Fiche de révision : Structure et circulation atmosphériques

📋 Plan du Cours

1. Les ressources climatiques
2. Risques et contraintes climatiques
3. Climat et système géographique
4. Méthodes de climatologie
5. Terre, mouvements et saisons
6. Bilan radiatif et ensoleillement
7. Les dissymétries locales du relief
8. Mécanismes de condensation atmosphérique
9. Stabilité et instabilité de l’air
10. Brouillards et formes nuageuses
11. Mesure et répartition des précipitations
12. Composition et structure atmosphériques
13. Masses d’air et systèmes frontaux
14. Brises littorales et effets locaux
15. Échelles, climats et observations
16. Imagerie et résolution satellitaires
17. Satellites météorologiques et orbites
18. Applications des données satellitaires

📖 1. Les ressources climatiques

★ À maîtriser

• Urbain Le Verrier montre que la tempête de Crimée avait sévi en France trois jours plus tôt, puis dans toute l’Europe, ce qui rendait l’événement prévisible.

• La prévision météorologique est un enjeu stratégique, car le déroulement des opérations militaires dépend fortement des conditions météorologiques et climatologiques.

• L’atmosphère filtre les rayonnements ultraviolets néfastes pour la vie, laisse passer la lumière solaire nécessaire à la photosynthèse et contient des gaz qui amortissent les variations diurnes et saisonnières des températures.

• L’énergie solaire est la source d’énergie la plus importante, avec un flux annuel représentant environ 10 000 fois la consommation mondiale.

Compléments

• Le 14 novembre 1854, une violente tempête en mer Noire détruit de nombreux navires de la flotte franco-anglaise pendant la guerre de Crimée.

• Le 19 février 1855, Urbain Le Verrier présente à l’Académie des sciences une carte du temps établie grâce à la circulation rapide de l’information permise par le télégraphe électrique.

• Plus de la moitié de la population mondiale doit sa nourriture aux pluies de la mousson, à condition que celles-ci n’emportent pas les champs.

• En 1998, l’hydroélectricité représente 18,7 % de la production mondiale d’électricité, soit 2 672 TWh, et dépend fortement de la pluviométrie.

• L’énergie solaire présente une faible densité au sol et varie fortement selon la saison et l’heure, ce qui pose des problèmes de stockage et crée des différences entre les pays.

📖 2. Risques et contraintes climatiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Risque climatique : P.Pagney - Le risque climatique est l’attente d’une catastrophe liée à un aléa climatique, tandis que la catastrophe est la manifestation du danger et une profonde altération du milieu ou des activités, selon P. Pagney.
• Facteurs limitants : Pour les plantes, ils comprennent notamment le froid, mesuré par le nombre de jours de gel, et la sécheresse.

★ À maîtriser

📌 Un climat ni trop sec ni trop froid est une condition nécessaire, mais non suffisante, pour expliquer les accumulations humaines, selon F. Durand-Dastès, « Climats et sociétés », Doc. Photo. 7031, 1996. - F.Durand-Dastès, Climats et sociétés, Doc. Photo. 7031

📌 Les contraintes climatiques majeures, comme les inlandsis et les déserts, sont difficiles à surmonter, tandis que les contraintes ténues peuvent être plus ou moins compensées par des techniques adaptées.

Compléments

📌 Un aléa climatique est une anomalie statistique par rapport à la moyenne, mais un phénomène météorologique habituel dans un lieu et une saison n’est pas nécessairement une anomalie génétique.

• Les sécheresses comptent parmi les catastrophes climatiques les plus meurtrières, avec plusieurs millions de morts en Ukraine en 1921 et en Chine à la fin du XIXe siècle.

• La vague de chaleur d’août 2003 provoque 15 000 morts en France.

• L’humanité accroît sa dépendance au climat en augmentant en nombre et en étendant les espaces qu’elle occupe, malgré son pouvoir technologique grandissant, selon P. Pagney. - P.Pagney

💡 Astuce mémo

Le risque est l’attente de la catastrophe ; la catastrophe en est la manifestation

📖 3. Climat et système géographique

★ À maîtriser

• Le climat est un élément du système géographique en interaction réciproque avec les systèmes économiques, sociaux et politiques, et sa valeur dépend de la société qui l’apprécie.

• Les modifications de la couverture végétale agissent sur :

  • le bilan énergétique
  • le cycle hydrologique
  • les sols
  • le transport des sédiments

Compléments

• La sécheresse européenne de 1921 a causé la mort de millions de personnes en Ukraine dans un contexte politique troublé, tandis qu’en France cette année a été très favorable à la qualité et à la quantité des vins.

• Les sécheresses de 1985 et 1989 ont nui aux herbages et aux fourrages, mais ont été plus favorables aux touristes et aux viticulteurs.

