Le climatPartie 1 : Atmosphère et Océans

Composition de l'air sec

(troposphère)

N2 = 78.1%

O2 = 20.9%

Ar = 0.9%

CO2 = 0.04% traces

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Structure et composition de l’atmosphère

L’eau dans l’atmosphère

3 états (gaz, solide, liquide)

Teneurs variables

0,1% en Sibérie

5% dans les régions maritimes équatoriales

Troposphère

Stratosphère

Mésosphère

Tropopause

Stratopause

Mésopause

Photographie prise le 07/20/75, durant la mission US-URSS Apollo, à une altitude de 230 km@Nasa

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Structure et composition de l’atmosphère

Ionosphère

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~80 km

Vues prises depuis la Navette Spatiale (NASA), orbite base (400 km.).

Couché de Soleil, 8/11/91, Atlantis.

Vénus.

Depuis l’espace :

la couleur rouge de la troposphère =

absorption des courtes longueurs

d'onde par la vapeur d'eau.

Dans la stratosphère le dégradé du

blanc vers le bleu est lié à la variation

de la pression.

Des nuages orageux avec leurs cirrus s'étalent contre la tropopause, qui apparaît en gris-vert.Les aérosols du Pinatubo, à la base de stratosphère apparaissent dans la couche noire.

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T° baisse

Raréfaction

des

molécules

d'air

9/10 masse atmosphère

dans les 18 km

-56°C

-5°C

0°C

-90°C

http://www-geoazur.unice.fr/SCTERRE/cours_en_ligne/index.html

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Alt

itu

de

(km

)Structure et composition de l’atmosphère

1/2 masse atmosphère dans les 5500 m,

Masse atmosphère : 5,13.1018 kg(un millionième masse terrestre) (au delà les molécules peuvent s’échapper vers

l’espace sans que les chocs avec les autres molécules ne les renvoient dans l’atmosphère)

Environ 1000 km(limite sup. atmosphère)

Le suffixe nimbus (nimbo-) désigne les nuages produisant des précipitations.

Les limites entre étages varient entre les régions équatoriale et polaire.

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Les cirrus, cirrocumulus et cirrostratus :

- localisés entre 5 et 13 km d'altitude sous nos latitudes ;

- constitués de cristaux de glace.

- marqueurs de la tropopause.

Cirrus

Cirrocumulus

CirrostratusCirrus

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Les altocumulus et altostratus : 2 à 7 km d'altitude. Ils sont constitués

essentiellement de gouttelettes d'eau.

Altocumulus

Altostratus

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Les stratocumulus et les stratus : entre le sol et 2 km d'altitude.

Stratocumulus

Stratus

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Les nimbostratus, cumulus et cumulonimbus : nuages à développement vertical

qui peuvent occuper plusieurs étages en même temps.

Nimbostratus

Cumulus

Cumulonimbus

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Les cirrus sont souvent issus du

sommet de ces tours convectives

qui plafonnent à la tropopause.

Cumulonimbus.

Des nuages orageux avec leurs cirrus, dont les

sommets sont en forme d'enclumes...

NASA.

Les cumulonimbus sont le siège de

forts mouvements convectifs qui

homogénéisent la troposphère.

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Comment obtenir une température atmosphérique

moyenne de 15°C ?

Longueurs d'onde constituant le rayonnement solaire

température 6 000 K

domaine

ultraviolet

inférieure à 0,3

µm (violet-bleu)

domaine visible

de 0,3 µm (violet-

bleu) à 0,7 µm

(rouge)

domaine

infrarouge

au delà de 0,7 µm

(rouge)

10% 40% 50%

Énergie réfléchie

107 W/m²

235 W/m²

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Énergie

solaireAlbédo = 0.3

Ce qui reste pour

chauffer la Terre

Effet de serre et bilan radiatif

Effet de serre et bilan radiatif

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Comment obtenir une température atmosphérique

moyenne de 15°C ?

Infrarouge

Ultraviolets+visible+Infrarouge

Effet de serre et bilan radiatif

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Comment obtenir une température atmosphérique

moyenne de 15°C ?

Ifremer.

Ifremer.

Déséquilibre de l’apport d’énergie solaire

• Angle d’incidence des rayons solaires

• Gradient de température à la surface du Globe1. L

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Transport

Transferts assurés par les deux fluides terrestres

(courants océaniques et atmosphériques)

Pomerol et al. (2005) – Éléments de Géologie, Dunod

Quel est le moteur de la circulation atmosphérique ?

Le déséquilibre thermique à la surface du globe

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Pôle NordPôle Sud Équateur

TROPOSPHERE

STRATOSPHERE : plus chaude elle force les mouvements horizontaux troposphériques

8-1

8 k

m

sol

Les cellules de convection atmosphérique Absence

de rotation

http://www.climateprediction.net

www.ifremer.fr/

Quel est le moteur de la circulation

atmosphérique ?

1. L

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Système de convection simple avec des vents soufflant des pôles vers l’équateur

• Aux basses latitudes, l’air chaud et humide s’élève : zone de basse pression

• Aux pôles l’air refroidit et plus dense créer une zone de haute pression

Quel est le moteur de la circulation

atmosphérique ?

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Les cellules de convection atmosphérique

• L’influence de la rotation de la Terre

La rotation de la Terre se traduit par les Forces de Coriolis(perpendiculaires à l'axe de rotation du référentiel et au vecteur de la vitesse du corps en mouvement)

point de vue d'un observateur extérieur (immobile)

une bille s'éloigne en ligne droite depuis le centre d'un disque en rotation vers la bordure

point de vue d’un observateur ayant le même référentiel (en rotation)

la bille se déplace le long d'un arc de cercle

Force de Coriolis dévie les masses allant

vers le sud vers la droite

CELLULE

s’arrête à

30° de

latitude

ALIZES

Force de Coriolis dévie les masses allant vers le nord vers la droite

Quel est le moteur de la circulation

atmosphérique ?

