cours 7 processus isobariques : brouillard dévaporation

Cours 7

Processus isobariques : brouillard d’évaporation

Cours 7 - 2

Table de matières

Processus isobarique et diabatique Brouillard d’advection Brouillard d’évaporation

Processus isobarique et adiabatique Brouillard frontale La température du thermomètre mouillé

Cours 8 - 3

Brouillard d’évaporation: de l’air froid se déplace sur des étendues d’eau liquide ou de surfaces humides.

Le brouillard ainsi formé est peu épais à moins que d’autres facteurs interviennent.

Saturation et condensation par apport de vapeur d’eau

Cours 8 - 4

Un phénomène analogue se produit au sein d’une couche d’air traversée par des précipitations qui s’évaporent partiellement

Cours 7 - 5

Brouillard d’évaporation

Considérons, dans les basses couches atmosphériques, des particules d’air humide, non saturé, en contact avec une étendue d’eau liquide:

Air: Tair, p, r, e

Eau: Teau

e < ew(Teau) < ew(Tair)

Quand e = ew(Teau) l’évaporation s’arrête

Pourquoi ?

Conclusion : e < ew(Tair) Il n’y aura pas de brouillard !

Cas 1 : Tair > Teau

Cours 7 - 6


Air: Tair, p, r, e

Eau: Teau

e < ew(Tair) < ew(Teau)

Cas 2 : Tair < Teau

L’air devient saturé quande = ew(Tair) < ew(Teau)

L’évaporation continue, puisque il y a un gradient de pression de vapeur.

Il y aura du brouillard !

Cours 7 - 7

Procédé isobarique et adiabatique

Ce qu’il faut savoir:

0dhAdiabatique 0q

Isobarique 0dp

Procédé isenthalpique

Chaleur latente et enthalpie:

Lois de Kirchhoff:

v v wl h h

vpv w

p

dlc c

dT

Cours 7 - 8


Système thermodynamique

État initial: T, p, m, mv, mw

État final: T’, p’, m, m’v, m’w

dh = 0

Équation du procédé isenthalpique : démonstration

Cours 7 - 9


' '' v v

pd t w pd t w

l T r l T rT T

c rc c rc

Équation qui relie les variables d’état initialeset finales.

t v wm m m v wt

d

m mr

m

Cours 7 - 10


' '' v v

pd t w pd t w

l T r l T rT T

c rc c rc

Avec les approximations habituelles

' 'v v

pd pd

l lT r T r

c c

Cours 7 - 11

Température du thermomètre mouillé

const.v vw w w

pd pd

l lT r T T r

c c

' sr r

'' v v

pd pd

l r l rT T

c c

Cours 7 - 12

Température du thermomètre mouillé

vw w w

pd

lT T r r T

c

La température du thermomètre mouillé est la température à laquelle l’air peut être refroidi, en y évaporant de l’eau à pression constante et sans échange de chaleur avec l’environnement, jusqu’à ce que l’air soit saturé.

Cours 7 - 13

Pseudo température du thermomètre mouillé (dans le diagramme aérologique ) Taw

On utilise l’adiabatique saturée:

1) pour une particule à un niveau donné et point de rosée donné, soulevez adiabatiquement la particule jusqu’à saturation.

2) Descendez-la maintenant selon l’adiabatique saturée jusqu’au niveau initial de la particule.

p = 850 mb

T = 10 °C

r = 5 g/kgTaw ~ 6 °C

Cours 7 - 14

Pseudo température du thermomètre mouillé ( le téphigramme ) Taw

Questions

1) Décrivez le processus thermodynamique qu’on vient de faire dans le T.

2) Quelle est la température la plus élevée: Tw ou Taw ? Pourquoi?

3) Quelle est la température potentielle du thermomètre mouillé?

Définition : la température qui aurait une particule d’air saturée après avoir subit une compression (détente) adiabatique jusqu’à la pression de 1000 hPa.

Cours 7 - 15

Température équivalente Te

constanteve

pd

lT T r

c

' 0r

' '' v v

pd t w pd t w

l T r l T rT T

c rc c rc

Cours 7 - 16

Température équivalente Te

ve

pd

lT T r

c

La température équivalente est définie comme la température que l’air humide atteindrait si cet air était complètement séché, par condensation de toute sa vapeur d’eau, suivant un processus isenthalpique.

Cours 7 - 17

Pseudo température équivalente Tae

1) Pour une particule à un niveau donné et point de rosée donné, soulevez la particule jusqu’à saturation.

2) Continuez le soulèvement selon une adiabatique saturée jusqu’au niveau où cette courbe a la même pente que les adiabatiques sèches.

