F10: convergence et divergence

1. Comment se maintiennent les HP et BP de surface si les mouvements de l'air (vent) tendent à combler les différences de pression ? Divergence Convergence ASCENDANCE SUBSIDENCE Troposphère moyenne Convergence Divergence Surface D A F10: convergence et divergence

2. Comment se maintiennent les HP et BP de surface si les mouvements de l'air (vent) tendent à combler les différences de pression ? Divergence Convergence ASCENDANCE SUBSIDENCE Troposphère moyenne Convergence Divergence Surface D A F10: convergence et divergence

3. Elle s'apparente à une circulation cellulaire (voir F10). Exemple : la convergence des alizés à l'équateur force l'air à s'élever (ZCIT). En altitude l'air est évacué en direction des pôles. Il subside au dessus des tropiques augmentant la pression en surface et entretenant les HP permanentes. La branche ascendante de Ferrel coïncide avec l'existence de BP en surface. La circulation en surface s'explique en prenant en compte les mouvements verticaux. POLAIRE FERREL HADLEY D H HADLEY BP BP FERREL H BP H POLAIRE F11 : schématisation de la circulation générale de l'atmosphère

4. On remarque que les branches ascendances correspondent aux régions pluvieuses alors que les branches subsidentes sont associées à des régions de faibles précipitations.

5. F12 : Circulation zonale est-ouest au niveau de l’équateur. Les zones d'ascendances correspondent aux grandes forêts équatoriales et aux eaux chaudes du Pacifique ouest. Au sein de la ZCIT, les ascendances ne sont pas d'égale importance. Au-dessus des forêts équatoriales la forte humidité de l'air renforce les ascendances (instabilité) . Les branches subsidentes sont globalement associées au grands déserts : Californie, Sahara, et Arabie dans l'hémisphère nord; Pérou-Chili, déserts d'Afrique Australe dans l'hémisphère sud. Ces grands déserts souvent situés à proximité des côtes correspondent géographiquement au positionnement des HP subtropicales. Les mouvements subsidents au dessus des HP inhibent les précipitations.

6. 3) La structure verticale de l'atmosphère : stabilité / instabilté Introduction : la composition de l'atmosphère • Composition de l’atmosphère terrestre : • Les principaux gaz de l’atmosphère sont : • le N2 (en dessous de 50 km, N entre 50 et 100 km), • l’O2 présent dans les 120 premiers km de l’atmosphère, • l’O3 produit par photodissociation de l’oxygène surtout entre 30 et 40 km. Au-dessus de 60 km il n’y a plus suffisamment d’oxygène pour maintenir la production d’ozone, • le CO2 est en petite proportion dans l’atmosphère. En raison de sa forte association avec la biosphère il est davantage présent dans les 50 premiers km et surtout dans les 2 premiers kilomètres, • la vapeur d’eau (H2O) est concentrée dans les 10 premiers km avec approximativement 90 % du total dans les 6 premiers km.

7. Des particules non gazeuses sont aussi présentes : • gouttes d’eau, cristaux de glace qui reflète les ondes courtes et absorbent les ondes longues, • poussières, cendres (volcanisme, feux de forêt), pollen,… soient 90 % des toutes les particules présentes dans l’atmosphère, • on note une augmentation des particules liées aux activités humaines : poussières dues à l’érosion du sol, fumées liées à l’utilisation des combustibles fossiles. • La plupart des particules non gazeuses (rayon > 100 µm) tendent à retourner au sol en raison de la gravité. À peu près 80 % d’entre elles ne vont pas au-delà de 1 km.

8. 3.1 Les variations verticales de la température F13 : Distribution de la température en fonction de l'altitude Troposphère et stratosphère cumulent 99 % de la masse atmosphérique

9. 3.2 Les transformations adiabatiques de l'air atmosphérique • a) le gradient vertical de température • b) le gradient vertical adiabatique sec et saturé • L'adiabatisme : • Un gaz : • possède une énergie interne proportionnelle à sa T, • les molécules se déplacent et entrent en collision (d'autant + fort que l'énergie interne est grande).

