Géodynamique externe SVT, SVI et STU 2015         Prof. NACIRI T. Laboratoire Gîtes Minéraux, Hydrogéologie & Environnement جــــامعة محمـد الأول-وجدة Faculté des Sciences - Université Mohammed Ier- Oujda Géodynamique externe SVT, SVI et STU 2015

Notions de météorologie et de climatologie Chapitre 2 Notions de météorologie et de climatologie

Contenu du chapitre 2 Notions de climatologie et météorologie : définition ; structure de l'atmosphère et paramètres climatiques (rayonnement solaire, température de l'air, précipitations, évaporation, humidité de l’air, pression de l'air, le vent...).

La structure verticale de l’atmosphère

Structure de l’atmosphère • Elle est stratifiée car il y a des contrastes de température issus du chauffage. • 4 couches : troposphère, stratosphère, mésosphère et thermosphère (ionosphère) limitées respectivement par la tropopause, la stratopause et la mésopause.

Structure de l’atmosphère • Troposphère : gradient de 6°C par km, elles est à 8 km aux pôles et 16 km à l’équateur. C’est 80% de masse atmosphérique et la totalité des nuages. Elles est chauffée par la base, ce qui crée une instabilité et est ainsi animée de courants de convection. • La stratosphère est chauffée par le haut, elle est très stable et les réactions de l’oxygène avec le rayonnement solaire produit de l’ozone, cette réaction fournissant de la chaleur. • la mésosphère, la thermosphère (ionosphère) et la magnétosphère (champ magnétique terrestre) couche de transition entre l’atmosphère et l’exosphère (ou espace interplanétaire).

Str. verticale de l’atmosphère Rappelons que la troposphère contient grossièrement 80 % de la masse totale de l'atmosphère. 50 % de la masse de l'atmosphère se trouvent en dessous d'environ 5,5 km d'altitude. À noter que la partie la plus basse de la Troposphère est aussi appelée Peplos. Cette couche qui trouve sa limite vers 3 km est aussi qualifiée de couche sale en raison de son taux d'impureté très important (aérosol ou nucléus). Les différentes couleurs sont dues à la dispersion de la lumière produite par l'atmosphère. les longueurs d'onde les plus courtes (bleu) se diffusent plus aisément que les longueurs d'onde les plus longues (rouge). C'est pourquoi le ciel parait bleu car la lumière bleue est diffusée. C'est aussi la raison pour laquelle les couchers de soleil sont rouges.

Les phénomènes météoriques Sont en relation surtout avec les mouvements et les réactions qui se produisent au niveau de la troposphère suite à la rotation de la Terre et l’influence de l’énergie solaire.

Effet de serre Lorsque le rayonnement solaire atteint l’atmosphère terrestre, une partie (environ 28,3%) est directement réfléchie (renvoyée vers l'espace), par l’air, les nuages blancs et la surface claire de la Terre (l’Arctique et l’Antarctique), c'est l’albédo. Les rayons incidents qui n'ont pas été réfléchis vers l'espace sont absorbés par l'atmosphère (20,7 %) et/ou par la surface terrestre (51 %).

Effet de serre C'est la vapeur d'eau qui absorbe le plus les rayons infrarouges et leur piégeage entraîne une augmentation de la température.

La circulation atmosphérique générale La circulation atmosphérique est le mouvement à l'échelle planétaire de la couche d'air entourant la Terre qui redistribue la chaleur provenant du soleil en conjonction avec la circulation océanique.

La circulation atmosphérique générale Comme la Terre est un sphéroïde ayant un axe de rotation 23.5° par rapport à son plan de translation autour de notre étoile, la radiation solaire incidente au sol varie entre un maximum aux régions faisant face directement au Soleil (équateur) et un minimum à celles très inclinés par rapport à ce dernier (Pôles).

Bilan radiatif

Bilan radiatif

Dynamique atmosphérique • La rotation de la Terre fait que l’excès d’énergie des tropiques ne retombe pas latitudinalement vers les pôles mais qu’une circulation tourbillonnante s’établit. • La force de Coriolis est une force qui s’applique à un fluide en mouvement a pour effet de créer des cellules convectives. Du Sud au Nord, il y a en a trois. • Il existe une circulation de basse altitude et une circulation de haute altitude.

Courants marins

Jet-streams

Les éléments de la météorologie La pression atmosphérique La pression atmosphérique est la pression de l’air en un point quelconque d'une atmosphère. Sur la Terre, la pression atmosphérique moyenne au niveau de la mer dépend essentiellement de la masse de l’atmosphère, celle-ci pouvant évoluer avec la masse moyenne des gaz à concentration variable comme la vapeur d’eau. Elle demeure proche de l’atmosphère normale, valant 101325 Pa (valeur moyenne de 1013 hPa).

