),
• Echanges dénergie mécanique (mouvements,
  brassages)

26
A) Echanges avec lhydrosphère océanique

• Locéan mondial
• en quelques chiffres
• 72 de la surface terrestre
• 1,4 milliard de km3 deau principalement salée
• Interception de plus des 2/3 du rayonnement
  solaire par locéan mondial
• Gigantesque réservoir de chaleur pour
  latmosphère
• Principal fournisseur de vapeur deau pour
  latmosphère

Lhydrosphère océanique est la  mémoire  de la
machine climatique
27
1. Echanges thermiques, via labsorption très
efficace par les océans du rayonnement
atmosphérique (jusquà 95 du rayonnement reçu)
Le  chaudron  océanique Ex de la variation
annuelle de la température de surface de leau
28
Autre ex. la température de surface de la Mer
Méditerranée le 14 octobre 2002
29
Echanges avec lhydrosphère océanique (suite)
1. Echanges thermiques

• 2. Echanges hydriques, via les processus
  dévaporation et de précipitation
• 86 de la vapeur deau atmosphérique provient de
  lévaporation des océans
• 76 des précipitations mondiales se produisent
  au dessus dun océan
• Le temps de séjour de leau dans latmosphère
  nexcède pas 10 à 12 jours (cycle très rapide)
• Ces échanges A.O ou O.A sont à lorigine
  dénormes transferts de chaleur, lévaporation et
  la condensation respectivement consommant
  (chaleur latente) ou cédant (chaleur sensible) de
  lénergie au milieu.

30
Echanges avec lhydrosphère océanique (suite)
1. Echanges thermiques
2. Echanges hydriques

• 3. Echanges de mouvement (énergie cinétique),via
  le brassage des océans liés aux vents et aux
  différences de densité de leau de mer en
  fonction de sa température
• Brassages locaux (upwelling)
• Brassages à léchelle du globe (thermohaline)
• Vagues issues des échanges dénergie cinétique
  entre latmosphère et locéan

31
Echanges avec lhydrosphère océanique (suite)

• Brassages locaux liés au vent le phénomène
  dupwelling

32

• Brassages globaux liés aux différences de
  densité et de salinité de leau de mer la
  circulation thermohaline

33
Exemple du  gulf stream  devenant  dérive nord
atlantique  au large de la Norvège

• Les transferts océaniques vont être un moyen
  très efficace de déplacer de la chaleur ou du
  froid et vont avoir une très forte incidence
  climatique.
• Locéan est un régulateur climatique en
  adoucissant les hivers et en rafraîchissant les
  étés.

34

• Vagues issues des échanges dénergie cinétique
  entre latmosphère et locéan

35
Exemple de lAtlantique 18 Nov 02 et prévision à
120 heures
36
(No Transcript)
37
B) Echanges avec les masses continentales
1. Echanges thermiques, fonction des propriétés
réfléchissantes du sol
? ALBEDO TERRESTRE Flux réfléchi/Flux incident
Albédo de quelques types de surfaces
38
Exemple Albédo des continents en juillet et
janvier
39

• Conséquence des échanges thermiques T.A., des
  déplacements verticaux de lair
• Ascendance de lair
• Subsidence de lair

40
1. Echanges thermiques,

2. Echanges hydriques
? Cycles précipitation/évaporation, la biosphère
jouant un rôle décisif dans la restitution de
leau à latmosphère via le processus
dévapotranspiration
41
1. Echanges thermiques
2. Echanges hydriques
3. Transferts de mouvement (énergie cinétique)
? Frottements de latmosphère sur le sol plus ou
moins rugueux, ce qui provoque des phénomènes de
turbulence et de la dissipation dénergie
Causes de cette rugosité Relief, couverture
végétale, habitations
42
C) Les températures à la surface des continents

• Les températures moyennes
• mois le plus froid et mois le plus chaud
• Les amplitudes thermiques
• diurnes (heure la plus chaude heure la plus
  froide)
• annuelles (mois le plus chaud mois le plus
  froid)
• Le régime thermique mensuel

