Introduction à la physique du climat.

Jean-Louis Dufresne

LMD / IPSL / CNRS

dufresne@lmd.jussieu.fr

La circulation générale atmosphérique vue à travers la distribution spatiale de la végétation

0°

30°

30°

60°

60°

Moyenne annuelle et longitudinale du flux d'énergie radiative au sommet de l'atmosphère évalué par observations satelitaires.

Les redistributions d'énergie en latitude

flux solaire absorbée

flux solaire incidente

flux infrarouge émis vers l'espace

W/m2

latitude

excès d'énergie

déficit d'énergie

Les redistributions d'énergie en latitude

Bilan d'énergie au sommet de l'atmosphère (W/m2)

Transport méridien d'énergie

(PW, 1015W)

par l'océan

par l'atmosphère

total

Variation saisonnière des flux au sommet de l'atmosphère

Flux solaire incident

Variation saisonnière des flux au sommet de l'atmosphère

Flux solaire incident

Flux infrarouge émis vers l'espace

Variation latitudinale de la température...
sur Mars et sur Terre

Par rapport à la Terre, il y a sur Mars:

moins d'effet de serre

moins de tranport d'énergie équateur-poles (atmosphère plus fine)

=> différences de température équateur-pole plus importante

La circulation de Hadley

Variations latitudinales du flux radiatif net (en haut), courbes à pression constante ou isobares (les droites penchées), force de gradient de pression créée par l'inclinaison de ces isobares.

Représentation schématique de la cellule de Hadley

Haute pression en surface (anticylone)

Basse pression en surface

[Hourdin]

Extension vers le nord de la cellule de Hadley

[Hourdin]

Janvier

Juillet

Vents Zonaux

latitude

altitude (hPa)

Circulation générale atmosphérique

Ingersoll, 1996

Profil vertical de l'atmosphère

Profil vertical de l'atmosphère

Trois concepts importants pour comprendre et interpréter le profil vertical de température dans la basse atmosphère (< 12 à 15km)

1) La pression hydrostatique baisse avec l'altitude

2) La température baisse quand la pression baisse

3) La pression vapeur saturante de l'eau diminue avec la température

Profil vertical de l'atmosphère

1) La pression hydrostatique baisse avec l'altitude

Profil vertical de l'atmosphère

1) La pression hydrostatique baisse avec l'altitude

Equilibre hydrostatique: gpz

avec	 : masse volumique de l'air (kg.m-3)

p: Pression (Pa)

z : altitude (m)

g : acceleration de la pesanteur (m.s-2)

avec l'hypothèses des gaz parfaits	p=RT

==> 1/p pzg/RT

Avec l'hypothèse d'atmosphère isotherme:

==> p=p0 exp(-zg/RT)

Profil vertical de l'atmosphère

2) La température baisse quand la pression baisse

Conservation de l'énergie

loi des gaz parfait

mouvement adiabatique

=>T/p = cte

On définit la température potentielle = T(p0/p)invariante par ascendance adiabatique.

=> le température baisse avec l'altitude: dT/dz ﬂ-6 à -8 K/km

Mont blanc :	4800m	=> -34K plus froid qu'en plaine	: si 20°=>- 15°cC

Mont Everest:	8800m	=>	-60K plus froid qu'en plaine	: si 20°=>- 40°C

Avion :	10000m	=> -70K plus froid qu'en plaine	: si 20°=>-50°C

Profil vertical de l'atmosphère

2) La température baisse quand la pression baisse

La pression et la température varie dans le même sens: tous les deux baissent ou augmentent ensembles

Profil vertical de l'atmosphère

3) La pression de vapeur saturante de l'eau diminue avec la température

condensation de la vapeur d'eau présente dans l'air sur les paroies froides (vitres...)

formation des nuages

La circulation de Hadley

Haute pression en surface (anticylone)

Basse pression en surface

Précipitations (mm/j)

Janvier

Juillet

La circulation générale atmosphérique vue à travers la distribution spatiale de la végétation

09 May 2003, 1215 UTC

©EUMETSAT

La circulation générale atmosphérique.

©EUMETSAT

Canal vapeur d’eau de Météosat

Canal visible de Météosat

La circulation générale atmosphérique

09 May 2003, 1215 UTC

©EUMETSAT

Circulation générale atmosphérique

Ingersoll, 1996

Circulation générale atmosphérique

Chapel et al., 1996

Circulation océanique de surface

Chapel et al., 1996

Circulation océanique de surface

Circulation océanique de surface

Circulation océanique profonde

Circulation océanique profonde

Chapel et al., 1996

Pénétration du CO2 anthropique dans l’océan

Circulation océanique profonde

Bibliographie

Climat d'hier à demain, Sylvie Joussaume, CNRS éditions/CEA, Paris,2000. Un livre accessible et attrayant, présentant à la fois les caractéristiques principales du climat et leurs évolutions au cours du temps (périodes glaciaires...)

Le climat de la terre, Robert Sadourny, Dominos/Flammarion, 1994. Un livre au format " poches " qui contient beaucoup d'informations et permet une bonne compréhension du climat terrestre. Ne comporte pas d'équation mais requiert une lecture attentive.

Océans et Atmosphère, Chapel A., Fieux M., Jacques G., Jacques J.M., Laval K., Letreut H., Synapses-Hachette Education, 1996.
Un livre très complet, notamment destiné aux enseignants du secondaire.

La Physique de l'atmosphère, J-L Dufresne, in Graines de Sciences 4 , pp.59-94, Edition Le Pommier, 2002.

La Physique du climat, J-L Dufresne, in Graines de Sciences 2 , pp.77-100, Edition Le Pommier, Paris, 2000.

Sites web

http://www.educnet.education.fr/meteo/default.htm Météorologie et enseignement, pour une pédagogie par la météorologie, site Educnet du Ministère de l'Éducation Nationale

http://Galileo.CyberScol.qc.ca/InterMet/accueil.html, InterMet (Canada), et notament ses ressou rce éducatives.

http://www.ens-lyon.fr/Planet-Terre Site Planet-Terre

http://www.cnrs.fr/dossiers/dosclim/index.htm, dossier climat du site du CNRS

2005-12-10T11:33:08