Les éléments de la météorologie La pression atmosphérique La pression atmosphérique diminue avec l’altitude de façon exponentielle d'un facteur 10 chaque fois que l'on s'élève de 16km. Il est ainsi possible d'utiliser la pression pour mesurer la hauteur, ce qui est le principe de base de l’altimètre utilisé en aéronautique. La différence de pression entre deux points de même altitude, ou gradient horizontal de pression, est la plus importante force motrice du vent.

Déviation des vents de surface dans l'hémisphère nord

Perturbations (depression)

Les éléments de la météorologie Les vents  Le vent est un mouvement de fluide de l’atmosphère. Sa vitesse est mesurée avec un anémomètre. Il peut apparaître sur n'importe quelle planète disposant d'une atmosphère. Ces mouvements de masses d'air sont provoqués par deux phénomènes se produisant simultanément : un réchauffement inégalement réparti de la surface de la planète par l’énergie solaire et la rotation de la planète.

Les éléments de la météorologie Les vents  On décrit un vent par sa vitesse et sa direction. La vitesse du vent peut être exprimée par différentes unités : mètre par seconde (m/s), kilomètre par heure (km/h), nœud... L'instrument qui sert à déterminer la direction du vent est nommé «girouette». La tête de la barbule ( ) pointe dans la direction d'où vient le vent. Sur l'image, le vent souffle donc de l'ouest vers l'est. C'est un vent d'ouest.

Les éléments de la météorologie Les nuages  La formation de nuages résulte du refroidissement d'un volume d'air jusqu'à la condensation d'une partie de sa vapeur d'eau. Dans l'atmosphère libre, le refroidissement se produit généralement par soulèvement (un gaz se refroidit spontanément lorsque la pression baisse).

Les éléments de la météorologie Les nuages  La condensation de la vapeur d'eau, en eau liquide ou en glace, se produit initialement autour de certains types de microparticules de matière solide (aérosols), qu'on appelle des noyaux de condensation ou de congélation. Si le processus de refroidissement se produit au sol (par contact avec une surface froide, par exemple), on assiste à la formation de brouillard.

Les éléments de la météorologie Les nuages La nomenclature moderne divise les nuages en deux grands types : convectifs et stratiformes. Le soulèvement convectif : souvent vigoureux et au déclenchement abrupt, produit des nuages caractérisés par une extension verticale élevée, mais une extension horizontale limitée. Ces nuages sont désignés génériquement par le terme cumulus. Ils peuvent avoir de forts courants verticaux et s'élèvent bien au-dessus de leur base. Ils se forment à différentes altitudes.

Les éléments de la météorologie Les nuages Le soulèvement dit synoptique est le résultat des processus de la dynamique en atmosphère stable, dans un écoulement stratifié. Ce soulèvement est graduel, produisant des systèmes nuageux d'une texture uniforme, pouvant couvrir des milliers de kilomètres carrés. Ces nuages sont désignés génériquement par le terme stratus.

Les éléments de la météorologie Les nuages

Les éléments de la météorologie Les précipitations  En météorologie, le terme précipitation désigne des cristaux de glace ou des gouttelettes d'eau qui, ayant été soumis à des processus de condensation et d'agrégation (la coalescence est l'amalgamation de deux ou plusieurs gouttelettes par collision pour en former une plus grosse) à l'intérieur des nuages, sont devenus trop lourds pour demeurer en suspension dans l'atmosphère et tombent au sol. Le pluviomètre permet de mesurer la quantité d’eau tombée (pluie) et le nivomètre le niveau de neige.

Les éléments de la météorologie Les précipitations La précipitation peut prendre les formes liquide [pluie, bruine, pluie verglaçante (Bruine verglaçante)] ou solide (neige, neige en grains, neige roulée, grésil, grêle, granules de glace, cristal de glace) (parfois mélangées).

Les éléments de la météorologie Les précipitations deux types de précipitations en fonction de leur mécanisme de formation : 1- Les précipitations stratiformes qui viennent du soulèvement lent et à grande échelle de l'humidité qui se condensent uniformément. Comme exemple : - les précipitations synoptiques causées par les dépressions des latitudes moyennes ; - les précipitations côtières qui ont lieu à proximité des littoraux et ont pour cause le soulèvement de l'air humide provenant de l'océan par les aspérités du continent. - les précipitations orographiques où le relief force les masses d'air à s'élever: les versants au vent sont alors très pluvieux, les versants sous le vent sont plus secs (l’effet de Foehn).

