MÉTÉOROLOGIE

CIRCULATION GÉNÉRALE DE L'ATMOSPHÉRE



- Caractéristiques de la circulation

- Variations saisonnières

- Les alizés

- Zone de convergence intertropicale

Définition

La circulation générale de l’atmosphère décrit l’ensemble des mouvements et des trajectoires des parcelles d’air dans l’atmosphère entourant la Terre. Son unique moteur est l’ensoleillement. Cette énergie reçue sous forme de rayonnements va être confrontée à l'atmosphère puis à la surface de la Terre. Sur la totalité des rayonnements reçus 30% vont être renvoyés vers l'espace et 20% vont être absorbés par l'atmosphère. La sphéricité de la Terre fait que l'énergie reçue sous forme de rayonnements n'est pas répartie uniformément à sa surface. L’atmosphère et l’océan, par leurs mouvements, sont responsables d’un transport d’énergie des zones excédentaires en énergie vers les zones déficitaires. Il y a donc un transport de chaleur de l'équateur vers les pôles. Selon Trenberth and Caron (2001) l’océan est à l’origine de 22% de ce transport énergétique dans l’hémisphère Nord et de 11% dans l’hémisphère Sud. L’atmosphère réalise donc la majorité du transport énergétique de l'équateur vers les pôles.
En faisant abstraction des périodes géologiques ou des fluctations mineures, les températures observées restent approximativement inchangées d' année en année. Et si La circulation atmosphérique change continuellement, la tendance de base reste relativement constante.

Circulation Terre Ensoleillement
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Caractéristiques de la circulation selon la latitude

Le modèle général pour expliquer la circulation atmosphérique est connu sous le nom de modèle tri-cellulaire. Ce modèle aide à expliquer les différences dans les ceintures de pression, les températures et les précipitations, et comment l'atmosphère tente d'égaliser les différences d'énergie du bilan thermique global entre les pôles et l'équateur.
Ce modèle tri-cellulaire est constitué de trois cellules :
- la première zone Cellule de Hadley se situe entre l'équateur et 30 degrés N et S où l'on retrouve des vents réguliers soufflant du nord-est dans l'hémisphère nord et du sud-est dans celui du sud : les alizés. Les navigateurs à voile ont depuis longtemps utilisé cette zone de vents réguliers pour traverser les océans ;
- la deuxième Cellule de Ferrel se situe aux latitudes moyennes et est caractérisée par des systèmes dépressionnaires transitoires sous une circulation d'altitude généralement d'ouest ;
- la troisième, cellule polaire se retrouvent respectivement au nord et au sud des 60-ièmes parallèles nord et sud avec une circulation de surface généralement d'est.
Entre ces trois zones, à une altitude variant entre 6 et 15 km, on retrouve les courant-jets .

Circulation Terre cellule

Cellule de Hadley
Les cellules Hadley se situent entre l'équateur et 30 degrés nord , et l'équateur et 30 degrés sud.
En termes simples, la cellule de Hadley est une circulation à grande échelle consistant en de l'air chaud qui monte près de l'équateur et qui se déplace vers le pôle dans la haute troposphère en créant une bande de basse pression à l'équateur. Pendant son ascension vers le sommet de la troposphère, l'air s'est refroidi à la même température que son environnement et commence à s'écouler vers les pôles nord et sud. L'air ainsi refroidi redescent doucement pour atteint la surface de la Terre aux environs des 30 degrés Nord et 30 degrés Sud , créant une zone de haute pression atmosphérique subtropicale.
L'air ainsi comprimé et chauffé, empêche la formation de nuages. Le résultat est un ciel clair, une forte chaleur à la surface, de la Terre, un temps sec permanent et la formation des grands déserts tropicaux.
Au cours de l'année, les cellules de Hadley dans chaque hémisphère se déplacent vers le nord et vers le sud en réponse à la position du soleil par rapport à la terre.   Voir Variations saisonnières. L'emplacement de chaque cellule est également influencé par les différences de température résultant de la distribution inégale des surfaces terrestres et marines dans chaque hémisphère. Les océans, qui couvrent plus de 70% de la surface de la Terre, ont une capacité calorifique supérieure à celle des continents et se réchauffent et se refroidissent plus lentement. Les fluctuations de température sont donc beaucoup moins importantes au-dessus des océans et les mouvements de la cellule de Hadley sont relativement faibles. Inversement, les très grands changements saisonniers de température sur les continents entraînent un mouvement important de la cellule de Hadley.