10. Soit un volume de gaz à une certaine pression interne, en équilibre avec la pression extérieure. Si la pression extérieure diminue, le volume de gaz augmente et il se met en équilibre avec la nouvelle pression extérieure ==> détente si on ne lui apporte pas de chaleur de l'extérieur, ce travail se fait au dépend de son énergie interne qui diminue ==> sa température va diminuer puisque son énergie interne diminue. On dit que ce refroidissement est adiabatique parce qu'il s'est fait sans échange avec l'extérieur. De la même façon un gaz comprimé adiabatiquement voit sa température s'élever.

11. P augmente vers la surface La transformation adiabatique est une transformation sans échange de chaleur avec l'extérieur. Pourquoi considérer que ces échanges n'existent pas ? Parce que l'air est un très mauvais conducteur thermique. La parcelle est donc supposée être isolée de l'extérieur. Les modifications de sa température interne seront uniquement dues à des variations de pression. P diminue avec l'altitude donc le volume de la parcelle augmente. Le processus de dilatation consomme de l'énergie interne. C'est la parcelle qui fournit cette énergie (énergie thermique) sa température diminue par détente. P augmente prés de la surface donc la parcelle se réchauffe par compression qui fait gagner de l'énergie thermique. F14: Variations de pression pour un volume d'air ascendant (détente) et subsident (compression).

12. Masse maximale de vapeur d’eau (g/m3) 0 30 Température (°C)

13. F15: Diagrammetempérature altitude : adiabatiquesèche et adiabatique saturée (NB: les altitudes sont données ici en pieds; diviser par 3 environ pour obtenir des mètres) L'air sec se refroidit à un taux moyen de 9,8°C/km. Son taux de refroidissement est représenté par l'adiabatique sèche. L'air humide se refroidit plus lentement en raison du relâchement de chaleur latente lors de la condensation. Le taux moyen de refroidissement est alors de 6,5°C/km. Les courbes adiabatiques sont utilisées pour connaître si la parcelle d'air va s'élever (instabilité) et produire des précipitations ou rester sur place (stabilité)

14. Exemple d’un émagramme Sur lequel on trouve : - les températures (isothermes), - les pressions (isobares), - l’adiabatisme (sec et saturé) Un émagramme permet de reporter les mesures de radio-sondage et d’évaluer la stabilité/l’instabilité de l’atmosphère (en fonction de l’adiabatisme) Isobare Adiabatique sèche Pseudo-adiabatique saturée Isotherme

15. Stabilité et instabilité d'un système : a) b) c) Les trois états d'équilibre. De gauche à droite, l'équilibre stable, instable et indifférent. Une position d'équilibre est dite stable lorsqu'un mobile légèrement écarté de sa position initiale sous l'effet d'une action perturbatrice très petite tend à y revenir de lui-même, Une position d'équilibre est dite instable lorsqu'un mobile légèrement écarté de sa position initiale sous l'effet d'une action perturbatrice tend à s'écarter de cette position initiale, Une position d'équilibre est dite indifférente lorsqu'un mobile ne manifeste aucune tendance à quitter la nouvelle position qui lui est assignée.

16. La stabilité de l'air dépend de la température de la parcelle d'air considérée, par rapport à l'air environnant. La température de la parcelle modifie sa densité. Plus chaud, elle est plus légère. Plus froide elle est plus lourde. Ces modifications vont gérer sa capacité à s'élever ou à descendre.

17. Exemple de stabilité et instabilité de l'air en fonction de 2 profils de T ST et xy. On suppose que les parcelles d'air considéreés ne contiennent pas de vapeur d'eau. Te est la température de l'air environnant mesurée par le ballon sonde Altitude Température. Quel va être le comportement des parcelles ?

18. Altitude Te<TA’ Te>TA’’ Température. Situation d'instabilité : la parcelle d'air tend à s'éloigner de sa position d'origine.

19. Altitude TB’<Te’ TB’’>Te Température. Situation de stabilité : la parcelle d'air tend à revenir vers sa position d'origine.