Prévisions météorologiques versus Prévisions climatiques

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1 Prévisions météorologiques versus Prévisions climatiques
Octobre 2006 Eva Monteiro UQÀM

2 Climat versus météo Climat versus météo ==> macro versus micro
Meteorologica, 340 avant J.C. : Aristote

3 Prévisions météorologiques
« Si, comme le pense chaque homme raisonnant scientifiquement, les phénomènes atmosphériques se développent à partir de ceux qui les précèdent suivant des lois précises on peut en déduire que les conditions nécessaires et suffisantes pour une solution rationnelle de la prévision en météorologie sont les suivantes : - on doit connaître avec une précision suffisante l’état de l’atmosphère à un instant donné; - on doit connaître ave une précision suffisante les lois selon lesquelles un état de l’atmosphère se développe à partir de l’état précédent. »  Vilhelm Bejerknes, 1904

4 Prévisions météorologiques
La simulation numérique division de l’atmosphère dans un grand nombre de boîtes élémentaires; état initial fourni par les données observées (ou prévision); numérisation des équations mathématiques qui représentent les lois de la physique qui gèrent l ’atmosphère; après calcul : nouvelles valeurs des différentes variables dans chacune des boîtes. Les « lois de la physique qui gèrent l’atmosphère sont : Conservation de la masse Conservation de quantité de mouvement (masse x vitesse) Conservation de l’énergie Équation d’état des gaz parfaits (parce que l’air atmosphérique est considéré comme un mélange de gaz parfaits : azote, oxygène, vapeur d’eau, dioxyde de carbone, etc…

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6 Mesures Pression atmosphérique Température Humidité Précipitation
Radiation (terrestre, solaire, nette) Nuages (nébulosité, plafond, type) Visibilité Vent (vitesse et direction) Température du sol Évaporation Pression atmosphérique (Pa) : poids de la colonne d’air atmosphérique au-dessus du local où on fait les mesures de pression. Mesuré par le baromètre. Température (K) : mesure l’énergie interne du corps (dans notre cas de l’air). Mesuré par le thermomètre. Humidité (Pa; g d’eau par kilogramme d’air, %) : quantification de la vapeur d’eau présente dans l’atmosphère. Mesuré par l’hygromètre. Précipitation (mm) : Hauteur de l’eau précipité par unité de surface Intensité de la précipitation (mm/h) : quantité d’eau précipité pendant 1 heure Radiation (W / m2) : Énergie par unité de surface transportée par des ondes électromagnétiques. A) Radiation solaire, énergie par unité de surface reçue du Soleil. Les ondes électromagnétiques solaires sont caractérisées par des longueurs d’onde inférieures à 4 micromètres; Radiation terrestre (infrarouge): caractérisée par des longueurs d’onde entre 4 et 100 micromètres. Radiation nette : Radiation totale reçue – radiation totale perdue. Mesurés par les radiomètres : pyranomètre (solaire); pyrgéomètre (Infrarouge). Nébulosité : couverture nuageuse. Évalué par l’observation humaine. Plafond : hauteur de la base des nuages. Mesuré par le célomètre. Type : type de nuage (bas, moyen, haut, à développement vertical) : par observation. Visibilité : Mesurée par le transmissiomètre Vent : vitesse (m/s) mesurée par le anémomètre; direction mesurée par la girouette. Température du sol : mesurée par des thermocouples. Évaporation : mesuré par le bac à évapotration

7 Critères généraux Enclos 10 x 7 mètres Terrain plat et uniforme
Neige au sol Anémomètre Enclos 10 x 7 mètres Terrain plat et uniforme Loin des obstacles Pluviomètre toutes saisons Pluviomètre à auget Température et humidité Les instruments extérieures devraient être installés sur un terrain plat d’environ 10 x 7 mètres, couvert d’herbe courte ou dont la surface soit analogue à celle du sol environnant. Il ne devrait pas exister des pentes raides à la proximité du site et celui-ci ne devrait pas être le fond d’une cuvette Le site devrait être éloigné des arbres, immeubles, murs et autres obstacles. L’endroit d’où l’on observe les nuages et la visibilité devrait être le plus dégagé et offrir la plus large vue posible sur le ciel et le paysage environnant. McGill Univesity

8 Instruments

9 Le site et l’installation
Station de l’UQÀM Le site et l’installation Les instruments sont installés sur le toit du bâtiment Président Kennedy de la faculté des sciences. Le département des sciences de la terre et de l’atmosphère dispose d’une plate-forme et d’une tour d’une vingtaine de mètres en ce lieu.

10 Abri + thermomètre et hygromètre
L’instrument nous donne une mesure d’humidité (hygromètre capacitif) relative de 0 à 100% et une mesure de température (sonde de platine) de –40 à 60 °C.

11 Baromètre Le PTB 210 est un baromètre digital à capteur capacitif
Principe de fonctionnement. Quand la pression change la courbure du diaphragme s’encourbe et change l’épaisseur de la chambre à vide du capteur. Le changement de capacité est proportionnel à la pression. Le PTB 210 est un baromètre digital à capteur capacitif

12 Anémomètre sonique L’anémomètre utilise les ultrasons pour déterminer
la vitesse et la direction du vent. Il est constitué de trois transducteurs ultrasoniques disposés à égale distance les uns des autres sur le plan horizontal (120° entre chaque). Chacun des transducteurs est capable d’émettre et de recevoir les ultrasons.

13 Anémomètre à coupelle plage de mesure entre 0.4 et 75 m/s;
Seuil de démarrage : < 0,5 m/s

14 Girouette Seuil de démarrage : <0,4 m/s
Le défi de l’installation de cet instrument réside dans l’alignement de l’appareil vers le Nord.

15 Le pyranomètre Le pyranomètre mesure l’énergie du rayonnement solaire
reçue à la surface de son hémisphère (champ de vue de 180°). La sortie est exprimée en Watt par mètre carré.

16 Pyranomètre + pyrgéomètre = Radiomètre net
L’appareil intègre deux pyranomètres CM3 décrit ci-dessus (sensibles au domaine solaire) et deux pyrgéomètres CG3 (sensibles au domaine infrarouge). Une paire pyranomètre-pyrgéomètre est dirigée vers le ciel, tandis qu’une autre paire pyranomètre-pyrgéomètre est dirigée vers le sol. On procède ainsi à la mesure du bilan radiatif.

17 Sonar : mesure de précipitation
L’appareil mesure la distance entre le capteur et la cible en calculant le temps mis par l’onde ultrasonique pour faire l’aller-retour (capteur-cible).

18 Pluviomètre optique La précipitation est mesurée par détection d’irrégularités optiques. Ces dernières sont introduites dans le volume d’échantillonnage par la chute de particules, au sein d’un faisceau infrarouge. On utilise ici l’effet de scintillation des particules. En détectant l’intensité de ces scintillations, on peut alors déterminer le débit de la précipitation.

19 Mesure de champ électrique atmosphérique
La théorie et les applications relatives au champ électrique terrestre sont basées sur les lois de l’électromagnétisme. Lorsqu’un plateau conducteur est exposé à un champ électrique, une charge lui est induite proportionnellement au champ électrique et à l’environnement du plateau.