INTRODUCTION À LA MÉTÉOROLOGIE Professeur: Éric Girard Auxiliaire: Alexandru Stefanof

UQAM!

Mexico!?

DESCRIPTION   Destiné à un vaste auditoire non spécialisé, ce cours d'introduction à la météorologie comprend des applications aux loisirs, à l'environnement et à la prévision. L'atmosphère, sa composition, son origine. Le trou dans la couche d'ozone. L'effet de serre et le réchauffement du climat. Le soleil, moteur de l'atmosphère. La température. L'eau : humidité, nuages, précipitation. Les mouvements verticaux : stabilité et instabilité, les orages, les éclairs, les tornades. La pression et les vents. La circulation générale : distribution spatiale des vents, des pressions et des précipitations. Les masses d'air, les cyclones et les fronts, les ouragans. Analyse du temps : observations, mesures. Lecture et analyse de cartes. Prévisions scientifiques et artisanales.   OBJECTIFS DU COURS   1. Comprendre les enjeux majeurs environnementaux. 2. Comprendre des notions de bases en science atmosphérique. 3. Apprendre à lire les cartes météorologiques, satellitaires, et radars 4. Apprendre à faire ses propres prévisions météorologiques avec les outils disponibles sur Internet.

MÉTHODE PÉDAGOGIQUE ÉVALUATION Cartes météorologiques: 25%   Analyse de la situation météo et prévision pour la semaine (10 – 15 min) Discussion collective des évènements météos de la semaine (10-15 min) Cours magistraux (~1h15) Exercices en classe (à compléter en devoir) ou visionnement d’un vidéo (~1h30) ÉVALUATION Cartes météorologiques: 25% Vos rapports d’observation: 25% Examen 1 : 25% (19 février) Examen 2 : 25% (15 avril)

Rapports d’observation PLUS DE DÉTAILS AU COURS 3…

Horaire détaillée du cours avec activités

Avant votre cours… Consultez le site web du cours (section exercices) Imprimez les cartes et questions des exercices (s’il y a lieu) Lisez les notes de cours complémentaires s’il y a lieu

NOTES DE COURS ET RÉFÉRENCES   Les notes de cours sont sur le site internet du cours. (http://people.sca.uqam.ca/~presyn/sca2611.html) Mon courriel: girard.eric@uqam.ca Mon bureau: PK-6435 Mon téléphone: 3325 Alexandru Stefanof: stefanof@sca.uqam.ca (local PK-6475)

Les sciences de l’atmosphère La météorologie (sens large) ou sciences de l’atmosphère: science qui a pour objet l'étude et la  connaissance des phénomènes atmosphériques et des lois qui les gouvernent. C'est une discipline fondée sur des observations scientifiques précises qui reposent sur les lois de la physique et de la chimie. La météorologie (sens plus usuel): la météorologie réfère aux conditions atmosphériques à un temps précis et en un lieu donné. La climatologie: la climatologie réfère aux conditions climatiques moyennes en un lieu donné soit pour une année, une saison, ou une journée.

ENVIRONNEMENT CANADA Montreal metropolitain-Laval Prévisions pour l'ouest du Québec émises par Environnement Canada à 5h00 HNE le vendredi 5 décembre 2003 pour aujourd'hui et samedi. Prochaines prévisions émises à 11h30. AUJOURD'HUI : Ensoleillé. Maximum moins 8. CE SOIR ET CETTE NUIT : Dégagé. Vents du nord-est de 20 km/h. Minimum moins 15. SAMEDI : Ensoleillé avec passages nuageux. Vents du nord-est de 30 km/h. Maximum moins 8. DIMANCHE : Ensoleillé. Minimum moins 11. Maximum moins 6.