• Les effets d’une sécheresse varient avec les périodes historiques : le blé s’accommodait des sécheresses estivales dans l’ouest de la France il y a 30 ans, tandis que le maïs souffre davantage car il nécessite plus d’eau à cette saison.

📌 Les cyclones du sud-est des États-Unis sont moins meurtriers aujourd’hui grâce aux prévisions et aux alertes, mais leurs dégâts financiers augmentent.

📖 4. Méthodes de climatologie

🔑 Notions clés & Définitions

• Méthode analytique : HANN - Méthode qui définit le climat comme l’état moyen de l’atmosphère en un point et étudie statistiquement surtout les températures et les précipitations.
• Méthode synthétique : Max SORRE, Les fondements biologiques à la géographie humaine, 1943 - Méthode globale qui définit le climat comme l’ambiance atmosphérique constituée par la série des états de l’atmosphère au-dessus d’un lieu dans leur succession habituelle.

★ À maîtriser

📌 La météorologie analyse et explique les états du temps pour prévoir leur évolution, tandis que la climatologie étudie rétrospectivement les climats dans un cadre géographique.

• Les éléments du temps sont des combinaisons éphémères à l’échelle de l’heure ou du jour, tandis que le climat correspond à une combinaison plus stable sur une durée plus longue et conditionne notamment la végétation.

Compléments

• La méthode analytique vise notamment à établir une typologie et à analyser la répartition des climats à différentes échelles, en reliant les éléments climatiques à la répartition des grands types de végétation.

• La méthode analytique accorde une place importante aux valeurs moyennes, mais néglige les variations horaires des types de temps et leurs explications.

• La méthode synthétique étudie les mécanismes atmosphériques qui produisent les types de temps et peut conduire à une explication synoptique du climat.

💡 Astuce mémo

Analytique : moyennes et répartition ; synthétique : succession des types de temps et mécanismes.

📖 5. Terre, mouvements et saisons

🔑 Notions clés & Définitions

• Latitude : Angle formé par la droite reliant un lieu au centre de la Terre et le plan de l’équateur ; elle vaut 0° à l’équateur et 90° aux pôles.
• Longitude : Angle formé par le plan du méridien d’un lieu et le plan du méridien d’origine, fixé à 0° à Greenwich.

★ À maîtriser

• La rotation terrestre s’effectue en 24 heures autour de l’axe des pôles, d’ouest en est, et produit l’alternance des jours et des nuits ainsi que l’heure solaire locale.

• L’axe de rotation terrestre est incliné de 66°33′ par rapport au plan de l’écliptique, ce qui entraîne l’inégale durée des jours et des nuits et la variation annuelle de l’énergie reçue.

📌 Les saisons sont dues à l’inclinaison de l’axe terrestre, et non à la distance entre la Terre et le Soleil ; elles sont inversées entre les deux hémisphères.

• Dans l’hémisphère Nord, le solstice du 21 juin correspond à l’été et le solstice du 21 décembre à l’hiver ; aux équinoxes des 21 mars et 23 septembre, le jour et la nuit ont partout la même durée.

Compléments

• Ératosthène a estimé la circonférence terrestre à 250 000 stades, soit environ 40 000 km, en mesurant l’arc entre Syène et Alexandrie. - Erathostène, IIIe S. av. J.C.

• Les zones climatiques planétaires sont : une zone chaude continue entre les deux Tropiques, deux zones tempérées, deux zones froides ou polaires

• Un arc d’une minute de méridien correspond à un mille marin de 1 852 mètres, tandis que le mile anglais vaut 1 612 mètres.

• Les 24 fuseaux horaires correspondent chacun à 15° de longitude, et le fuseau de référence est celui de Greenwich, appelé GMT ou Temps universel.

• L’année terrestre dure 365,2422 jours, soit environ 365 jours, 5 heures, 48 minutes et 46 secondes.

• Le calendrier grégorien, adopté en 1582, conserve l’année bissextile mais supprime trois jours tous les 400 ans.

💡 Astuce mémo

L’inclinaison de l’axe → durée du jour et angle des rayons variables → saisons.

📖 6. Bilan radiatif et ensoleillement

🔑 Notions clés & Définitions

• Albédo : Proportion de l’énergie solaire incidente qui est réfléchie par une surface ; celui de la neige fraîche est de 0,9, contre 0,15 à 0,25 pour une prairie.

• Effet de serre : Rôle de filtre régulateur par lequel les basses couches de l’atmosphère, notamment grâce à la vapeur d’eau et au CO₂, absorbent le rayonnement infrarouge émis par la Terre.
• Rapport d’insolation : Rapport entre la durée observée d’ensoleillement et la durée théorique de l’insolation, soit 4 380 heures par an.
• Conductibilité : Propriété d’un corps à transmettre ou diffuser l’énergie ; une conductibilité élevée limite l’échauffement de surface en dispersant la chaleur.

