S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 40
Circulation atmosphérique des cellules de Hadley
transport de l’énergie calorifique entre l’équateur et les zones subtropicales (~30oN et S)
– angle d’incidence
– l’air est beaucoup plus chaud à l’équateur qu’à ~30oN et S de latitude l’air très chaud à l’équateur aura tendance à devenir instable et léger
– baisse de densité et de pression interne
l’air s’élève : courant de convection ascendant d’air chaud et instable
– basse pression à la surface près de l’équateur
S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 41
Réchauffement différentiel : force de gradient de pression et mouvement horizontal - la brise de mer
Chaud
Froid
B
B H
Terre Eau
Loi de gaz parfaits P = Loi de gaz parfaits P = ρ ρ rT rT
Mouvements horizontaux:
Brise de mer
Néanmoins, à des altitudes plus élevées (à environ 1000-2000m) la pression de l’air chaud est plus élevée que celle mesurée à la même altitude pour l’air froid sur la mer.
Á cause du bilan hydrostatique, la diminution de la pression avec l’altitude est plus rapide dans de l’air froid que dans de l’air chaud.
Puisque un fluide doit s’ajuster en présence d’une différence de pression (gradient de pression), un flux d’air se crée depuis les hautes pressions vers les basses pressions : en altitude l’air se dirige des terres vers la mer, et de la mer vers la terre à la surface.
Le cycle est fermé par une ascendance d’air au niveau de la colonne d’air chaude et une descente dans la colonne d’air plus froide (sur la mer).
Mouvements horizontaux: Brise de mer
Une situation inverse se crée pendant la nuit à cause du refroidissement plus rapide du sol par rapport à l’eau. L’eau se retrouve donc à une température plus élevée que le sol. Il en va de même pour la colonne située sur la mer par rapport à celle sur terre.
S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 44
90° N 40° N 0°surface
2 km 5.5 km 12 km
2
B H
1
20 KPa 50 KPa
80 KPa 100 KPa
~ 5 km
1 Pression relativement haute ~ 5 km 2 Pression relativement basse ~ 5 km
Variation de l’élévation des surfaces isobares selon la latitude au niveau de la tropopause.
Équateur Pôle Nord
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Comment l’atmosphère voudrait agir pour transporter l’excès de chaleur vers les hautes
latitudes …
Pas de rotation de la Terre!!!!
(cellules de Hadley, 1735)
… mais la Terre tourne et elle est couverte de bassins océaniques et de continents, et donc la circulation qui en
résulte est beaucoup plus compliquée :
Force de Coriolis – porte le nom du mathématicien G.G. Coriolis
• Elle n’est pas vraiment une force physique « réelle »
• une force ressentie par tout objet en mouvement dans un repère (support) tournant
• La terre tourne: cause une
déviation de la direction du
vent horizontal (rotation locale)
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Expérience concrète de la force de Coriolis
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Taux de rotation de la Terre
Toutes latitudes se déplacent à la même vitesse angulaire : d’Ouest en Est – 360°jour-1= 7.29 x 10-5radians s-1
• forme sphérique de la terre
– la circonférence de la Terre varie selon la latitude
• circonférence de la Terre à l’équateur : 40000 km
– 40 000 km/24 heures = 1670 km/h
• circonférence de la Terre à 60°°°°N : 20,000 km
– 20,000 km/24 heures = 835 km/h
360°/jour (toutes les latitudes)
= 360°/24 heures
= 360°/86164 secondes
2π radians = 360°
2π radians /86164 secondes
= 2 x 3.1416 / 86164 radians s-1
= 7.29 x 10-5radians s-1
Toutes les latitudes se déplacent à la même vitesse angulaire : d’ouest en est
la vitesse linéaire de déplacement varie selon la latitude – la vitesse linéaire de déplacement d’Ouest en Est est plus
grande à l’équateur et diminue vers les pôles
un objet à l’équateur possède une vitesse initiale vers l’Est de 1670 km/h
si cet objet se déplace vers le pôle nord:
– cette vitesse vers l’est par rapport à la latitude cible (ex : 60°°°° N = 835 km/h) est plus grande
– l’objet semble être accéléré vers la droite (vers l’est) – déviation du vent vers la droite (H.N.)
Inversement – un objet se déplaçant vers l’équateur (hémisphère nord)
– sa vitesse initiale vers l’est par rapport à la latitude cible est moins grande
– l’objet semble être déplacé vers la droite (vers l’ouest)
– déviation du vent vers la droite (H.N.)