Circulation cellules

Cellule de Ferrel
Les Cellules Ferrel se situent entre 30 et 60 degrés Nord et entre 30 et 60 degrés Sud.
Dans les cellules de Ferrel, l'air converge à basse altitude pour remonter le long des frontières entre l'air froid polaire et l'air chaud subtropical qui se produit généralement entre 60 et 70 degrés nord et sud. Cela forme une autre zone de convergence où deux courants d'air de surface se rencontrent. L'air chaud est moins dense et s'élève donc au-dessus de l'air plus froid, ce qui crée des zones de basse pression et c'est là que se trouve le Jet Stream polaire.
La cellule de Ferrel se déplace dans la direction opposée aux deux autres cellules (cellule de Hadley et cellule polaire) et agit plutôt comme un tampon. Dans cette cellule, le vent de surface coulerait d'une direction sud dans l'hémisphère nord. Cependant, la rotation de la Terre induit un mouvement apparent à droite dans l'hémisphère nord et à gauche dans l'hémisphère sud. Cette déviation causée par l'effet de Coriolis aménent des vents dominants d'ouest et de sud-ouest.

Cellule Polaire
Les cellules polaires sont beaucoup plus petites et plus faibles que les deux autres. entre 60 degrés nord et le pôle Nord et 60 degrés sud et le pôle Sud . L'air froid descendant aux pôles entraîne une forte pression dans les régions polaires. Cela fait que l'air de surface migre en direction de la bande de basse pression des latitudes moyennes.

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Variations saisonnières

Les variations saisonnières du climat sont dues à la trajectoire de la Terre autour du Soleil et à l’inclinaison de 23,27 degrés de son axe de rotation par rapport à son plan orbital.

Circulation rotation terre

En juin-juillet-août, du fait de l'inclinaison de la Terre dans l'hémisphère nord, la zone qui reçoit le plus de chaleur de la part du soleil se trouve au voisinage de 10° de latitude nord. C'est donc l'hémisphère sud qui est le plus déficitaire en énergie. La cellule de Hadley sud y est alors la plus intense. En conséquence, ZCIT (voir ci-dessous) se déplace vers le nord. Elle apporte la pluie dans les zones sahéliennes (sud du Sahara), tandis que les précipitations des latitudes tempérées se déplacent vers le nord. Souurce :http://eduscol.education.fr/

Circulation Hadley Nord

En décembre-janvier-février,, c'est dans l'hémisphère nord que la cellule de Hadley est la plus importante. Le voile de cirrus sur l'Afrique du Nord atteint parfois l'Egypte. Le déplacement de la ZCIT se fait vers le sud. La saison sèche commence au Sahel et la pluie tombe dans le nord du désert de Kalahari (Bostwana), tandis que les précipitations liées au front polaire sont responsables de la saison humide au nord du Sahara. Souurce :http://eduscol.education.fr/

Circulation Hadley Sud
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Les alizés