★ À maîtriser

• 99,99 % de la chaleur reçue par la Terre provient du Soleil, et le flux géothermique est 4 000 fois plus faible.

• La constante solaire vaut 1 370 W·m⁻² à la limite supérieure de l’atmosphère pour une surface normale constamment éclairée, et sa moyenne sur la sphère terrestre est de 342 W·m⁻².

• Sans effet de serre, la température moyenne au sol serait de −18 °C, contre environ 15 °C actuellement.

📌 L’insolation mesure la durée d’ensoleillement, tandis que la nébulosité mesure la proportion de la voûte céleste couverte de nuages et s’exprime en octas, de 0 à 8, ou en dixièmes.

📐 Formule - La quantité d’énergie solaire reçue par une surface est fonction du sinus de l’angle d’incidence des rayons par rapport à la surface, soit du cosinus de la latitude : $E \propto \sin(i)=\cos(\varphi)$.

• L’énergie théoriquement disponible représente 87 % à la latitude 30°, 50 % à 60°, 17 % à 80° et 0 % aux pôles, à la latitude 90°.

• Les basses latitudes reçoivent beaucoup plus d’énergie que les hautes latitudes, avec un fort gradient de répartition aux latitudes moyennes.

• Les basses latitudes ont un bilan radiatif excédentaire toute l’année, tandis que les hautes latitudes connaissent un déficit particulièrement marqué en hiver.

Compléments

• La constante solaire se répartit en :

  • 9 % d’ultraviolets
  • 45 % de lumière visible
  • 46 % de proche et moyen infrarouge
  • 1 % d’autres longueurs d’onde

• La radiation globale incidente à la surface est la somme de la radiation directe et de la radiation diffuse.

• L’eau, plus conductible que les roches, s’échauffe moins vite en surface, tandis que le calcaire s’échauffe davantage et rayonne surtout au début de la nuit.

• Rennes reçoit en moyenne 1 800 heures d’ensoleillement par an, soit un rapport d’insolation de 0,41.

💡 Astuce mémo

Basses latitudes excédentaires, hautes latitudes déficitaires

📖 7. Les dissymétries locales du relief

★ À maîtriser

• En France, la durée moyenne annuelle d’ensoleillement varie d’environ 1 600 heures dans le nord à plus de 3 000 heures dans le sud-est, soit presque du simple au double.

• Les contrastes d’ensoleillement en France sont liés à la latitude, à la proximité de la mer à l’ouest et au sud, ainsi qu’au relief.

• En Bretagne, l’intérieur reçoit moins de 1 600 heures d’ensoleillement annuel, tandis que le littoral du Morbihan dépasse localement 2 000 heures, malgré une distance inférieure à 100 kilomètres.

• À 3 000 mètres d’altitude aux latitudes moyennes, l’apport calorifique peut être comparable à celui d’une plaine située à l’équateur, en raison d’une atmosphère moins épaisse, d’un air généralement plus limpide et plus sec, et de l’albédo de la neige.

📌 Dans les Alpes, les ubacs sont les versants exposés au nord et à l’ombre au sud des vallées, tandis que les adrets sont les versants exposés au sud et au soleil au nord des vallées.

• L’économie montagnarde traditionnelle privilégiait les adrets pour les cultures et les habitations, tandis que les sports d’hiver privilégient les ubacs où la neige persiste davantage.

Compléments

• Le climat méditerranéen bénéficie de situations anticycloniques persistantes et d’un abri orographique, particulièrement marqué à l’est des Pyrénées et dans la vallée de la Durance.

• En juillet, les rapports d’insolation sont plus faibles dans les monts d’Arrée que dans la région de Lorient ou à Belle-Île.

• Une pente modifie l’angle d’incidence des rayons solaires : avec une pente de 40° et un angle de 50° par rapport à l’horizontale, les rayons frappent le sol à la verticale.

• En hiver, un angle d’incidence de 35° sur une pente de 25° permet de recevoir 87 % de l’énergie théoriquement disponible.

• Le bilan de l’énergie solaire conditionne la répartition des températures à la surface de la Terre.

💡 Astuce mémo

Adrets au soleil, ubacs à l’ombre

📖 8. Mécanismes de condensation atmosphérique

🔑 Notions clés & Définitions

• Noyaux de condensation : Particules atmosphériques qui favorisent la condensation de la vapeur d’eau.

★ À maîtriser

📌 Sans noyaux de condensation, l’air peut se refroidir sans condenser et devenir sursaturé, avec une humidité relative supérieure à 100 %.