Climatologie versus Météorologie Atmosphère Hydrosphère Cryosphère Lithosphère Biosphère Atmosphère

Le système climatique

La météorologie

La météorologie: une science jeune (Mot dérivé du grec « meteoros » qui signifie haut dans les airs) -2000: Les chinois sont les premiers à faire des relevés météo Les Grecs et les Égyptiens associaient les pluies, vents et autres phénomènes aux ébats amoureux ou aux colères de leurs dieux et déesses ! -300 Aristote: le premier à tenter d’expliquer les phénomènes météo (brise de mer, grêle, nuages, etc.). Il écrit le premier traité sur la météorologie. Les Romains n’avancent guère en ce domaine et se fient plutôt aux écrits d’Aristote. Au Moyen-Âge: la météo est délaissée au profit des prédictions des sorciers et sorcières!

Les instruments 280: le thermoscope (variation de température) Moyen Âge (500-1500) 1500: la girouette (direction des vents) 1640: l’hygromètre (humidité) 1650: l’anémomètre (vitesse des vents) 1660: le baromètre (pression atmosphérique) 1673: le thermomètre (température) 1680: le pluviomètre (quantité de précipitation)

Lavoisier (chimiste) en 1760 (200 ans avant son temps?…) « La prédiction des changements qui doivent arriver au temps est un art qui a ses principes et ses règles, qui exige une grande expérience et  l'attention d'un physicien très exercé. Les données nécessaires pour cet art sont:l'observation habituelle et journalière des variations de la hauteur du mercure dans le baromètre, la force et la direction du vent à différentes élévations, l'état hygrométrique de l'air. Avec toutes ces données, il est presque toujours possible de prévoir un jour ou deux à l'avance, avec une très grande probabilité, le temps qu'il va faire;… …on pense même qu'il ne serait pas impossible de publier tous les matins un journal de prédictions qui serait d'une très grande utilité pour la société. »

Au 18ième siècle Premières mesures météorologiques en altitude (cerf volant) Classification des nuages Apparition de l’échelle centigrade

Le 19ième siècle Premier réseau d’observation météorologique en surface en 1865, le réseau compte 59 stations. Premières cartes isobares Premières prévisions en utilisant la technique d’extrapolation ou « chemin de fer » Intérêt grandissant pour la météo (lié au transport maritime et aux guerres) menant à des recherches sur la circulation atmosphérique à grande échelle.

Le 20ième siècle Base de la prévision numérique au début du siècle Développement du radar Lancement de satellites Utilisation de la prévision numérique dès l’apparition des ordinateurs Augmentation exponentielle des connaissances dans le domaine (circulation générale, nuages, précipitation, orages, tornades, etc.)

Et aujourd’hui… La climatologie prend de plus en plus d’importance. L’économie et le bien-être des sociétés dépendent largement de la météo présente et future. Satellites, modèles numériques, techniques d’assimilation, physique atmosphérique. De plus en plus d’argent est investi par les gouvernements occidentaux dans la recherche. Traités internationaux et effort commun.

Le futur… Prévisions climatologiques de plus en plus précises Prévisions de l’évolution de la biosphère (biométéorologie) Prévision météo à 5 jours de plus en plus précise Multiplication des satellites météorologiques Prévisions à des échelles spatiales de plus en plus petites

Comment s’est formée l’atmosphère? Big Bang (15 000 000 000 années) Formation de la Terre (5 000 000 000 années) planète était très chaude et en fusion les gaz abondants (H2, Ne, He, etc) s’échappent vers l’espace Refroidissement graduel de la Terre et formation de la croûte Activité volcanique

Volcan

Composition de l’atmosphère de nos jours

Comment décrivons-nous l’état de l’atmosphère? Température Pression Vent Température du point de rosée (humidité)

Température La température est associée à la vitesse moyenne de déplacement des molécules

Température Les thermomètres les plus courants sont ceux dont le principe repose sur l’expension thermique d’un liquide à l’intérieur d’un tube capillaire sous vide. D’autres types de thermomètres existent également (bimétallique et thermistance)

Température La gradation et le choix des points de références définissent l’unité utilisée. Fahrenheit: 32F (congélation de l’eau) et 212F (point d’ébullition) Celsius: 0C (congélation de l’eau) et 100C (point d’ébullition) C = (5/9) (F – 32) (truc rapide: C = F/2 – 15) Kelvin: 0K (température zéro absolue; ou à laquelle il n’y a aucun mouvement moléculaire). K = C + 273