43

• Mois le plus froid (hémisphère Nord)

44

• Mois le plus chaud (hémisphère Nord)

45
Variations et amplitude thermiques diurnes
46
Amplitude thermique annuelle
47
Régime thermique évolution des moyennes
mensuelles
48
2.4) Leau dans latmosphère

• Elle est présente dans la troposphère sous 3
  formes 
• solide (glace),
• liquide (gouttelettes deau)
• gazeuse (invisible, vapeur deau)

Elle est présence sous forme liquide et solide
dans les nuages et les précipitations après
condensation de la vapeur deau

• Lhumidité atmosphérique
• Les nuages, condensation de la vapeur deau
  atmosphérique
• Les précipitations et leur distribution

49
A) Lhumidité atmosphérique

• Humidité absolue (Ha) masse de vapeur
  deau/volume dair (g/m3)
• LHa maximale dépend de la température de lair.
  Au delà, tout ajout deau prend la forme deau
  liquide et non de vapeur deau (seuil de
  saturation)

Air saturé en v.e. eau liquide
Seuil de saturation
Air non saturé en v.e.
50

• Humidité relative (Hr) Ha/ Ha au seuil de
  saturation

• Ex. de calcul dhumidité relative
• Si la température de lair est de 20C et lHa
  est de 11 g/m3, alors
• Hr Ha/Ha saturation 11/17,15 0,64 64
• Car à 20 C, Hasat 17,15 (voir tableau dia
  précédente)

Pour 20C
Evolution de lHr avec laccroissement de lHa
51
B) Les nuages

• La condensation de la vapeur deau conduit à la
  formation de nuages et à la libération de chaleur
  (600 cal/g).
• La condensation se produit autour de noyaux de
  condensation (cristaux de sel, spores,
  poussières)

52

• Une classification des nuages fondée sur
  laltitude

53
CumuloNimbus nuages dorage
54
Description des principaux types de nuages

55
La condensation, donc les nuages, trouve son
origine dans lascendance de masses dair humide
dont lorigine peut être variable
Exemple des perturbations de la zone tempérée ?
Conflit de deux masses dair ayant des
températures et humidités différentes

• Front froid Ascendance rapide
• nuages à fort développement vertical de type Cu,
  CuNb et StCu

• Front chaud Ascendance lente
• nuages en nappes sabaissant progressivement de
  type Ci, CiSt, AlSt, puis NbSt

56
Le relief, en forçant lascendance des masses
dair humide et engendrant leur refroidissement
peut aussi provoquer la formation de nuages dits
 orographiques  (de relief)
57
C) Les précipitations et leur répartition spatiale

• Formation des précipitations

Les précipitations liquides (pluie) se forment à
lintérieur des nuages, principalement par un
mécanisme de coalescence (capture) de goutelettes
58
Dans le cas de la neige, un noyau de congélation
provoque la condensation de la vapeur deau et sa
transformation en cristaux de glace, doù la mise
en place dune structure cristalline.
59

• Distribution des précipitations Janvier

60

• Distribution des précipitations
  (suite) Juillet

61

• Distribution des précipitations
  (fin) Totalisation annuelle

62
Dissymétrie des précipitations entre les façades
Est et Ouest des continents Ex. du continent
nord américain
63
3. La dynamique de latmosphère
3.1) Pression atmosphérique et champs de pression

• Pression atmosphérique Poids de la colonne
  dair par unité de surface (N/m2, cest à
  dire Pa)
• Champ de pression cartographie de la pression
  au sol ramenée au niveau de la mer

64
Délimitation et construction de cartes dégale
pression les isobares
65
La dépression (Plt1015 HPa)
66
Lanticyclone (Pgt1015 HPa)
67
3.2) Les vents et leur distribution spatiale
A) Les gradients de pression et les vents de
gradient
Gradient AB 0,013 HPa/km Gradient CD 0,026
HPa/km
68
Ex. dun vent de gradient la brise marine (vent
local)
69
B) La déviation des vents en relation avec la
rotation du globe terrestre
Force de Corriolis ? déviation des vents
70
Conséquence en altitude, les vents circuleront
parallèlement aux isobares
On les appelle vents géostrophiques. Ils se
développent efficacement aux latitudes tempérées
et hautes. La faiblesse de la force de Coriolis
près dans la zone intertropicale ne permet pas à
ces vents de circuler parallèlement aux isobares.
71
Sens de circulation des vents géostrophiques
72
A proximité du sol, une force supplémentaire
intervient sur les vents, liée aux frottements de
lair se produisant au contact du sol