• La condensation peut résulter de trois mécanismes :

  • du mélange de deux volumes d’air non saturés
  • du contact entre deux masses d’air différentes
  • principalement, de la détente de l’air lors d’une ascendance

• 🔄 Lors d’une ascendance, : la pression diminue, l’air se détend et se refroidit, l’air atteint le seuil de saturation à l’altitude de la base inférieure des nuages

• L’ascendance peut être thermodynamique lorsque l’air chauffé à la base s’élève, dynamique lorsque la convergence de masses d’air l’oblige à monter, ou topographique lorsque le relief contraint l’air à s’élever.

Compléments

• Les traînées blanches laissées par les avions à réaction dans la haute atmosphère résultent de la condensation d’un air froid sursaturé sur les particules émises par leurs tuyères.

• La condensation peut se former sur différents noyaux, notamment : des particules électrisées comme les ions de chlorure de sodium ou de sulfate d’ammonium, des poussières naturelles, des pollens, des sels, des cendres volcaniques

• Les versants de montagne tournés vers le flux dominant connaissent une nébulosité et des précipitations plus fortes, car le relief y contraint l’air à s’élever.

💡 Astuce mémo

Refroidissement → saturation → condensation

📖 9. Stabilité et instabilité de l’air

🔑 Notions clés & Définitions

• Stabilité atmosphérique : J.P.Vigneau, 1996 - Correspond au retour à son niveau initial d’une particule d’air soulevée lorsque cesse la force qui l’a déplacée.
• Instabilité atmosphérique : J.P.Vigneau, 1996 - Correspond à la poursuite du mouvement ascendant d’une particule d’air après la cessation de la force qui l’a soulevée.
• Adiabatique sèche : Taux de décroissance de la température d’un air non saturé soumis à une variation de pression sans échange avec l’air environnant ; il est constant et vaut −1 °C par 100 m.
• Adiabatique humide : Taux de décroissance de la température d’un air saturé soumis à une variation de pression ; il varie avec la température et vaut environ −0,5 °C par 100 m.

★ À maîtriser

• La stabilité absolue apparaît lorsque le gradient vertical de la masse d’air est inférieur aux deux adiabatiques : l’air ascendant devient plus froid que l’air environnant et redescend.

• L’instabilité absolue apparaît lorsque le gradient vertical de la masse d’air est supérieur aux deux adiabatiques : l’air ascendant reste plus chaud que l’air environnant et poursuit son ascension, au maximum jusqu’à la tropopause.

• L’instabilité conditionnelle apparaît lorsque le gradient vertical se situe entre les deux adiabatiques : l’ascendance se poursuit si l’air est saturé et s’arrête s’il ne l’est pas.

Compléments

📌 Le gradient thermique moyen est d’environ −0,6 °C par 100 m et ne doit pas être confondu avec les taux adiabatiques d’une particule d’air.

• L’instabilité augmente avec le gradient vertical de température et l’humidité de l’air, ce qui accroît le risque de formation de nuages et de précipitations.

💡 Astuce mémo

Air stable : la particule redescend ; air instable : elle poursuit son ascension.

📖 10. Brouillards et formes nuageuses

🔑 Notions clés & Définitions

• Brume : Une réduction de la visibilité horizontale à moins de 5 kilomètres.
• Brouillard : Une réduction de la visibilité horizontale à moins d’un kilomètre.
• Nébulosité totale : La nébulosité totale est la fraction du ciel couverte par les nuages, exprimée en octas de 0 pour un ciel dégagé à 8 pour un ciel entièrement couvert.
• Brouillard de rayonnement : Le brouillard de rayonnement se forme lorsque le sol se refroidit par rayonnement par temps calme et dégagé, refroidit l’air par la base jusqu’au point de rosée et provoque sa condensation.
• Brouillard d’advection : Le brouillard d’advection se forme lorsqu’une masse d’air se déplace horizontalement au-dessus d’un substrat plus froid, ou lorsque de l’air tiède passe au-dessus d’une mer plus fraîche.
• Nuage : Un nuage est un ensemble de particules d’eau liquide ou solide et de poussières en suspension dans l’air ; il contient de l’eau condensée, et non de la vapeur d’eau invisible.
• Nébulosité partielle : La fraction du ciel couverte par un seul genre de nuage.

★ À maîtriser

• Les nuages à développement vertical comprennent : les cumulus humilis ou mediocris, associés au beau temps, les cumulus congestus, associés à une instabilité plus forte, les cumulonimbus, associés à une très forte instabilité et notamment aux orages

Compléments

• Le smog est un brouillard renforcé par les noyaux de condensation issus des activités humaines, notamment de la pollution.

• Les gouttelettes des nuages mesurent quelques microns de diamètre et leur concentration est de 1 000 à 1 500 gouttes par cm³.

