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INTRODUCTION
A LA MÉTÉOROLOGIE
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La
météorologie est une branche de la physique
du globe qui se consacre :
- à l'observation des éléments
du temps (température, précipitations,
vents, pression,...)
- et à la recherche des lois
des mouvements de l'atmosphère
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Les
mesures du temps
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Il
y a environ 7000 stations météorologiques
terrestres réparties dans tous les pays du
monde
Les météorologistes ont des moyens très
perfectionnés à leur disposition : observatoires
terrestres, ballons sondes dans l'atmosphère, navires
et bouées météorologiques,
satellites et un réseau de transmission de données,
oeuvre de l'OMM (organisation météorologique
mondiale)
Pour pouvoir faire des prévisions à court
terme ou long terme il faut dans un 1er temps procéder
à un certain nombre d'observations qui sont possibles
grâce à des instruments
construits à cet effet
Certains sont réservés aux professionnels
(bouées, satellites,..) mais par d'autre peuvent
être accessibles à tous particuliers
Ainsi une station météo simple (que vous pouvez
trouvez dans le commerce à des prix abordables) se
compose des 5 éléments suivants :
- le baromètre
: mesure la pression atmosphérique
qui est exprimée en hecto pascals
(auparavant millibars) : 1000 millibars = 1000 hecto pascals
= 750 mm de mercure
- le thermomètre
: permet de mesurer la température
mais aussi les variations de température : notre
système est celui de Celsuis
où l'eau gèle à 0° et bout
à 100°
(pays anglosaxon c'est le Farhenheit : congélation
+ 32° et point d'ébulition 212°)
- l'hygromètre
: permet de mesurer l'humidité
relative de l'air ambiant qui donne en pourcentage
le rapport entre la quantité de vapeur d'eau effectivement
absorbée par l'air et la quantité maximalequi
pourrait être absorbée à la même
température
- l'anénomètre
: détermine la direction et
la vitesse du vent : la direction s'exprime par Nord,
Sud, Sud-Ouest,..., (rose des vents) mais aussi en dégré,
ainsi le Nord correspond à 0° ou 360°, l'Est
90°, le Sud 180° et la force du vent est indiquée
en kilomètre par heure km/h, en mètre seconde
m/s en noeuds par heure knts/h
ou en chiffres de 1 à 12 : c'est l'échelle
de Beaufort
- le pluviomètre
: est un récipient qui mesure la quantité
d'eau tombée qui doit être placé
à 1,50m du sol et dégagé de tout obstacle
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Les
grands principes généraux
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C'est
dans la troposophère
(du sol jusqu' à
12km d'altitude en moyenne, varie suivant que l'on se trouve
à l'équateur ou aux pôles) que le
temps se fabrique pour l'essentiel
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La
pression
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La
pression de l'air sur une surface donnée est
égale au poids de la colonne atmosphérique
qui a pour base
la surface en question et pour épaisseur la
différence entre la surface et la limite supérieure
de l'atmopshère
La pression s'exprime en hectoPascal
ou en millibars
Au niveau de la mer elle
est en moyenne de 1013,5
hPa ou mb,
à l'altitude du mont Blanc elle n'est plus
que de 555 hPa et au sommet de l'Everest de 300 hPa
La pression varie également à la
surface du globe et elle n'est pas ainsi toujours
de 1013,5 hPa
Sa répartition peut être mise en évidence
sur des cartes où sont tracées pour
un niveau donné des courbes isobares
(courbes qui rejoigent les points où lappression
est identique) qui mettront en évidence les
anticyclones
(zones de hautes pressions > à 1013 hpa
au niveau de la surface terrestre ou de 1500m d'altitude)
et des dépressions (zones de basses pressions
< à 1013 hPa)
En effet des cartes à différents niveaux
d'altitude sont éditées
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L'inégalité
des pressions commande le régime des vents
: en effet le vent tend
à rétablir l'équilibre de la
presssion en transportant de l'air des anticyclones
vers les dépressions
L'écoulement de l'air n'est pas direct comme
on pourrait le croire du centre anticyclonique vers
le centre dépressionnaire
En fait d'une part comme la Terre tourne une force
d'inertie (la force de Coriolis) agit de telle sorte
que le vent respecte les conditions suivantes :
- sa direction est sensiblement parallèle aux
courbes isobares
- sa force dépend du contraste entre les hautes
et les basses pressions; plus la différence
de pression est grande, plus le vent souffle fort
et inversement
- dans l'hémisphère Nord il tourne dans
le sens des aiguilles d'une montre autour des anticylones
et dans le sens contre des aiguilles d'une montre
pour les dépressions; dans l'hémisphère
sud c'est l'inverse
La distribution des anticyclones
et des dépressions à la surface de la
Terre trouve son origine dans la répartition
des températures :
- les régions équatoriales et tropicales
parce qu'elles reçoivent le rayonnement solaire
perpendiculairement accumulent la chaleur
- les régions sptentrionnales parce que le
soleil ne monte jamais au dessus de l'horizon se refroidissent
La frontière qui les séparent s'appelle
