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Dynamique des enveloppes externes et climat (Phénomènes météorologiques…
Dynamique des enveloppes externes et climat
Caractéristiques des enveloppes externes
Atmosphère
Structure
Stratosphère: ozone (protection contre les UV): T° augmente 0° à 50 km, UV frappant sur O2 = formation d'O3
Troposphère: air atmosphérique avec l'oxygène moléculaire + effet de serre, T° diminue avec altitude, contient toute la vapeur d'eau, phénomènes météorologiques, mouvement atmosphérique
Mésosphère: protection contre les météorites, diminution de T° négatives entre 50 et 80 km
Thermosphère: satellites en orbite: T° augmente avec altitude
Tonosphère
Propriétés physico-chimiques: filtre l'énergie solaire, contient aérosols, poussières, molécules d'eau, oxygène, azote, CO2, CH4, O3, l'océan sert de tampon à l'atmosphère
Hydrosphère
Propriétés physico-chimiques: varient en fonction de l'activité interne et externe du globe
Température:
Surface
(thermocline saisonnière)
en fonction de l'ensoleillement et entre 28/30°C en zone équatoriale et 1,91 aux zones polaires = répartition selon une composante latitudinaire perturbée par les courants atmosphérique/ océanique et les masses continentales/ profondeur:
thermocline permanente
T° moyenne environ 3°C, car les masses d'eau sont ++ situées en dessous de 3km (peu de conduction donc se réchauffe peu)
Salinité/ densité:
en g/kg d'eau souvent en pour 1000, on mesure la chlorinité car plus facile 19%0, répartition en surface selon le rapport évaporation/précipitation entre 40°/60° car après sous forme de glace. moins de variation en fonction de la profondeur par rapport à la T° sauf pour les régions polaires
Composition chimique
: milieu complexe avec beaucoup d'éléments chimiques venant des continents, atmosphère, fleuves, eaux hydrothermales sous marines
Chaleur spécifique élevée ==> réservoir de chaleur et inertie thermique
Structure: 70% de la surface de la Terre: 97% dans les mers, eau sous 3 états --> cycle de l'eau, continuité des océans mais propriétés propres à chacun, lieu de conservation des sédiments et production
Bilan radiatif de la Terre et effet de serre
Rotation de la Terre: variations du bilan radiatif au cours des temps géologiques, des saisons, des latitudes
Données
: la totalité du rayonnement solaire n'est pas absorbé car pouvoir réflecteur de la Terre = albédo 30% (IR)/ 70% absorbés 168 W.m2 par l'ozone, vapeur d'eau, aérosols dans la troposphère parmis eux la Terre réemet à son tour vers l'espace, une part traverse l'atmosphère et est remis vers la Terre --> effet de serre (IR) 324 W.m2. La surface de la Terre reçoit plus de chaleur qu'elle n'en émet = résultat de l'effet de serre (formule de Stefan-Boltzmann, + CO2 atmosphérique 400 ppm par augmentation anthropique). atmosphère est déficitaire (comblement par convection et conduction+ changement de phases = rétablissement de l'équilibre des deux sous-systèmes
Déséquilibre régionaux :
au cours de l'année intensité et % d'absorption des rayons solaires varient en fonction des saisons et de la latitude (zones équatoriales excédentaires et polaires déficitaires) ==> origine de la dynamique des basses vers les hautes latitudes.