• Les nuages de l’étage supérieur sont :

  • les cirrus
  • les cirro-stratus
  • les cirro-cumulus

• Les nuages de l’étage moyen, situé entre 4 et 6 km dans les latitudes moyennes, sont les alto-stratus et les alto-cumulus.

• Les nuages de l’étage inférieur sont :

  • les strato-cumulus
  • les nimbo-stratus
  • les stratus

📖 11. Mesure et répartition des précipitations

🔑 Notions clés & Définitions

• Averse : Un épisode de pluie caractérisé par sa durée et son intensité.

★ À maîtriser

• Un millimètre de précipitation mesuré correspond à un litre d’eau tombé par mètre carré.

• 🔄 La formation des précipitations se déroule ainsi : l’ascendance favorise la formation de gouttelettes et de cristaux de glace, les cristaux grossissent aux dépens des gouttes d’eau par l’effet Bergeron, les particules tombent lorsque leur poids dépasse la force d’ascendance, les gouttes ou cristaux grossissent par coalescence durant leur chute

• Le devenir des précipitations dépend des conditions de l’air inférieur : si l’air est chaud, elles peuvent s’évaporer avant d’atteindre le sol et former des virgas, si l’air est suffisamment froid, les cristaux se maintiennent et il neige, si la chute est rapide et que des gouttes surfondues s’agrègent en présence d’air froid, il grêle

• L’intensité des précipitations est le volume d’eau tombé par unité de temps, généralement exprimé en mm/h ; elle est en général d’autant plus faible que la pluie dure longtemps.

• Les régimes pluviométriques des latitudes moyennes se distinguent ainsi : le régime océanique présente un maximum en hiver ou en automne, le régime méditerranéen présente un creux estival marqué, le régime continental présente un maximum estival

📌 Le versant exposé au flux dominant reçoit davantage de précipitations orographiques, tandis que le versant sous le vent est plus sec en raison de la subsidence et de la compression de l’air, qui produit le föhn.

Compléments

• Les gouttes de pluie ont un diamètre de 0,5 à 3 mm et un volume environ un million de fois celui des gouttelettes des nuages.

• Dans l’atmosphère, la congélation de l’eau n’est générale qu’à partir de −39 °C et les noyaux de congélation ne sont actifs qu’à partir de −4 °C ; l’eau liquide qui persiste à température négative est en surfusion.

• La saison sèche s’allonge en Afrique de l’Équateur vers le nord et le sud ; les régions équatoriales connaissent deux maxima pluviométriques zénithaux, contre un maximum ailleurs dans la zone intertropicale.

• La variabilité des précipitations est généralement d’autant plus forte que les précipitations sont faibles.

• Il tombe en moyenne un mètre d’eau par an sur la Terre, soit 40 fois la hauteur d’eau présente en moyenne dans l’atmosphère à un instant donné.

• Les régions équatoriales reçoivent la moitié des précipitations de la Terre, mais certaines régions proches de l’Équateur, comme la Somalie et les Galápagos, sont désertiques.

• Dans les Alpes du Nord, l’optimum pluviométrique est atteint vers 3 000 m et le coefficient nivométrique passe de 10 % à 500 m à 20 % à 1 000 m, 50 % à 2 000 m et 85 % à 3 000 m.

📖 12. Composition et structure atmosphériques

🔑 Notions clés & Définitions

• Pression atmosphérique : Poids par unité de surface de la colonne d’air située au-dessus du lieu considéré.

★ À maîtriser

• La vapeur d’eau atmosphérique a une teneur moyenne variable de 0,1 à 2 % en volume.

• La concentration actuelle du CO₂ est de 350 ppmv, contre 280 ppmv au début du XVIIIe siècle, et sa teneur devrait doubler d’ici 2100.

• La concentration moyenne du méthane est de 1,7 ppmv et augmente continuellement ; le CO₂ et le CH₄ sont les deux principaux gaz à effet de serre additionnel.

• Au niveau de la mer, la pression atmosphérique moyenne est de 1013,25 hPa, équivalant à environ 1 kg par centimètre carré.

• La pression atmosphérique diminue rapidement avec l’altitude selon une décroissance de type exponentiel, car la quantité d’air située au-dessus diminue.

• La masse atmosphérique est répartie à 75 % dans les 9 premiers kilomètres, à 90 % dans les 12 premiers kilomètres et à 99 % dans les 31 premiers kilomètres.

📌 La température ne diminue pas régulièrement avec l’altitude : des inversions apparaissent fréquemment dans la basse atmosphère, puis plusieurs strates thermiques se succèdent en altitude.

• La troposphère a une épaisseur moyenne de 11 à 12 km, mais elle mesure 6 à 8 km aux pôles et 16 à 18 km à l’équateur.

