Transcript RADIATION (partie 1)

Pour faire des prévisions,
on a besoin de modèles…
La modélisation numérique
Les modèles nord-américains
• RGEM (simulation de 48 heures) à haute résolution spatiale
• GGEM (simulation de 240 heures) à plus basse résolution
• ETA (américain; similaire à RGEM)
• GFS (américain; similaire à GGEM)
Les cartes de surface standards de prévision
Isobares: lignes d’égale pression
Isohypses: lignes d’égale hauteur
L: centre de basse pression
H: centre de haute pression
Creux et crêtes
Représentation de la pression
(isobares)
vents
Hauteurs géopotentielles
C’est la distance séparant un niveau de pression et le niveau
moyen de la mer.
Les lignes d’égales hauteurs géopotentielles sur une carte
météorologique sont appelées isohypses.
Rd
dp
dz   T
g
p
PLUS LES HAUTEURS SONT PETITES, PLUS LA T EST FROIDE AU SOL
RÉSUMÉ
• Un centre de basse pression est synonyme de nuages et possiblement de précipitation
• Un centre de haute pression est synonyme de beau temps
• La distance entre les isobares nous donne une indication de la force des vents
• Les vents suivent les isobares
• La valeur des isohypses est un indicateur de la température
• Les vents tournent dans le sens anti-horaire dans une dépression
• Les vents tournent dans le sens horaire dans un anticyclone
RADIATION (partie 1)
• Les lois de la radiation
• les interactions radiation-atmosphère
• Température moyenne sur Terre.
• Pourquoi le ciel est bleu?
• Coucher de soleil rouge
L’énergie sur Terre….
•Atmosphère
•Biosphère
•Océan
L’énergie nécessaire au bon fonctionnement
de ce système est fournie par le Soleil.
1ière loi de thermodynamique
dU = dQ + dW
Combien se chiffre cette énergie?
• Soleil = 175 000 000 000 MW
• Représente (1 / 2 000 000 000) ES !!!
À titre de comparaison…..
• Hydro-Québec = 40 000 MW
• Énergie électrique sur Terre en 2015 = 961 000 MW
• Terre = 200 MW
1 W = 1 J s-1
• Lune = 30 MW
1 J = travail (énergie) nécessaire pour déplacer
de 1 mètre un objet d’un poids de 1 N.
• Étoiles = 40 Watt
Énergie: capacité d’un système à faire un travail
Puissance: Taux auquel un travail peut être fait.
La constante solaire S
Sous quelle forme l’énergie solaire nous parvient-elle?
Ondes électromagnétiques
Ondes: perturbation d’un champs dans l’espace ayant un
mouvement oscillatoire. La résultante de ce
mouvement est un déplacement net de matière nul.
Seul l’énergie est transportée.
Exemples
1) Eau: vague
2) Air: ondes sonores
3) Charges électriques: ondes électromagnériques
Onde électromagnétique
Flux d’énergie = J s-1 = Watt
crête
amplitude
creux
E
l = c/
Le spectre
électromagnétique
Rayon gamma
Rayon X
Rayon UV
Visible
Rayon infrarouge
Micro-onde
Ondes radio
Spectre d’émission du Soleil et
de la Terre
La Terre émet aussi de l’énergie!
Définitions
Flux radiatif: Énergie par unité de temps (J s-1 ou W)
Irradiance: Flux radiatif par unité de surface (W m-2)
Irradiance monochromatique: Flux radiatif de longueur
d’onde l par unité de surface. (W m-2)
Corps noir: Un corps qui absorbe toute l’énergie qui lui est
incidente (et ce à toutes les l) et qui émet le maximum
théorique d’énergie radiante d’un corps à température T.
Emissivité/absorptivité de l’eau
L’eau se « comporte »
comme un corps
noir à 4<l<11 mm.
La plupart des matériau
solides ont des émissivité
autour de 0,9 dans
l’infrarouge. Les gaz ont
des émissivités très
variables.
Quelques lois importantes
1) La loi de Plank:
El = f (l, T)
Tous les corps dont la température est plus grande que 0 K
émettent de l’énergie radiante dont l’intensité dépend de la
température du corps et de la longueur d’onde.
2) La loi de Stephan-Boltzmann:
E = s T4 où s = 5,67x10-8 W m-2 K-4
La quantité totale d’énergie radiante émise par un corps est
proportionnelle à sa température à la puissance 4.
Pour un corps non noir:
E    l El dl
3) La loi de Wien:
lm = 2897/T (mm K)
La loi de Wien nous donne la longueur d’onde correspondant
au maximum d’irradiance d’un corps. Elm > El l
Quand T augmente  lm augmente
Quand T diminue  lm diminue
Soleil: lm  0,4 mm (visible)
Terre: lm  10 mm (infrarouge)
• Ampoule électrique?
• Humain?
• Lune?
• Tableau en classe?
Interaction du rayonnement solaire avec l’atmosphère
La diffusion
La diffusion est le processus par lequel une onde électromagnétique
est dispersée lorsqu’elle interagit avec la matière. L’onde
dispersée est de même fréquence que l’onde incidente.
P = p E’
Moment dipolaire
• partie transmise
• partie diffusée
• partie réfléchie (diffusée vers l’arrière)
Diffusion de Rayleigh
Dp << l
E (diff)/ E (incident)  l-4
 Les couleurs sont diffusées différemment!
Rouge  0,7 mm
Bleu  0,4 mm
Exemple: rayonnement visible (0,4-0,7 mm) avec molécules
d’air (0,001 mm)
En augmentant l’épaisseur de la couche
atmosphérique traversée par la radiation, on favorise
la diffusion complète du bleu. Le seul rayonnement
nous parvenant à l’œil est donc le rouge.
Diffusion de Mie
Dp  l
Tous les l sont diffusées également
Exemples
nuages blancs
ciel pollué blanchâtre (smog)
Diffusion de Mie: smog urbain
Réflexion
Réflectivité (albédo): rl = El (réfléchi)/El (incident)
Réflectivité et albédo sont synonymes
Albédo planétaire = ~30%
Albédo de différentes surfaces
L'albédo est en moyenne 30 % pour le globe (ensemble du système Terreatmosphère) mais est très variable d’une surface à l’autre :
5-10 %
sur les mers sans nuages ;
10-15 %
au-dessus des forêts ;
30-50 %
sur les déserts ;
60-85 %
sur la neige et la glace.
Dépend de la l
Absorption
Si la longueur d’onde de l’onde électromagnétique incidente
correspond à la fréquence de résonance des molécules
composant le milieu, alors l’onde est absorbée et l’énergie
électromagnétique est transformée en énergie interne.
 Agitation plus grande des molécules (rotation, vibration, ionisation, dissociation)
 Augmentation de la T
Absorptivité: al = El (absorbée)/El (incident)
L’ÉMISSIVITÉ
L’émissivité représente l’efficacité avec la matière émet dans
une longueur d’onde donnée. Cette efficacité est maximale si le
corps émet comme un corps noir dans cette longueur d’onde.
Émissivité = El (émis) / El (corps noir)
Émissivité = absorptivité
Exemple: ozone stratosphérique
LE BILAN RADIATIF TERRESTRE
Image satellite infrarouge (12Z)
Image satellite infrarouge (18Z)
Image satellite visible (18Z)