le front polaire qui est nimbé d'ondulations
de très grandes tailles (jusqu'à 2000
km dans le sens ouest-est)
Ces ondulations s'appellent les perturbations du front
polaire ou les perturbations. Elles correspondent
à la nécessité d'un échange
de chaleur entre les régions nord et sud
Les perturbations sont donc
le résultat d'un rééquilibrage
et même d'un conflit entre l'air chaud et l'air
froid
Cette opposition de masses d'air de densité
différentes, de teneur d'eau différentes
se manifeste par la formation de système nuageux
qui s'enroulent en spirales autour des dépresssions
Il faut retenir que les perturbations se développent
à l'intérieur des grands courants atmosphériques
et que ceux-ci les transportent par conséquent
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Le
vent
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Le
vent subit les influences du relief atmosphérique
En effet les grandes chaines montagneuse représentent
des obstacles qui modifient l'écoulement des
masses d'air ainsi à l'intérieur même
des régions montagneuses les vallées
canalisent une partie du volume d'air en mouvement
Si la pression commande le vent ce dernier contrarié
par un obstacle provoque des modifications de la pression
Ainsi devant une chaine de montagnes l'air s'accumule
créant une surpression locale derrière
au contraire il existe un déficit
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Les
nuages
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La
classification des nuages comprend outre les
genres (formes caractéristiques du nauge
: 10 genres (voir tableau) qui s'excluent mutuellement),
des espèces (14),
des variétés (9),
des particularités supplémentaires
(6), des nuages annexes
et des nuages origines
Ainsi une infinité
variété de nuages
Savoir lire les nuages revient à posséder
l'une des clés de la prévision météo
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Forme
/
Altitude nuages
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Stratiformes
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Cumuliformes
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Autres
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Etage
supérieur
> 5000m
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Cirro
stratus (Cs)
Voile, halo de 22°
ne supprime pas
les ombres
portées au sol
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Cirro
cumulus (Cc)
Petites billes
blanches
d<1°
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Cirrus
(Ci)
Cheveux,
filaments
blancs soyeux
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Etage
moyen
entre 2000
et 5000m
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Alto
stratus (As)
Le soleil comme
à travers
un verre dépoli,
plus d'ombre
portée au sol
Nimbo stratus (Ns)
Masque le soleil,
base flou
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Alto
cumlulus (Ac)
Damier, mosaïque,
petites boules,
1° < d < 5°
Cumulo nimbus (Cb)
de 1000m à 12 km d'altitutude
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-
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Etage
inférieur
du sol
à 2000m
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Stratus
(St)
Brouillard
si la base touche
le sol
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Cumulus
(Humilis, congestus)
(Cu)
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Strato
cumulus
(Sc)
Gallets, dalles,
rouleuax soudés
ou non,
gris d < 5°
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La
formation de la pluie est un processus complexe :
dans la grande majorité des cas c'est la neige
qui apparait d'abord dans les nuages où il
fait suffisamment froid (au dessus de - 7°C)
Les flocons lorsqu'ils sont assez lourds tombent :
s'ils traversent dans leur chute des couches d'air
de plus en plus chaudes ils finissent par fondre et
arrivent au sol en pluie
Si au contraire la température reste assez
basse (inférieure à 0° ou voisine)
les flocons touchent le sol
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Il
faut distinguer entre la température de l'air
et celle du sol
Avec l'altitude la température
de l'air décroit dans la troposphère
: la diminution est de
1°C pour 150 mètres ou de 6°
tous les 1000 mètres
Ccette variation est applicable à l'atmosphère
libre c'est à dire à l'écart
de l'influence parasite du sol
En effet la température du sol évolue
en grande partie indépendamment de celle
de l'air
Le sol se réchauffe en captant le rayonnement
solaire tandis que l'air y est peu sensible
De nuit le sol perd de sa chaleur accumulée
en rayonnant vers l'espace
D'autres conditions particulières interviennent
: l'orientation du sol par rapport aux rayons du
soleil, sa nature, sa couleur, l'humidité
de l'air, sa densité ,
la couverture nuageuse, le vent (qui homogénéise
les températures)
La température de surface d'une roche ensoleillée
peut être supérieure à celle
de l'air environnant
Il existe évidemment une interaction entre
le sol et l'air
C'est surtout le sol qui en particulier par temps
calme et sec influence la température de
l'air (ex : les brises marimes ou terrestre)
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Les
principes de base en météorologie
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*L'air
chaud est moins dense que l'air froid