• La tropopause est l’inversion thermique fondamentale qui limite la troposphère et la sépare de la stratosphère.

• La stratosphère est un air clair, sec et sans nuage où la température augmente en raison de la concentration accrue d’ozone vers 25 à 35 km d’altitude.

Compléments

• Les autres gaz à concentration variable cités sont :

  • le N₂O
  • l’O₃
  • l’H₂
  • le SO₂
  • le NO
  • le NO₂
  • le NH₃
  • le CO

• La masse totale de l’atmosphère terrestre est de 5,13 × 10¹⁵ tonnes.

• L’atmosphère n’a pas de limite supérieure véritable, puisque des traces de gaz restent décelables à quelques dizaines de milliers de kilomètres d’altitude.

• L’atmosphère utile à l’être humain représente environ une dizaine de kilomètres, soit 0,08 % du diamètre terrestre de 12 000 kilomètres.

• La troposphère se subdivise en couche limite planétaire, couche de mélange et atmosphère libre, selon l’influence décroissante du substrat et du relief.

💡 Astuce mémo

Pression décroissante, température stratifiée

📖 13. Masses d’air et systèmes frontaux

🔑 Notions clés & Définitions

• Masse d’air : Vaste volume d’air, généralement de plusieurs centaines de kilomètres de diamètre, dont les propriétés physiques, notamment la température et l’hygrométrie, sont homogènes.
• Front météorologique : Zone de fort gradient thermique et/ou hygrométrique séparant des masses d’air qui se mélangent peu, souvent matérialisée par un ruban nuageux.
• Front occlus : Se forme lorsque deux masses d’air froid en surface repoussent l’air chaud en altitude, au stade de maturité ou de dégénérescence d’une perturbation des latitudes moyennes ; le temps est couvert et fortement pluvieux.
• Advection : Déplacement des masses d’air qui transfère leurs propriétés thermiques et hygrométriques vers d’autres régions et fait évoluer le type de temps.

★ À maîtriser

• Quand un bilan radiatif identique se maintient sur une vaste région et pendant une longue période, les basses couches de l’air acquièrent des propriétés liées au substrat et forment une masse d’air homogène.

• L’air équatorial, formé sur les océans ou les grandes forêts tropicales, est chaud (25 à 30 °C), très humide (90 %) et instable, avec une forte convection diurne et des orages tropicaux.

📌 L’air tropical maritime est chaud et humide (15 à 20 °C en hiver, 20 à 25 °C en été, humidité de 70 %), tandis que l’air tropical continental est très chaud, souvent au-dessus de 30 °C, et très sec, le plus souvent sous 50 % d’humidité.

• L’air polaire maritime se forme sur les bassins océaniques des moyennes et hautes latitudes, vers 50 à 60° nord et sud, et non aux pôles ; il est relativement doux et humide.

• L’air polaire continental est chaud et peu humide en été, avec environ 30 °C et 50 % d’humidité, mais il devient très froid en hiver, surtout la nuit sous un ciel dégagé.

• L’air arctique formé sur la banquise est froid (0 à −20 °C) et humide, tandis que l’air arctique continental atteint −20 à −40 °C.

• Un front chaud correspond à la progression de l’air chaud, plus léger, qui remplace l’air froid, plus dense ; il est associé à des nuages étendus, des cirrus aux altostratus puis aux nimbostratus à l’approche du front.

• Un front froid correspond au remplacement de l’air chaud par l’air froid, avec une pente plus forte que celle d’un front chaud et de fortes pluies associées à des cumulonimbus.

• 🔄 Le passage d’une perturbation des latitudes moyennes suit cette évolution : les nuages élevés puis moyens annoncent le front chaud, ses pluies modérées et une baisse de pression, une accalmie douce s’installe avec un vent de sud-ouest, le front froid apporte de fortes pluies et un vent renforcé qui bascule au nord-ouest, l’air polaire maritime produit le ciel de traîne, avec averses, éclaircies et pression en hausse

Compléments

• Les météorologues norvégiens, sous la direction de Bjerknes, ont développé les notions de masse d’air et de front à partir de 1916.

• En hiver, les vastes étendues continentales d’Asie forment une masse d’air froide et sèche, tandis que les océans Pacifique et Atlantique produisent à la même latitude des masses d’air moins fraîches et plus humides.

• L’air polaire maritime présente des températures de 10 à 15 °C en hiver et de 15 à 20 °C en été, avec une humidité de 70 %.

💡 Astuce mémo

Front chaud, secteur doux, front froid, traîne

📖 14. Brises littorales et effets locaux

★ À maîtriser

• La brise de mer et la brise de terre résultent de l’échauffement différentiel entre terre et mer, qui doit atteindre au moins 4 °C aux latitudes intertropicales et 6 °C aux latitudes moyennes et hautes.