Les éléments de la météorologie Les précipitations 2- Les précipitations de convection résultent de la brusque élévation de masses d'air chargée d'humidité, par la poussée d’Archimède, à cause de l'instabilité de l'air. Comme exemple : - les orages et averses isolés ou organisés. - les précipitations cycloniques où les précipitations convectives généralisées sont engendrées par l'organisation des cyclones tropicaux.

Le climat et les paramètres climatiques Le climat correspond aux conditions météorologiques moyennes à partir de mesures statistiques annuelles et mensuelles sur des données atmosphériques locales  qui règnent sur une région donnée durant une longue période (minimum 30 ans). Il se distingue de la météorologie qui désigne l'étude du temps à court terme et dans des zones ponctuelles. L'étude du climat est la climatologie.

Causes du climat Les systèmes climatiques sont causés par l'ensemble des interactions entre l’atmosphère, les eaux de surface, la cryosphère, la lithosphère et la biosphère de la Terre, qui sous l'effet du rayonnement solaire, détermine le climat de la planète.

Causes du climat L'énergie reçue est absorbée différemment par les diverses composantes. Les océans représentent le principal réservoir de la chaleur capturée et d'humidité. Ils l'échangent principalement avec l'atmosphère. La position des courants marins et leur température de surface influent sur une grande partie du climat. Les continents et surtout les reliefs introduisent des barrières physiques à ces échanges qui modifient grandement la distribution des précipitations, de la chaleur et de la végétation.

Familles de climat La répartition des climats du globe est fonction de la position en latitude (0° à 90°) et en altitude. Il existe de nombreuses méthodes de classification des climats. Une des plus connue est la classification de Köppen. 1- Climat tropical humide (équatorial) est présent de part et d’autre de l’équateur, parfois jusqu’à 15 à 25 degrés de latitude nord et sud. 2- Climat tropical sec (désertique) est caractérisé par une évaporation supérieure aux précipitations et une température moyenne annuelle supérieure à 18°C. Il s'étend entre 10 et 35 degrés de latitude nord et sud. Ce climat est caractéristique des régions désertiques ou semi-désertiques des grandes régions continentales.

Familles de climat 3- Climats subtropicaux « climats tempérés chauds » se rencontre à des latitudes comprises entre 25 et 45°. Ces climats subissent l'influence de masses d'air tropicales pendant les mois d'été, leur apportant de fortes chaleurs. En revanche, ils connaissent une vraie saison froide, sous l'influence de masses d'air polaire. Généralement deux types de climats peuvent être qualifiés de subtropicaux : le climat méditerranéen sur les façades occidentales qui connait l'aridité estivale et le climat subtropical humide sur les façades orientales.

Familles de climat 4- Climats tempérés « froids » On les retrouve entre 35 et 65 degrés de latitude dans l’hémisphère nord et sud. Ce type de climat est en général caractérisé par une saison froide (hiver) et une saison chaude (été). On le divise en deux grands sous-groupes : - le climat océanique : climat avec des étés généralement doux et des hivers généralement frais, humide en toutes saisons et influencé par la proximité des océans. - Le climat continental  : il se distingue par une amplitude thermique plus forte et des précipitations de l'ordre du mètre mais réparties surtout pendant la période estivale. C'est l'humidité due à l'évapotranspiration des terres (forêts et marécages) et des lacs qui fournit les précipitations.

Familles de climat 5- Climats subarctiques intermédiaire s entre le climat tempéré et le climat polaire. Les étés sont moins chauds et les hivers plus rigoureux que dans le climat tempéré. La végétation correspond à la forêt boréale (Taïga). 6- Climats polaires caractérisés par des températures froides toute l'année, le mois le plus froid étant toujours au-dessous de −40 °C. La température moyenne mensuelle dépasse −50 °C sur les inlandsis. Vent fort et persistant, le blizzard.  

Familles de climat Il existe également des : climats des hautes montagnes, climats régionaux (moyenne Moulouya : effet de Föhn  ; Sirocco = vent venu du désert), climats locaux : présence de reliefs, d'étendues aquatiques (lacs, océan, rivières,...) va influer sur les phénomènes de vents, d'humidité et d'écarts de température. En fond de vallée par exemple, au lever du jour, la température sera beaucoup moins élevée qu'au sommet des versants. microclimats (selon la topographie et de l'environnement à petite échelle)

Répartition des climats du globe

Relation climats et courants marins

Exercices d’application Evolution saisonnière des paramètres climatiques. (ETP = évapotranspiration)

Exercices d’application Evolution saisonnière des paramètres climatiques. 1- Interprétez le graphe ci-dessus. 2- Précisez le type de climat de la région étudiée. 3- Quels sont les types de nuages et de précipitations susceptibles de se produire ?