• Les vents seront rentrants dans les
  dépressions et sortants dans les anticyclones

73
La composante zonale de la circulation des vents
74
Circulation de surface en hiver
75
Circulation de surface en été
76
Les vents de surface en France
77
Force et direction du vent
78
Les vents daltitude les courants jet (jet
streams)
79
Courants Jet dans lhémisphère Nord
80
C) La composante méridienne des vents une
circulation tri-cellulaire
81
D) Les masses dair

• Types de masses dair
• continentale arctique (cA)
• continentale polaire (cP)
• continentale tropicale (cT)
• maritime arctique (mA)
• maritime polaire (mP)
• maritime tropicale (mT)

82
E) La circulation de la zone tempérée les
perturbations
Vues en plan
83
Vues en coupe verticale dune perturbation
84
Trajectoires suivies par les perturbations dans
lAtlantique Nord
85
4. En guise de conclusion distribution spatiale
simplifiée des climats du globe
86
Cartographie simplifiée des climats du globe
Cliquez sur un des éléments de la légende pour
voir la fiche correspondante
Climat méditerranéen
Climat équatorial
Climat polaire
Climat tropical
Climat tempéré
Climat de montagne
Climat désertique
Climat continental
87
CLIMAT ÉQUATORIAL Le climat équatorial est celui
de l'Amérique centrale, de l'Afrique centrale et
de la Polynésie française, au nord de
l'Australie. Les moyennes de température sont de
26 C au mois de janvier et de 24 C au mois de
juillet. Comme nous pouvons le constater, il n'y
a pas de saison froide dans ces régions.Par
contre, il y a d'abondantes précipitations
presque à longueur d'année. Cependant, les
précipitations sont encore plus abondantes durant
la saison des pluies, entre la fin d'août et le
début de novembre.  La végétation est très dense
dans ces régions c'est ce qu'on appelle la forêt
vierge ou la jungle. C'est un milieu très hostile
pour l'humain, il n'est donc pas sécuritaire pour
lui de s'y aventurer seul. On trouve dans la
jungle plusieurs espèces d'arbres et de plantes
variées telles que bananiers, ébéniers, acajous,
cocotiers, lianes, orchidées, etc. On trouve en
outre dans cette région, située le long de
l'équateur, de magnifiques oiseaux comme le
perroquet. Il est également possible d'y
apercevoir des singes, des serpents, de même que
différentes espèces d'insectes. Dans cette région
chaude, les habitants cultivent l'hévéa, qui sert
à la fabrication du caoutchouc, et ils
entretiennent plusieurs espèces d'arbres qui
permettent l'exploitation de bois de qualité
(acajou, ébène). C'est enfin sous ce climat que
poussent les nombreux fruits exotiques dont nous
pouvons nous régaler.
Retour carte
88
 CLIMAT TROPICAL Dans le climat tropical, on
trouve une alternance de saison sèche et de
saison humide. Cette alternance est
principalement causée par la présence d'un vent
saisonnier  la mousson. Pendant l'été, ce vent
voyage de la mer vers la terre et provoque une
saison plus chaude et plus humide qui dure en
général depuis le mois de novembre jusqu'au mois
d'avril.  Au mois de janvier, la moyenne de
température tourne aux alentours de 25 C. Le
reste de l'année, la mousson est inversée et
voyage de la terre vers la mer. Cela provoque une
saison plus sèche avec une moyenne de température
plus basse (autour de 20 C) au mois de juillet.
L'inversion de la mousson cause de forts
mouvements de convection qui donnent souvent
naissance à des ouragans, à des tornades, etc. Ce
climat est également caractérisé par la présence
de vents permanents, les alizés. Deux types de
végétation principalement poussent sous le climat
tropical  il y a d'abord la savane, vaste
étendue de hautes herbes parsemée d'arbres,
également appelée brousse. Viennent ensuite les
steppes, des plaines parsemées de touffes