• Le jour, le continent se réchauffe plus vite que la mer, la pression de surface y diminue et un vent frais et dense souffle de la mer vers la terre : c’est la brise de mer.

• La nuit, le continent se refroidit davantage que la mer et un vent des basses couches souffle de la terre vers la mer : c’est la brise de terre.

Compléments

📌 La brise de terre a une extension verticale et horizontale et une intensité plus faibles que la brise de mer.

• L’arrivée de la brise de mer renforce généralement le vent après les calmes matinaux, avec une intensité maximale de la fin de matinée au début de l’après-midi.

• L’arrivée de la brise de mer sur le continent abaisse la température ou atténue le réchauffement diurne, augmente l’humidité relative et peut remplacer les nuages cumuliformes par un ciel dégagé, des brumes, des brouillards ou des nuages bas stratiformes.

• Au front de brise, l’air marin frais, stable et dense soulève l’air continental chaud et instable, active la convection et peut former une ligne de nuages cumuliformes parallèle à la côte.

• En climat tropical humide, la convection déclenchée par le front de brise de mer peut provoquer des averses et des rythmes pluviométriques diurnes spécifiques aux côtes et régions maritimes.

💡 Astuce mémo

Terre chauffée le jour → brise de mer

📖 15. Échelles, climats et observations

🔑 Notions clés & Définitions

• Méso-échelles : Échelles spatiales moyennes privilégiées des études de climatologie géographique.

★ À maîtriser

📌 Les classifications climatiques physionomiques reposent sur des caractéristiques telles que la température, les précipitations ou des indices, tandis que les classifications génétiques s’appuient sur les processus et les grands traits de la circulation atmosphérique.

• La classification climatique de W. Köppen, élaborée en 1918 puis modifiée et précisée, est la plus couramment utilisée dans le monde et combine des caractères indépendants sans les hiérarchiser a priori.

• La classification de Köppen distingue (W. Köppen, 1918) : les climats tropicaux humides, sans mois sous 18 °C, les climats semi-arides BS et arides BW, les climats tempérés humides à hiver doux ou froid, les climats froids, dont la toundra ET et l’inlandsis EF

• Les observations météorologiques au sol sont ponctuelles et les données doivent être standardisées pour être comparables ; les températures et les précipitations sont les mesures les plus couramment utilisées pour décrire le climat régional.

• Les radiosondages transmettent en continu au sol les mesures de température, d’humidité, de pression et de vent ; ils sont effectués deux fois par jour pour la prévision météorologique.

• Les séries météorologiques peuvent être affectées par les erreurs de lecture, les appareils, les changements d’instruments ou d’horaires et les modifications de l’environnement des stations.

Compléments

• Les classifications génétiques délimitent des zones selon des traits de circulation, notamment les positions saisonnières extrêmes de la zone de convergence intertropicale et des perturbations extratropicales, puis les subdivisent selon des facteurs géographiques majeurs.

• Les classifications fondées sur les types de temps ou les masses d’air utilisent la fréquence des différents types de masses d’air et s’appliquent de préférence à des échelles spatiales fines.

• Les classifications fondées sur des facteurs limitants utilisent les régimes mensuels moyens de température et de précipitations, notamment les mois froids ou secs, pour évaluer leurs effets sur les conditions biologiques.

• Dans la classification de Köppen, le type ET correspond à un mois le plus chaud inférieur à 10 °C mais supérieur à 0 °C, tandis que le type EF correspond à un mois le plus chaud inférieur à 0 °C. - W. Köppen, 1918

• Dans les climats A de Köppen, aucun mois n’est sec si le mois le moins arrosé reçoit au moins 60 mm ; dans les climats C et D, la distinction des saisons sèches dépend de seuils relatifs aux précipitations estivales ou hivernales. - W. Köppen, 1918

📌 Dans les climats C et D de Köppen, la notation s indique un mois d’été le moins arrosé recevant moins du tiers des précipitations du mois d’hiver le plus arrosé, tandis que w indique un mois d’hiver le moins arrosé recevant moins du dixième des précipitations du mois d’été le plus arrosé. - W. Köppen, 1918

📌 Dans les climats tropicaux A, le type Am s’applique lorsque le mois le moins arrosé reçoit moins de 60 mm mais dépasse le seuil calculé à partir des précipitations annuelles. - W. Köppen, 1918

• Les radars météorologiques suivent le déplacement et le développement des précipitations en détectant le renvoi d’impulsions électromagnétiques par la pluie, la glace ou la neige sur un rayon d’environ 200 km.

• Les pluviographes à augets basculeurs peuvent sous-estimer les précipitations : à Aix-en-Provence, le 22 septembre 1993, ils ont mesuré 185 mm contre 222 mm au pluviomètre standard.