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Les cellules de convection atmosphérique

• Dévient les masses d’air

• Fragmentent les cellules de convection

Campy & Macaire (2003) – Géologie de la surface, Dunod

Les cellules de convection atmosphérique

Quel est le moteur de la circulation atmosphérique ?1. L

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3 cellules de convection troposphériques

Distribution zonale des climats

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Hémisphère Nord

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@isitv.univ-tln.fr/~lecalve

Introduction 2

. L

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océan

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• Surface de la terre : 71% par des océans

• Répartition des terres et des mers inégale (antipodale) – à toute bosse correspond un creux

• Masses terrestres concentrées dans l'hémisphère nord (Hémisphère nord : 61% de mer, hémisphère sud : 81 % de mer)

• Profondeur moyenne des océans : 3800 m (pellicule très mince ~1/1700 rayon de la Terre)

• 300 fois la masse de l’atmosphère

•1200 fois la capacité de stockage de chaleur de l’atmosphère

• 97% de l’eau disponible sur Terre

composition moyenne d'une eau de mer : 35 g de sel par kg d'eau de mer

@isitv.univ-tln.fr/~lecalve

Est-ce que l’océan peut devenir plus salé ?

Température et salinité, paramètres permettant de déterminer la densité

Densité, paramètre fondamental dans la dynamique des océans

• La concentration totale des sels dissous varie en fonction du lieu

• Mais la proportion des composants les plus importants reste à peu près constante

Prouve un mélange des eaux océaniques

Equilibre entre les sels amenés par les cours d’eau et ceux extraits (par ex. évaporites)

2. L

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La circulation de surface

Comment se déplacent les masses d’eau ?

• Rôle des vents

• Rôle de la force de Coriolis : Gyres anticycloniques et cycloniques

Carte des vents Carte des courants de surface

L’action des vents se fait sentir jusqu’à 800 m de profondeur

Les courants décrivent de grands mouvements tournants appelés " gyres "

• Rôle des continents2. L

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La circulation de surface

@educnet.edu

CARTOGRAPHIE DES COURANTS MARINS DE SURFACE

Comment se déplacent les masses d’eau ?2

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• Rôle des vents : Alizés (courants équatoriaux), vents d’ouest (courant circumpolaire)

Vitesse moyenne courants de surface : quelques cm/s (~2 m/s Gulf Stream au large de la Floride)

Cf. TD

2. L

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Distribution verticale de température – stratification des eaux

@isitv.univ-tln.fr/~lecalve

Pomerol et al. (2005) – Éléments de Géologie, Dunod

La circulation profonde

Comment se déplacent les masses d’eau ?

Couche de surface (ou couche de mélange) : 50 à 200 m (températures ~ celles de surface

Couche thermocline : 200 à 1000 m (température décroît avec la profondeur)

Couche profonde : jusqu'au fond, caractérisée par des températures faibles et homogènes

L’océan est stratifié

2. L

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Pomerol et al. (2005) – Éléments de Géologie, Dunod

La circulation thermohaline

Comment se déplacent les masses d’eau ?

Circulation océanique globale, profonde, liée à la température et à la salinité des masses d'eau

Une molécule d'eau fait le circuit entier en environ 1000 ans

Vitesse moyenne courants profonds : ~mm/s

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3.

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El Niño-La Niña Southern Oscillations

Average rain rate in January 2000 measured by the Tropical Rain Measuring Mission satellite. From Tropical Rain Measuring Mission office at the NASA Goddard Space Flight Center.

Average rain rate in January 1998, an El Niño year, measured by the Tropical Rain Measuring Mission satellite. Notice that the rain has shifted from the western Pacific and eastern Indian ocean to the central Pacific.

3.

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3.

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Si les vents atteignent au moins 33 m/s, on l'appelle alors :

- (1) Ouragan dans l'Atlantique Nord, l'Océan Pacifique Nord-Est, à l'est de la

ligne de changement de date (aux Caraïbes : hu ra kan qui a donné le terme

anglais hurricane et le terme français ouragan) ;

- (2) Typhon dans l'Océan Pacifique Nord-Ouest, à l'ouest de la ligne de

changement de date (Chine : taï fong, Japon : taï fu) ;

- (3) Cyclones

3.

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Les cyclones se forment à la fin de l'été, lorsque la température de surface des eaux océaniques devient supérieure à 26°C sur une épaisseur minimale de 50 m. Si l'eau est trop froide, le cyclone ne peut pas se former ou, s'il était déjà formé préalablement, il s'affaiblit puis finit par perdre ses caractéristiques cycloniques tropicales. En pénétrant sur terre, son énergie tend rapidement à décroître.

Condition thermique.

3.

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Condition géographique.

Etre suffisamment éloigné de l'Équateur (5°, soit 550 km) de façon à ce que la

force de Coriolis ne soit pas nulle (Equateur) ou trop faible (de 0 à 5° de latitude).

3.

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Condition hygrométrique.

Une forte humidité est indispensable à la formation des cumulonimbus.

La formation d'un cyclone est impossible pour une humidité inférieure à 40 %,

fréquente lorsqu'elle est supérieure à 70 %

3.

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Lorsque le cyclone passe au dessus

d'une zone continentale, il perd sa

source d'humidité et de chaleur et les

frottements avec la surface

continentale ralentissent sa course.

Lorsque les eaux océaniques ne

fournissent plus assez de chaleur et

d'humidité à l'atmosphère, l'intensité

du cyclone diminue.

3.

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Situation en période normale (janvier 1996)

46

Situation en période El Niño (janvier 1998).

El Niño Southern Oscillation.

3.

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