d'herbes courtes et espacées. Les arbres, peu
nombreux, perdent leurs feuilles la saison sèche
venue. Les quelques sortes d'arbres que l'on peut
y trouver sont, par exemple, les palmiers, les
cocotiers, les baobabs, les cèdres aromatiques,
etc. La faune est très abondante dans les régions
à climat tropical  girafes, zèbres, lions,
tigres, éléphants, crocodiles, etc. Les
habitants de ces régions pratiquent certaines
activités particulières relatives à leur climat 
le défrichage de la forêt par brûlis, la culture
du manioc (sorte de céréale que l'on broie pour
faire de la farine), la culture du riz ainsi que
l'exploitation de plantations de coton.
Retour carte
89
CLIMAT DÉSERTIQUE Le climat désertique est celui
de certaines régions de l'Afrique, du nord de
l'Océanie, du sud de l'Eurasie et du sud-ouest
des États-Unis. Le temps y est très et très
chaud.  Il y a, par contre, de très grandes
différences de températures entre le jour et la
nuit (parfois jusqu'à 50 C). Les températures
moyennes de ces régions sont en janvier de 28 C
et de 11 C en juillet. La végétation, très peu
variée, y est composée surtout de buissons
épineux et de cactus. Nous pouvons aussi y
trouver quelques datiers et acacias, mais
uniquement dans les oasis (petites étendues de
végétation favorisées par la présence d'eau et
dispersées dans les déserts).  Par contre, la
faune est très diversifiée. On peut y trouver
différentes espèces telles que des dromadaires,
des renards du désert (fennecs), des iguanes, des
lézards et des scorpions. Les habitants de ces
régions sont surtout nomades, c'est-à-dire qu'ils
n'ont pas de domicile fixe. D'autres vivent de
cultures irriguées dans les déserts.
Retour carte
90
CLIMAT MÉDITERRANÉEN  Ce climat est très réputé
pour ses étés secs et chauds ainsi que pour ses
hivers doux et humides. Les précipitations sont
plus abondantes en hiver, c'est pour cela que
l'humidité relative est supérieure durant cette
saison. La température moyenne est de 6 C en
janvier et de 22 C en juillet. On trouve ce
climat en Californie, au sud de l'Europe ainsi
qu'au nord et au sud de l'Afrique. La végétation
méditerranéenne est constituée de maquis. C'est
un mélange d'arbustes et de buissons. On y trouve
aussi la garrigue, formée de broussailles
couvrant les sols secs. Il y pousse surtout des
oliviers, des citronniers, des vignes et des
chênes-lièges. La faune se fait rare dans ces
régions, car la population humaine y est très
dense. Nous pouvons cependant y observer quelques
troupeaux de moutons et de chèvres. Dans les
régions à climat méditerranéen, la production de
vins, d'oranges et d'olives sont des activités
économiques très importantes. Et il ne faut
surtout pas oublier le tourisme, qui est aussi
très rentable pour ces régions.
Retour carte
91
CLIMAT OCÉANIQUE La France, l'Angleterre et
l'Ouest canadien sont des régions du monde où
nous trouvons un climat océanique. La mer,
influençant les saisons, favorise les étés frais
et les hivers doux. L'océan qui réchauffe
l'atmosphère en hiver, transforme souvent la
neige en pluie et cause ainsi d'abondantes
précipitations. La température moyenne en janvier
est de 3 C et elle est de 18 C en juillet.
Dans ces régions, il y a des forêts de feuillus
et de conifères, appelées forêt boréale. Les
chênes, les érables, les sapins, les épinettes et
les séquoias y sont très répandus. Les séquoias
et les chênes rouges sont des arbres pouvant
atteindre des tailles impressionnantes. Il n'est
pas rare d'apercevoir dans ces forêts des ours
noirs, des loups et des lièvres. Les régions à
climat océanique étant à proximité de l'eau, la
pêche commerciale y est très pratiquée en plus de
l'exploitation forestière et de l'agriculture.