📖 16. Imagerie et résolution satellitaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Canal spectral : Un canal spectral, ou résolution spectrale du capteur, correspond à une longueur d’onde ou à une partie du spectre dans laquelle le radiomètre enregistre l’énergie du rayonnement reçu.
• Pixel : Le pixel, ou tache élémentaire, est le plus petit élément d’une image satellite et correspond à une mesure radiométrique.

★ À maîtriser

• La répartition mondiale des stations météorologiques est discontinue et hétérogène, avec une concentration dans les régions densément peuplées.

• En France, le réseau de Météo-France s’appuie sur les Centres Départementaux de la Météorologie (CDM) et compte un peu plus de 3 000 points de mesure, soit environ un point pour 180 km².

• Les résolutions spatiales indiquées sont de 10 mètres pour SPOT en mode panchromatique, de 20 mètres pour SPOT en multibande, de 30 mètres pour LANDSAT-TM et de 2 à 10 km pour METEOSAT.

Compléments

• Le réseau français présente des lacunes spatiales, notamment en montagne, aux hautes altitudes et sur les ubacs, et la qualité des mesures est hétérogène.

• Les satellites permettent d’interpoler spatialement l’information météorologique et d’obtenir des données en davantage de points que les radiosondages.

• La résolution spatiale est la distance au sol séparant deux mesures successives du radiomètre.

• La gamme visible perçue par l’œil humain s’étend de 0,4 à 0,7 μm.

• Une image satellite numérique est généralement une matrice de valeurs comprises entre 0 et 255, représentée en niveaux de gris puis éventuellement traitée en fausses couleurs ; elle n’est pas une photographie sur film.

💡 Astuce mémo

La résolution spectrale distingue les longueurs d’onde ; la résolution spatiale distingue les points au sol.

📖 17. Satellites météorologiques et orbites

★ À maîtriser

• Les satellites géostationnaires paraissent fixes par rapport à la surface terrestre, car ils se déplacent en même temps que la Terre.

• Depuis le lancement de MSG en 2002, la résolution de Météosat est kilométrique dans le visible, avec une acquisition d’images toutes les 15 minutes et de nouvelles bandes spectrales.

• Les satellites NOAA à défilement suivent une orbite quasi polaire à environ 900 km d’altitude, effectuent un tour de la Terre en près de 100 minutes et survolent aussi les hautes latitudes.

Compléments

• Les satellites Météosat sont situés au-dessus de l’équateur, à 0° de longitude et à 36 000 km d’altitude, et couvrent l’Afrique et l’Europe.

• L’orbite héliosynchrone des satellites NOAA leur permet de passer au-dessus d’un même point à la même heure.

• Le radiomètre NOAA possède une résolution spatiale d’environ un kilomètre et mesure dans cinq canaux : visible, proche infrarouge, infrarouge moyen et deux bandes infrarouges thermiques.

• Le programme TIROS 1, premier satellite météorologique lancé, a été mis en orbite le 1er avril 1960.

• Parmi les programmes représentatifs figurent :

  • NIMBUS, pour le suivi de l’ozone et la mise au point de capteurs
  • TOPEX-POSEIDON, pour l’altimétrie radar
  • DMSP, pour les mesures micro-ondes liées aux précipitations
  • TRMM, premier satellite doté d’un radar de précipitations embarqué

💡 Astuce mémo

Météosat reste au-dessus d’une région ; NOAA défile et survole aussi les hautes latitudes.

📖 18. Applications des données satellitaires

★ À maîtriser

• La fréquence des observations satellitaires permet de suivre la dynamique spatiale des phénomènes météorologiques et d’améliorer la prévision.

• Les satellites ont accru de deux jours la période de prévision considérée comme fiable, qui était de cinq jours.

• Les produits satellitaires sont utilisés en climatologie pour suivre la couverture nuageuse avec ISCCP, estimer les précipitations à partir des données METEOSAT, suivre la sécheresse et suivre le phénomène El Niño.

Compléments

• Les observations satellitaires du cyclone Camille, lors de son passage dans le sud-est des États-Unis en 1969, ont permis de donner l’alerte et auraient épargné la vie à des centaines de personnes.

• Le programme ISCCP constitue une base de données globales sur les nuages à partir de données satellitaires visibles et infrarouges, avec des synthèses mondiales toutes les trois heures et des synthèses mensuelles.

• L’estimation satellitaire des précipitations par infrarouge thermique repose sur la relation entre la température du sommet des nuages et l’intensité des précipitations : un sommet froid indique un nuage épais généralement associé à des pluies convectives au sol.

💡 Astuce mémo

Observations fréquentes → suivi des phénomènes → prévisions météorologiques améliorées.