Les vents de surface s'écoulant vers l'équateur à partir de la zone subtropicale sont déviés vers l'ouest par l'effet de Coriolis formant les vents alizés (vents du sud-est dans l'hémisphère sud, nord-est dans l'hémisphère nord). Ces vents convergent près de l'équateur dans la zone de convergence intertropicale ZCIT. Zone de basse pression appelée dépression quasi équatoriale : cette zone est l'emplacement de la branche ascendante de la cellule de Hadley.
Les alizés sont des vents réguliers qui soufflent toute l'année et se manifestent du niveau de la mer jusqu'à 1500 ou 2000 mètres d'altitude.
Il faut distinguer :
- les alizés continentaux ;
- les alizés océaniques.
Les alizés continentaux, qui traversent des terres émergées et fréquemment arides, diffèrent par leur nature des alizés océaniques, qui soufflent longuement au-dessus de surfaces d'eau à température élevée et peuvent ainsi se régénérer en vapeur d'eau. Plus précisément, les alizés continentaux, lorsqu'ils soufflent au-dessus de régions désertiques ou semi-désertiques, ne peuvent qu'entretenir l'aridité de ces régions.
Les alizés océaniques, au contraire, recueillent l'eau échappée de la surface des mers par évaporation et pourront jouer ainsi un rôle fondamental dans le soulèvement à très haute altitude de l'air équatorial par convection humide après qu'ils auront atteint la zone de convergence intertropicale.
En raison du frottement exercé par la surface de la mer, les alizés océaniques se caractérisent par une vitesse modérée et peu variable de l'ordre de 20 km/h.
Rappelons toutefois qu'à un phénomène climatique tel qu' El Niño correspond une quasi-disparition des alizés dans la partie occidentale du Pacifique équatorial, tandis que La Niña s'accompagne au contraire de leur renforcement dans cette même zone du Pacifique. Source : Météo- France

Circulation alizes
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Zone de convergence intertropicale

Définition.
La zone de convergence intertropicale ZCIT ou ITCZ (Intertropical Convergence Zone) en anglais, est une ceinture de basse pression qui entoure la Terre généralement près de l'équateur (dessin ci-dessus) où les alizés des hémisphères Nord et Sud se rejoignent. Elle est caractérisée par une activité convective qui génère des orages souvent violents sur de grandes surfaces. Cette activité sera plus importante sur les surfaces terrestres le jour et moins importante sur les océans.
Description.
La position de la ZCIT varie selon les saisons. Elle est en retard par rapport à la position relative du soleil au-dessus de la surface de la Terre d'environ 1 à 2 mois, et elle est généralement corrélée à l'équateur thermique. Étant donné que l'eau a une capacité calorifique supérieure à celle de la terre, la ZCIT se propage vers le pôle d'abord sur la terre puis sur l'eau, et d'abord sur l'hémisphère nord que sur l'hémisphère sud. En juillet et août, au-dessus de l'Atlantique et du Pacifique, la ZCIT se situe entre 5 et 15 degrés au nord de l'équateur, mais plus au nord sur les terres émergées d'Afrique et d'Asie. En Asie de l'Est, la ZCIT peut se propager jusqu'à 30 degrés au nord de l'équateur. En janvier, au-dessus de l'Atlantique, la ZCIT se trouve généralement près de l'équateur, mais s'étend beaucoup plus au sud sur l'Amérique du Sud, l'Afrique australe et l'Australie. Sur terre, la ZCIT a tendance à suivre le point zénithal du soleil.

Circulation ZCIT

L'activité de la ZCIT n'est en réalité ni continue ni régulière, que ce soit en étendue ou en intensité (photo ci-dessous). La largeur de cette zone, de quelques centaines de kilomètres en moyenne, varie considérablement dans le temps et l'espace, et il arrive que son tracé se scinde en deux branches entourant une zone de calme. Lorsque les alizés sont faibles, la ZCIT est caractérisée par des cellules Cumulus (Cu) et Cumulonimbus (Cb) isolées. Cependant, lorsque les alizés sont plus forts, la ZCIT peut engendrer une ligne continue de cellules Cb actives intégrées à d'autres types de nuages, ​​se développant à la suite d'une instabilité à des niveaux plus élevés. Les Cb peuvent atteindre et dépasser parfois 55 000 pieds, et les aéronefs volant à travers une ZCIT active (forts alizés) rencontreront probablement tout ou une partie des dangers associés aux nuages ​​Cb tels que le givrage, la turbulence, la foudre et le cisaillement du vent.

Ci-dessous image composite IR réalisée à partir de satellites géastationnaires, le 24/06/2007 www.satmos.meteo.fr

Circulation Photo ZCIT

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