Retour carte
92
CLIMAT CONTINENTAL Le climat continental est
caractérisé par des saisons contrastées. Les étés
y sont courts et chauds tandis que les hivers y
sont longs et froids. Les précipitations de
pluie et de neige y sont assez abondantes. La
température moyenne en janvier se situe autour de
-9 C et en juillet autour de 18 C. La
végétation est très variée on y trouve
principalement des forêts de feuillus et des
forêts de conifères. La forêt de conifères, qui
borde la toundra au nord, se nomme taïga. Elle
est constituée de conifères de petite taille très
espacés. Au sud, cette même forêt borde la forêt
de feuillus c'est la forêt mixte. La forêt
mixte se compose de conifères et de feuillus. Les
épinettes, les sapins, les pins, les mélèzes et
les bouleaux y sont très présents. Quelques
régions continentales sont caractérisées par la
présence de prairies  de vastes étendues
couvertes d'herbes. La faune y est très
diversifiée on y trouve, entre autres, des
visons, des castors, des ratons laveurs, des
loutres, des wapitis et des orignaux. La
production de pâtes et papiers, la culture du blé
et le tourisme d'aventures (pêche, canot,
camping) sont des activités très courantes dans
ces régions.                                   
   
Retour carte
93
CLIMAT POLAIRE Le climat polaire est le plus
froid du monde. Il s'étend surtout sur les
régions de l'Arctique et de l'Antarctique ainsi
que dans le Grand Nord québécois, les Territoires
du Nord-Ouest et au nord de la C.E.I. (ancienne
URSS). Les températures moyennes de janvier sont
de -34 C et celles de juillet de 4 C. Les
hivers y sont très froids et très longs ils
durent en moyenne 10 mois tandis qu'il n'y a que
deux mois d'été, ce dernier étant quand même
relativement froid. Les précipitations sont très
rares et le sol est toujours gelé en profondeur.
On l'appelle d'ailleurs pergélisol. Les vents
sont d'une violence extrême, très froids et
toujours accompagnés d'une tempête de neige on
les nomme blizzards. La végétation de ces
régions se nomme toundra  elle se compose, entre
autres, de fleurs et d'arbres nains, de mousses
et de lichens. Ce n'est pas un milieu très aimé
des humains. La faune polaire est surtout
composée de manchots, d'ours blancs, communément
appelés ours polaires, de rennes, de phoques, de
caribous ainsi que de nombreux oiseaux
migrateurs. Les activités particulières des
habitants de ce milieu sont surtout la pêche et
la chasse. On y trouve également, sur la
plate-forme continentale, des puits de forage de
pétrole.
Retour carte
94
CLIMAT DE MONTAGNE Dans ce type de climat, la
température diminue, les précipitations
augmentent, la différence de température entre le
jour et la nuit augmente, tout cela en fonction
de l'altitude. De plus, le climat varie entre le
pied et le sommet de la montagne. Ces climats
sont dits étagés. La température moyenne de
janvier est de -7 C et, en juillet, elle est de
12 C. Ce climat existe un peu partout dans le
monde, là où l'on trouve les principales chaînes
de montagnes telles que la cordillère des Andes,
les Rocheuses, l'Himalaya ainsi que les Alpes. Ce
milieu est très contraignant pour l'être humain,
car il est très difficile d'y construire des
maisons et des routes. La végétation est surtout
composée de feuillus, de conifères, d'arbres
nains, de mousses et de lichens.
                              Les animaux qui
vivent dans ces montagnes sont, par exemple, des
chèvres, des mouflons, des chamois, des lamas et
des couguars. On y trouve également des rapaces
tels les vautours et les aigles. Ce climat est
tout de même apprécié grâce aux sports qu'on y
pratique, comme l'alpinisme, le ski et le surf
des neiges.
Retour carte
95
Fin du diaporama