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Force de Coriolis et Vent nord/sud
S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 53
Règle générale (Coriolis)
Les vents sont déviés vers la droite dans l’hémisphère nord (rotation horaire)
Les vents sont déviés vers la gauche dans l’hémisphère sud (rotation antihoraire)
Peu importe la direction du vent : du nord au sud, du sud au nord, d’ouest en l’est, d’est en ouest
Déviation des vents horizontaux
Vent géostrophique Hémisphère Nord
Mouvement initial
Mouvement final
Vent géostrophique
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Force de frottement
S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 57
Force de frottement
force agissant sur le vent près de la surface (~ 2 km)
cisaillement avec la surface rugueuse du sol ralentissement de la vitesse du vent diminution de la force de Coriolis et donc de
l’amplitude de déviation vers la droite Fpression> Fcoriolis: le vent traverse les
isobares
l’angle varie en fonction de la surface – surface lisse (océans) : 15°à 25° – surface rugueuse (continents) : 30°à 40°
Vents - cycloniques/anticycloniques
Vents - cycloniques/anticycloniques
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Plan du chapitre
Rappel sur la composition de l’atmosphère
Comprendre comment la pression et la température atmosphérique sont reliées entre elles
Établir les forces motrices responsables du mouvement de l’air Avoir une idée de la circulation générale de l’atmosphère (essentiellement horizontale) au niveau de la mer (surface) et au niveau de la tropopause
Évaluation du mouvement vertical atmosphérique
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Au niveau de la tropopause, près de l’équateur
• l’air se déplace à partir de l’équateur vers les pôles
• l’influence du refroidissement se fait de plus en plus sentir
• l’influence de la force de Coriolis commence à affecter de plus en plus la direction du vent
• vent déporté sur la droite (HN) ou sur la gauche (HS)
Circulation atmosphérique des cellules de Hadley
(2 cellules avec la rotation de la Terre !)
Près de 30° N et S, les vents en altitude soufflent dans une direction plus ou moins parallèle à des cercles de même
latitude (i.e parallèle)
Rupture dans le déplacement de l’air en direction des pôles – accumulation d’air à ~30°N et S
L’air froid aura tendance à descendre (subsidence) vers la surface Création des zones de haute pression à la surface aux latitudes ~30°N et S
Circulation de Hadley dans les tropiques
La circulation tropicale est donc caractérisée par un « rouleau » de part et d’autre de l’Équateur météorologique.
Sans rotation de la terre, ce courant serait confiné à un plan nord- sud.
S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 64
Force de Coriolis et circulation de Hadley
Force de Coriolis: Déviation des vents sur la droite dans l’hémisphère nord
S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 65
Cellules de Hadley et conditions de surface
L’air se refroidit et s’assèche
Subsidence d’air sec Climat sec désertique
Ascendance d’air humide Climat chaud et humide
Cellules de Hadley et conditions de surface Organisation de la
circulation atmosphérique
Nord
S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 68
Organisation de la circulation atmosphérique
Mouvements de l’air sur une Terre qui ne
tourne pas
Mouvements de l’air sur une Terre qui
tourne
S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 69
Dans la région équatoriale au niveau de la mer
zones de basses pressions à l’équateur
zones de hautes pressions près de 30° N et S
– pas des zones continues, mais plutôt des cellules
sous l’influence de la force du gradient de pression:
– le vent se dirige vers l’équateur
– la force de Coriolis provoque une déviation sur la droite (HN) ou sur la gauche (HS) les alizés (nord-est) et (sud-est)
Les nuages de la zone de convergence intertropicale Images infrarouge Meteosat
2 février 1989 22 juillet 1989
Précipitations annuelles
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Variations suivant la longitude:
circulation de Walker dans les tropiques
Cumulo-nimbus
Distribution non homogène des terres et
mers
S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 73
Variations suivant la longitude:
circulation de Walker dans les tropiques
Contrastes continents océans et circulation atmosphérique (moussons)
Contrastes continents océans et circulation
atmosphérique (moussons)
S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 76
Moyennes latitudes:
Fronts et ondulations du courant-jet
Comment une divergence ou une convergence en altitude entretient une circulation cyclonique ou anticyclonique au sol
S. Speich – N Daniault UBO Climat 4_ 77
