3.6 Comprendre le profil de température de l’atmosphère
3.6 Comprendre le profil de température de l’atmosphère
Nous pouvons maintenant commencer à comprendre les raisons du profil de température typique de la troposphère. L’atmosphère est principalement transparente au rayonnement solaire visible entrant, de sorte que la surface de la Terre se réchauffe, et donc réchauffe et humidifie l’air au-dessus d’elle. Cet air chaud et humide s’élève initialement de manière adiabatique, puis de manière adiabatique une fois qu’un nuage se forme. Différentes masses d’air avec des histoires différentes et des quantités d’eau différentes se mélangent et le résultat est un profil de température troposphérique typique qui a un taux de lapse de (5-8) K km-1.
Si les profils de température atmosphérique étaient déterminés uniquement par l’humidité atmosphérique, les masses d’air plus sèches auraient des taux de lapse qui ressemblent plus au taux de lapse adiabatique sec, auquel cas nous nous attendrions à ce que les cieux aient moins de nuages, plus fins. Les masses d’air plus humides auraient des taux de renouvellement plus proches du taux de renouvellement adiabatique humide, ce qui se traduirait par un ciel rempli de nuages à de nombreuses altitudes.
Mais de nombreux processus affectent la température de l’air à différentes altitudes, notamment le mélange des parcelles d’air, parfois même de la stratosphère, ainsi que la pluie et l’évaporation de la pluie. L’échange de rayonnement infrarouge entre la surface de la Terre, les nuages et les gaz absorbant le rayonnement infrarouge (c’est-à-dire la vapeur d’eau et le dioxyde de carbone) joue également un rôle majeur dans la détermination du profil de température de l’atmosphère, comme nous le montrerons dans la leçon sur le rayonnement atmosphérique.Les profils atmosphériques qui en résultent peuvent avoir des taux d’évaporation locaux qui peuvent être inférieurs au taux d’évaporation adiabatique sec ou supérieurs au taux d’évaporation adiabatique humide. Observez attentivement le profil de température ci-dessous. Vous verrez des preuves de plusieurs de ces processus qui se combinent pour faire du profil de température ce qu’il est.
Si l’on fait la moyenne de tous ces profils sur l’ensemble de l’année et sur l’ensemble du globe, on peut aboutir à un profil type de température troposphérique. Selon l’Organisation de l’aviation civile internationale (Doc 7488-CD, 1993), l’atmosphère standard a une température de 15 oC à la surface, un taux d’évaporation de 6,5 oC km-1 de 0 km à 11 km, un taux d’évaporation nul de 11 km à 20 km, et un taux d’évaporation de -1 oC km-1 de 20 km à 32 km dans la stratosphère (c’est-à-dire que la température augmente avec l’altitude). Même si ce profil standard est une bonne représentation d’un profil moyen à l’échelle mondiale, il est peu probable qu’un tel profil de température ait jamais été observé avec une radiosonde.
La combinaison de la connaissance de la stabilité avec la connaissance des processus humides nous permet de comprendre le comportement des nuages dans l’atmosphère. L’image suivante de vapeur d’eau libérée par une tour de refroidissement du réacteur nucléaire de Three-Mile Island, près de Harrisburg, PA, montre la vapeur d’eau se condensant rapidement pour former un nuage. Le nuage monte, mais atteint ensuite un niveau où sa densité correspond à celle de l’air environnant. Le nuage cesse alors de monter et commence à s’étaler.
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