La pression La pression est une force par unité de surface. Au niveau moléculaire, la pression est associée à la densité et à la vitesse des molécules Pression niveau moyen de la mer = 1000 hPa = 1000 mb = 100 Kpa Équivalent à 1 Kg/m2 Gaz parfait: P  r T

Principe du baromètre à mercure

Les circuits à Denver sont des ballons à New York! http://profhorn.meteor.wisc.edu/wxwise/baseball/homerun.html

Profil vertical de la température dans l’atmosphère

ATMOSPHÈRE STANDARD avion Mont Everest Mont-Tremblant

Réseau d’observation météorologique mondial Stations de surface: 11 000 Sondages en altitude: 900 Bateaux: 300 Bouées: 750 Avions: > 3000 radar Satellites: 15

Stations de surface

Sondages aérologiques

Avions

Satellites

Les cartes d’analyses Contiennent les informations relatives à l’état de l’atmosphère en un temps donné (T, Td, vents, P) Les heures sont indiquées en temps universel HNE = GMT – 5h GMT: Greenwich Mean Time UTC: Universal Time Coordinated Z: « zoulou »

Pour faire des prévisions, on a besoin de modèles…

La modélisation numérique

Les modèles nord-américains RGEM (simulation de 48 heures) à haute résolution spatiale GGEM (simulation de 240 heures) à plus basse résolution ETA (américain; similaire à RGEM) GFS (américain; similaire à GGEM)

Les cartes de surface standards de prévision Isobares: lignes d’égale pression L: centre de basse pression H: centre de haute pression Creux et crêtes

Représentation de la pression (isobares) vents

Hauteurs géopotentielles C’est la distance séparant un niveau de pression et le niveau moyen de la mer. Les lignes d’égales hauteurs géopotentielles sur une carte météorologique sont appelées isohypses. PLUS LES HAUTEURS SONT PETITES, PLUS LA T EST FROIDE AU SOL

RÉSUMÉ Un centre de basse pression est synonyme de nuages et possiblement de précipitation Un centre de haute pression est synonyme de beau temps La distance entre les isobares nous donne une indication de la force des vents Les vents suivent les isobares La valeur des isohypses est un indicateur de la température Les vents tournent dans le sens anti-horaire dans une dépression Les vents tournent dans le sens horaire dans un anticyclone

Petite prévision de la semaine avec le modèle GFS

Exercices: isolignes http://profhorn.meteor.wisc.edu/wxwise/contour/index.html

Exercices: pointage http://profhorn.meteor.wisc.edu/wxwise/station_model/sago.html

Petite prévision de la semaine…

ENVIRONNEMENT CANADA Montreal metropolitain-Laval Prévisions pour l'ouest du Québec émises par Environnement Canada à 5h00 HNE le jeudi 8 janvier 2004 pour aujourd'hui et vendredi. Prochaines prévisions émises à 11h30 aujourd'hui. AUJOURD'HUI : Ensoleillé. Vents d'ouest de 20 km/h. Maximum moins 21. Refroidissement éolien extrême de moins 38. CE SOIR ET CETTE NUIT : Dégagé. Vents d'ouest de 20 km/h devenant légers. Minimum moins 27. Refroidissement éolien élevé de moins 36. VENDREDI : Ensoleillé. Vents devenant d'ouest à 20 km/h. Maximum moins 20. Refroidissement éolien élevé de moins 32. SAMEDI : Ensoleillé. Minimum moins 24. Maximum moins 17. DIMANCHE : Alternance de soleil et de nuages. 60 pour cent de probabilité d'averses de neige. Minimum moins 19. Maximum moins 10. LUNDI : Neige passagère. Minimum moins 9. Maximum moins 5.

Lecture (matière à examen) Lire les pages 1-8 à 1-20 du document « Sujet 1 »

PAUSE DE 20 MINUTES!