La densité d'un corps est la
quantité de matière qu'il contient dans un
volume donné, autrement dit c'est le rapport
entre la masse d'un corps et son volume
L'air est un gaz qui possède donc une densité
: l'air chaud est moins dense que l'air froid car il contient
moins de molécule d'air pour un volume égale
(les molécules sont plus distancées les unes
des autres à cause de leur agitation plus élevée)
L'air chaud étant moins dense il monte en altitude
Pour exemple : mélangez de l'eau et de l'huile, agitez
et lorsque vous déposez la bouteille l'huile qui
est moins dense que l'eau montera à la surface
La densité de l'air est à la base du principe
de convection qui permet la formation de nauges et d'orages
Plus l'air est chaud et plus il peut contenir d'eau
En effet lorsque l'air est chaud la
distance entre les molécules est plus grande,
donc la place pour les molécules est plus importante
*L'air sec est plus dense que l'air humide
La différence entre l'air sec et l'air humide est
la proportion de molécule d'eau dans un volume donné
L'air sec étant plus dense
il s'élève plus difficilement. L'air
sec est aussi plus stable que l'air humide
*Lorsque l'on comprime l'air
ce dernier s'échauffe
L'air est un gaz
Les molécules qui le composent bougent dans tous
les sens. Dans leur mouvement les molécules entrent
en collision produisant ainsi de la chaleur
Lorsqu'on comprime l'air la distance
entre les molécules diminue et les chances de collision
augmentent
La chaleur dégagée sera d'autant plus grande
que l'air est compressée
Dans une cellule de haute pression (anticyclone) l'air circule
tout en convergeant vers le sol
La convergence est un phénomène qui provoque
une accumulation de l'air à la surface (haute pression)
ainsi qu'un réchauffement
puisque l'air se retrouve relativement plus comprimé
*Lorsqu'on relache la pression sur un volume d'air ce dernier
se refroidit
Si la pression de l'air contenu dans un volume diminue c'est
que l'air occupe moins de place, les molécules sont
moins nombreuses
et par conséquent les collisions entre elles sont
plus rares et donc la chaleur dégagée plus
faible
Ce phénomène survient dans les basses pressions
*L'eau surchauffée s'évapore
L'eau
peut se présenter sous 3 phases : solide, liquide
et gazeux
La différence entre chaque phase est la quantité
d'énergie se retrouvant dans l'eau
Plus la quantité est élevée et plus
les molécules sont excitées et se déplacent
rapidement jusqu'au moment où la cohésion
moléculaire est nulle
C'est alors que l'eau devient un gaz et forme la vapeur
d'eau
L'été lorsque le soleil réchauffe les
océans ou les lacs l'eau s'évapore dans l'atmosphère
En fin d'été austral ou boréal ce phénomène
d'évaporation au dessus des océans est en
partie responsable de la création des ouragans ou
des cyclones ou des typhons
*L'humidité joue un rôle important dans l'instabilité
de l'air
L'humidité est de
l'eau sous forme de vapeur
La vapeur c'est de l'eau sous forme de gaz c'est
à dire une des 3 phases possibles de l'eau (solide,
liquide et gazeux).
Lorsque l'eau est sous forme gazeuse c'est uniquement une
question de chaleur élevée
En revenant au concept d'humidité et d'instabilité
on observe que plus il y a d'humidité dans l'air
plus il y a de l'énergie (chaleur) dans l'atmosphère
(l'eau ne s'évapore pas sans aide d'énergie)
Lorsque l'atmosphère est surchauffée l'air
amorce un mouvement vers le haut en formant des cellules
convectives. Les nuages alors se forment
et ils se forment parce que l'air qui monte se refroidit
Plus l'air est froid et moins elle peut contenir de vapeur
d'eau
Lorsque la vapeur se condense c'est que l'énergie
potentielle se libère (on appelle cela chaleur latente).
C'est donc dire que lorsque les nuages se forment l'énergie
potentielle qu'ils contenaient se libère
L'air poursuit sa montée car il continue grâce
à la chaleur latente à se maintenir plus chaud
que l'air ambiant qui lui est plus froid
L'humidité et l'instabilité de l'air jouent
un rôle déterminant dans la formation des orages
et du temps instable de l'été
*Pour
qu'il y ait instabilité de l'air il doit y avoir
de la chaleur
Dans la plupart des cas l'air monte parce qu'il est chauffé
*Relation entre la pression
et la quantité d'eau que l'air peut contenir
La quantité d'eau que peut
contenir une particule dépend directement de sa température
et de sa pression
Par exemple à 1000 hPa à 25°C la quantité
maximale de vapeur d'eau que la particule peut contenir
est de 20g/kg d'air alors qu'à 900hPa à 25°C
cette quantité passe à 23g/kg
Toutefois il ne faut pas oublier que si l'air monte il se
refroidit donc la capacité de l'air pour contenir
de la vapeur d'eau diminue : il y a rique alors de condensation
(nuages)
Plus la pression est basse et plus l'air peut se charger
d'humidité, il s'agit d'un mécanisme important
dans la formation des cyclones, ouragans ou typhons
*La chaleur latente
La chaleur latente est de l'énergie
qui est libérée lorsque la vapeur se condense
Lorsque l'eau se présente sous forme de vapeur, l'énergie
qu'elle possède est très élevée.
Pour récuper cette énergie il suffit de faire
condenser la vapeur
L'énergie se trouve libérée sous forme
de chaleur latente
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