3) Redescendez jusqu’au niveau de pression originalen suivant une adiabatique sèche.

p = 850 mb

T = 10 °C

r = 5 g/kgTae ~ 23,5 °C

Cours 7 - 18

Pseudo température équivalente Tae

Questions

1) Décrivez le processus thermodynamique qu’on vient de faire dans le T.

2) Quelle est la température la plus élevée: Te ou Tae ? Pourquoi?

3) Quelle est la température potentielle équivalente?

Cours 7 - 19

Représentation d ’un processus isenthalpique (diagramme eT)

v vw w w

pd pd

l lT r T r T

c c

er

p

v v ww

pd pd

l l eeT T

c p c p

ww

er

p

pw w w

v

pce e T T T

l

pw w w

v

pce e T T T

l

Cours 7 - 20

Représentation d ’un processus isenthalpique (diagramme eT)

pw w w

v

pce e T T T

l p

w w wv

pce e T T T

l

( )we T

Cours 7 - 21

Température du thermomètre mouilléLe psychromètre

v ve w w w

pd pd

l lT T r T T r

c c

La température du thermomètre mouillé est la température à laquelle l’air peut être refroidi, en y évaporant de l’eau à pression constante et sans échange de chaleur avec l’environnement, jusqu’à qu’il soit saturé.

Cours 7 - 22

Température du thermomètre mouilléLe psychromètre

pdw D w w w

v

ce e T e T p T T

l

Le psychromètre nous donneT et Tw

TwT

Nous pouvons alors calculer TD

Cours 7 - 23

Température du thermomètre mouillé:la température de rosée et de frimas

pdw D w w w

v

ce T e T p T T

l

C’est l’équation psychrométrique. Le coefficient cpd/lv est appelé constante psychrométrique.

Cours 8 - 25

Refroidissement de l’air par évaporation de la pluie

L’effet de températuredu thermomètre mouilléest la principale cause dela chute de températureobservée lorsque la précipitation commence.

Dans l’atmosphère réelle la température du thermomètre mouillé est une bonne estimation de la température après la pluie (tant que l’air est saturé).

Cours 8 - 26

Refroidissement de l’air par évaporation de la pluie : brouillard frontal

Brouillard

Nuage

Air froid

Brouillard

Air chaud

Cours 7 - 27

Prévision de brouillard

1. Air saturé à la surface

2. Nuits de ciel clair

3. Sol et végétation trempés

4. Vents légers

5. Faible advection d’air chaud de type polar maritime ou tropical maritime.

6. Température du point de rosée élevée

7. Faible précipitation saturant la couche limite.

8. Vent provenant d’une source d’humidité.

9. Vents de pente (ascendants).

Cours 7 - 28

Exercice d’application

p (hPa) T(°C)

1020 990 900 850 800

111210 6 2

Td (°C)

9 7 4 2 -5

I - Tracez les profils de température et du point de rosée

II - Considérez l’air au niveau de 900 hPa. Déterminez :1) Sa température potentielle2) Son humidité relative, U3) La température du thermomètre mouillé, Twa

4) La température potentielle du thermomètre mouillé, wa

5) La température équivalente Tea

6) La température potentielle équivalente, ea

Cours 7 - 29

p (hPa) T(°C)

1020 990 900 850 800

111210 6 2

Td (°C)

9 7 4 2 -5



Cours 7 - 30

p (hPa) T(°C)

1020 990 900 850 800

111210 6 2

Td (°C)

9 7 4 2 -5



II - Considérez l’air au niveau de 900 hPa. Déterminez :1) Sa température potentielle, 18,5 °C2) Son humidité relative, U, 5,6/8,5 x 100 ~ 66 %3) La température du thermomètre mouillé, Twa ~ 6,5 °C4) La température potentielle du thermomètre mouillé, wa ~11 °C5) La température équivalente Tea ~ 26 °C6) La température potentielle équivalente, ea ~ 35 °C

Cours 7 - 31

Brouillard d’advection

Lisbonne : Le pont 25 avril , 2007

Cours 7 - 32


Cours 7 - 33

Brouillard urbain

Ice fog blankets downtown Winnipeg in the early morning of January 30, 2004. The temperature was -40°C. Water vapor coming from buildings, cars and industry brings the cold air to saturation and builds up as fog. Attribution: copyright 2004 T. Turrittin

Cours 7 - 34

Brouillard de pente

Cours 7 - 35

À venir …

L’ascension adiabatique

cours 7 processus isobariques : brouillard dévaporation

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