T° effectrice=
balance entre le rayonnement solaire absorbé et le rayonnement IR émis vers l'espace (moyenne 15°C)
Circulations
Couplages: mouvement atmosphérique engendre les mouvements océaniques de surface
Mouvements verticaux: upwelling
Vent cyclonique (antihoraire)
--> divergence de l'eau dans le centre et remontée d'eau sur les côtés --> couche d'eau plus fine au centre provoquant un upwelling
Vent anticyclonique (horaire)
--> convergence de l'eau au centre et baisse de l'eau sur les côtés ==> couche d'eau plus épaisse au centre par la plongée de l'eau provoquant un downwelling
Spirale d'Eckman
= profondeur de la couche d'eau entrainée par le vent: force de frottement due au vent ==> courant de surface dévié par la force de Coriolis ==> le courant de surface entraine la couche du dessous (perte d'énergie avec l'augmentation de la profondeur)
Océanique
Circulation de surface
: soleil, vents, force de Coriolis : création de courants de surface
Circulation profonde:
2 mécanismes refroidissement et sursalure par congélation de l'eau de mer ==> initiation dans les mers de Norvège et Groenland où les eaux chaudes et salées de l'Atlantique nord-ouest refroidissement et deviennent plus denses donc plonge dans le bassin d'Ecosse. ces eaux denses et sursalées débordent du bassin et vont vers HS et rejoignent le circumpolaire Antarctique où elles tournent dans le sens horaire/ influence de la géométrie des continents HS (antihoraire)/ HN (horaire)
Atmosphérique:
suit les lois physiques deltaP, les 3 cellules convectrices
Sphéricité de la Terre
Inégale répartition de l'énergie solaire: climats en fonction de la latitude et variation de la quantité d'énergie solaire reçue/ unité de surface + variation au cours de l'année avec les saisons dues à l'inclinaison de l'axe de rotation selon l'écliptique
Mouvement des enveloppes externes: la chaleur réchauffe l'eau et l'air ==> mvt verticaux qui seront ensuite horizontaux à cause du déséquilibre équateur/pôle r/r au bilan radiatif
Réchauffement de l'air en surface de l'équateur --> augmentation de la densité et basse pression au sol --> l'air chaud se refroidit en altitude --> déplacement vers les pôles --> diminution de la densité --> redescend verticalement créant une zone de haute pression au sol --> l'air se déplace horizontalement pour rejoindre la zone de basse pression ==> boucle de convection ==>
Hadley
(basses latitudes),
Ferrel
(moyennes latitudes), front polaire,
cellule polaire
(hautes latitudes)
Les vents de surface sont à l'origine des courants océaniques de surface (alizés)
Zones climatiques
La
latitude
(basses vers hautes lat) et
l'altitude
(proximité de la mer, relief ou forêt) = climat local permettent d'avoir différentes zones climatiques
Répartition des T° en lien avec la dynamique des enveloppes
=> 3 cellules convectrices/ répartition parallèle des zones climatiques par rapport à l'équateur => diffusion de la chaleur par ces boucles (climat polaire/ chaud/ tempéré)
Phénomènes météorologiques
El niño:
diminution des Alizés, augmentation de la P atmosphérique sur les côtes Américaines avec une montée d'air humide, climat devient sec = assèchement et incendies des côtes Australiennes, absence d'upwellings, courant de surface, remontée de la thermocline --> défavorable à la pêche
La niña:
mécanisme inverse à El niño ==> la zone d'eau chaude repart vers l'ouest ==> retour à l'équilibre et upwelling au Pérou
Mousson:
le continent se réchauffe plus vite que l'océan, l'air de l'océan se charge d'humidité et l'emporte vers le continent ==> précipitation car haute pression et température chaude ==> mousson indienne mise en jeu du relief himalayen + épisode Cevenoles
Nébulosités:
nuage (refroidissement du volume d'air et condensation de la vapeur d'eau en hauteur) sinon brouillard
Pluviométrie
: évaporation de l'air chaud contenant de la vapeur d'eau --> s'élève en altitude et refroidit --> condensation de la vapeur d'eau ==> formation de nuage ==> gravité fait tomber les gouttes devenues trop lourdes
==> pluie si la couche d'air et du sol ont une température > 0°C et on a de la neige si température < 0°
Bilan énergétique de la Terre
Interne
: chaleur initiale: accrétion/ radioactivité/ différenciation progressive des assises de la Terre/ mouvement dynamique de la Terre interne ==> 4,2.10^13 W (géodynamique et mouvement des plaques)
Externe
: énergie solaire constante solaire =1368 W.m2 = énergie incidente reçue par unité de tps/ si Terre considérée comme une sphère on divise par 4 le flux disponible = 342 W.m2/ climat 2 circulations
Climat VS météo
Climat
: état moyen sur une période d'au moins 30 ans des paramètres de l'atmosphère en un lieu donné (Température, précipitations, humidité de l'air)
Météorologie
: valeurs instantanées et locales des paramètres de l'atmosphère en un lieu donné
Rotation de la Terre: si la Terre était immobile on aurait une seule cellule convectrice de Hadley (premier modèle) mais du fait de la rotation la force de Coriolis dévie les vents et fragmente la cellule convectrice unique = zonations latitudinales = différentes zones climatiques
Force de Coriolis: max aux pôles et nulles à l'équateur => déviation vers l'Est dans HN (anticyclones = horaires) et Ouest dans HS = origine des cyclones (antihoraires)/ permet d'avoir un sens de rotation (force de Coriolis perpendiculaire à la force de pression) mais quand équilibre atteint les vents géostrophiques qui suivent les isobares --> centre cyclonique (antihoraire) et anticyclonique (horaire)
Climat plus contrasté: plus de variation saisonnière et géographique
Structure verticale selon le température et la composition chimique