Qu’est-ce que la circulation atmosphérique ?
Illustration adaptée de weather.gov global circulations and jet stream pages
Le rayonnement solaire qui atteint la Terre traverse l’atmosphère et est soit absorbé soit réfléchi par l’atmosphère et la surface de la Terre. La majeure partie de cette absorption se produit à la surface de la Terre, ce qui augmente la température des terres et de l’eau. Une petite quantité de chaleur dans les premiers centimètres de l’atmosphère est transférée de la surface par conduction, le processus de collision des molécules et de transfert d’énergie. Les molécules d’air étant plus éloignées les unes des autres que dans les liquides ou les solides, elles ne se heurtent pas aussi fréquemment que dans ces derniers, et l’air est un mauvais conducteur de chaleur. La plupart de la chaleur est transférée dans l’atmosphère par rayonnement et convection.
La lumière du soleil absorbée par les surfaces terrestres est rediffusée sous forme de chaleur, réchauffant l’atmosphère de bas en haut. Cette chaleur est absorbée et rediffusée par les gaz à effet de serre dans l’atmosphère, ce qui entraîne l’effet de serre. L’air chaud se dilate et devient moins dense que l’air froid, de sorte que l’air chaud près de la surface de la Terre s’élève. L’air plus froid venant d’en haut s’enfonce et l’air se déplace horizontalement pour remplacer l’air chaud qui s’élève, ce que nous ressentons comme un vent à la surface de la Terre. Ce transfert de chaleur dû aux différences de densité de l’air est appelé convection. Les principaux schémas de la circulation atmosphérique autour des tropiques (entre les latitudes 30o N et 30o S) sont le résultat de la convection qui se produit parce que les zones autour de l’équateur reçoivent plus de lumière solaire que les latitudes plus élevées (voir absorption et réflexion de la lumière solaire). Ces masses d’air, appelées cellule de Hadley, s’élèvent près de l’équateur et se déplacent vers le nord et le sud, transportant de la chaleur et de l’eau vers les pôles.
Les schémas de mouvement de l’air sont encore plus compliqués à cause du spin de la Terre. L’air qui se déplace de l’équateur vers les pôles ne se déplace pas en ligne droite, mais est dévié en raison de l’effet de Coriolis (pour en savoir plus, voir les liens ci-dessous), ce qui ajoute à la complexité des schémas de circulation atmosphérique. En outre, la répartition inégale des continents et des océans et la présence de chaînes de montagnes rendent les détails des schémas de circulation atmosphérique bien plus compliqués que le modèle à trois cellules (illustré ci-dessus).
La variation de la quantité de rayonnement solaire absorbée et de la quantité de chaleur réémise par les terres et les océans de la Terre entraîne des différences de température dans l’air au-dessus de différents types de terrain. Par exemple, les brises de mer se produisent parce que la terre se réchauffe et se refroidit plus rapidement que l’eau, de sorte que la terre est plus chaude pendant la journée et que les brises circulent de la mer vers l’intérieur des terres, mais l’océan est plus chaud que la terre la nuit, de sorte que le vent souffle de la terre vers la mer.
La circulation atmosphérique transporte la chaleur sur la surface de la Terre qui affecte le cycle de l’eau, y compris la formation de nuages et les événements de précipitation. Le mouvement des masses d’air nous apporte notre météo quotidienne, et les modèles à long terme de la circulation déterminent le climat et les écosystèmes régionaux. Les modèles de courants océaniques de surface résultent de la poussée du vent sur la surface de l’eau, et ces courants transportent également la chaleur à travers le globe. Les changements dans la quantité et la distribution de la chaleur dans le système terrestre dus à un effet de serre accru par les activités humaines modifient les modèles de circulation atmosphérique et océanique qui, à leur tour, modifient les environnements autour du globe.
Modèles du système terrestre sur la circulation atmosphérique
Ce modèle montre certaines des relations de cause à effet entre les composants du système terrestre liés à la circulation atmosphérique. Bien que ce modèle ne représente pas les modèles de circulation qui résultent d’un réchauffement inégal de la surface de la Terre (comme illustré ci-dessus), il résume les concepts clés impliqués dans l’explication de ce processus. Survolez les icônes pour obtenir de brèves explications ; cliquez sur les icônes pour en savoir plus sur chaque sujet. Téléchargez les modèles du système terrestre sur cette page.
Ce modèle montre certains des phénomènes supplémentaires qui modifient les modèles de circulation atmosphérique sur des millions d’années, notamment la répartition des continents et des océans et la formation des montagnes. Les changements de la circulation atmosphérique transportent également la chaleur qui alimente le cycle de l’eau, y compris la formation des nuages et les modèles de précipitations. À son tour, l’énergie absorbée et libérée dans le cycle de l’eau contribue également à la circulation atmosphérique. Bien que ce modèle ne représente pas le réchauffement inégal de la surface de la Terre qui entraîne la circulation atmosphérique, il résume les concepts clés impliqués dans l’explication de ce processus mondial.
Comment les activités humaines influencent la circulation atmosphérique
Le modèle du système terrestre ci-dessous comprend certaines des façons dont les activités humaines affectent la circulation atmosphérique en ajoutant des gaz à effet de serre à l’atmosphère et en augmentant la température moyenne de la Terre. Comme la région arctique est particulièrement sensible au réchauffement global par rapport aux latitudes inférieures, le gradient de température entre les latitudes moyennes et le pôle se réduit. Cela augmente l’ondulation du courant-jet polaire nord. À mesure que l’atmosphère continue de se réchauffer, les scientifiques s’attendent à voir des ondes nord-sud beaucoup plus profondes, ce qui entraînera des changements dans le courant-jet. Il pourrait en résulter un temps, aussi bien orageux que clair, qui persisterait beaucoup plus longtemps que ce qui serait considéré comme normal dans une région donnée. Survolez ou cliquez sur les icônes pour en savoir plus sur ces causes humaines de changement et sur la façon dont elles influencent la circulation atmosphérique.
Explorer le système terrestre
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Pour en savoir plus sur l’enseignement de l’absorption et de la réflexion de la lumière du soleil, consultez la page Ressources pédagogiques.
Liens pour en savoir plus
- National Weather Service : Circulations mondiales
- Service météorologique national : Le Jet Stream
- Centre national de recherche atmosphérique : Conduction
- Centre national pour la recherche atmosphérique : Un regard global sur l’air en mouvement : Circulation atmosphérique
- NOAA : Systèmes et schémas météorologiques
- NOAA : Que sont les brises de mer et pourquoi se produisent-elles ?
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