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Comment l'étude du climat peut-elle éclairer notre futur ? .

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  • Comment l'étude du climat peut-elle éclairer notre futur ? .

    Philippe Dandin, directeur de la climatologie à Météo-France, était l'invité d'un Entretien d'Issy le 18 juin dernier. Les climatologues s'efforcent de reconstituer les évolutions passées du climat, afin de toujours mieux comprendre les mécanismes naturels mais aussi le rôle des activités humaines. Diverses sources anciennes alimentent ces recherches, indispensables pour affiner les projections climatiques et qui éclairent utilement nos réflexions d'adaptation. Comment l'étude du climat peut-elle éclairer notre futur ? C'est à cette question que Philippe Dandin a apporté des réponses lors de cette nouvelle édition des Entretiens d'Issy


    dz(0000/1111)dz

  • #2
    Climatologie

    La climatologie, branche de la géographie physique, est l'étude du climat, c'est-à-dire la succession des conditions météorologiques sur de longues périodes dans le temps. L'étude du temps à court terme est le domaine de la météorologie.
    En règle générale, le climat ne varie pas, ou assez peu, en un endroit donné du globe, sur une durée de l'échelle du siècle. Mais sur des temps géologiques, le climat peut changer considérablement. Par exemple, la Scandinavie a connu plusieurs périodes glaciaires dans le dernier million d'années. L'étude des climats passés est la paléoclimatologie. Cette étude en fonction de l'histoire humaine s'appelle climatologie historique.
    La climatologie s'appuie sur des relevés météorologiques historiques, comme sur des mesures relevées par satellite, mais aussi l'épaisseur du manteau neigeux, le recul des glaciers, l'analyse chimique de l'air emprisonné dans la glace, etc

    La connaissance de nombreux paramètres, comme la température à différentes altitudes, l'influence des gaz à effet de serre, l'humidité relative, l'évaporation océanique, est nécessaire pour produire des modèles climatiques numériques et anticiper les changements du climat que l'on peut prévoir à plus ou moins long terme (30 ans).
    Si la climatologie s'intéresse essentiellement à l'étude et à la classification des climats existants sur terre, une partie de la discipline traite aussi de l'interaction entre climat et société ; que ce soit l'influence du climat sur l'Homme ou de l'Homme sur le climat.

    Les domaines d'études
    • Études des climats en fonctions de la taille des zones géographiques du climat régional au climat local, de leurs positions sur le globe (Classification des climats).
    • Création et l'utilisation de modèles climatiques dans le but de comprendre et de prévoir le climat.
    • Étude des macro phénomènes climatiques (El Nino, les moussons l'oscillation de Madden-Julian, l'oscillation nord-atlantique, ...).
    • Étude de l'impact des changements climatiques sur la société et l'environnement.
    • Étude des variations anciennes du climat (Paléoclimatologie).
    Les grands éléments du système climatique

    L'atmosphère
    Atmosphère : du grec atmos -vapeur humide- et sphère On entend souvent par le terme atmosphère, la première de ses couches, à savoir la troposphère. L'atmosphère est une enveloppe gazeuse fondamentale à l'existence des êtres vivants et de la vie en milieu terrestre. Celle-ci joue également un rôle majeur dans le cycle de l'eau. (évaporation=précipitation)
    L'air en son sein est défini en termes de température, pression, charge humide et mouvements ou direction(horizontaux et verticaux).
    La partie de l'atmosphère la plus proche de la Terre est donc la troposphère, dans laquelle se jouent les principaux phénomènes météorologiques. Cette couche de l'atmosphère n'apparaît pas régulière dans la mesure où l'on observe une épaisseur plus importante au niveau de l'équateur (17 à 18 km).
    Structure thermique atmosphérique et couches
    On notera la présence de gradients thermiques qui varient sur une échelle horizontale de la troposphère jusqu'à la ionosphère. Jusqu'à environ 15 km d'altitude la température diminue (troposphère supérieure)
    L'air, dans cette basse couche (8 à 9 km) est soumis à d'importantes turbulences. Cette instabilité a pour origine les reliefs ainsi que les contrastes thermiques générés par les grands ensembles continentaux et océaniques. La tropopause constitue la limite supérieure de la troposphère. La température moyenne y est de -57 °C.
    La stratosphère
    De 15 à 50 km. La température se remet à augmenter doucement. La cause est simple et provient de l'absorption par l'ozone des rayons Ultra Violet qu'elle contient. Le courant-jet, courant horizontal majeur trouve sa place dans cette stratosphère. La stratopause est la limite supérieure de cette couche.
    La mésosphère
    De 50 à 80 km.
    Le gradient thermique redevient négatif. Il le devient à 80 km d'altitude d'environ -65 °C. La mésopause constitue sa limite supérieure.
    L'ionosphère ou thermosphère De 80 à 100 km environ. Les températures augmentent fortement. On assiste à l'intérieur de cette couche atmosphérique au phénomène de dissociation des molécules d'hydrogène et de dioxygène. La thermopause, limite supérieure, reste floue.
    Le rôle de l'énergie solaire
    L'effet de serre
    La circulation atmosphérique

    Bibliographie
    Climatologie, Jean Pierre Vigneau, Armand Colin, 2005
    Les climats: processus, variabilité et risques, Gerard Beltrando, Armand Colin, 2004
    Introduction à la climatologie, André Hufty, Broché, 2001
    Dictionnaire du climat, Gérard Beltrando et Laure Chémery, Larousse, 1995, ISBN 2-03-720233-4
    Locher, Fabien, Le Savant et la Tempête. Étudier l’atmosphère et prévoir le temps au XIXe siècle, Rennes, Presses Universitaires de Rennes, coll. « Carnot », 2008
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    • #3
      Météorologie

      La météorologie a pour objet l'étude des phénomènes atmosphériques tels que les nuages, les précipitations ou le vent dans le but de comprendre comment ils se forment et évoluent en fonction des paramètres mesurés tels que la pression, la température et l'humidité. Le mot vient du grec antique où meteor désigne les particules en suspension dans l'atmosphère et logos veut dire discours ou connaissance.
      C'est une discipline qui traite principalement de la mécanique des fluides et de la thermodynamique mais qui fait usage de différentes autres branches de la physique, de la chimie et des mathématiques. Purement descriptive à l'origine, la météorologie est devenue un lieu d'application de ces disciplines. Pour ce faire elle doit s'appuyer sur un réseau cohérent d'observations : Le premier du genre -qui concerne un territoire multinational étendu- apparaît en 1854, sous la direction du français Le Verrier qui établit un réseau européen de données atmosphériques et fonctionne de manière opérationnelle dès 1856.
      La météorologie moderne permet d'établir des prévisions de l'évolution du temps en s'appuyant sur des modèles mathématiques à court comme à long terme. La météorologie a des applications dans des domaines très divers comme les besoins militaires, la production d'énergie, les transports (aériens, maritimes et terrestres), l'agriculture, la médecine, la construction, la photographie aérienne ou le cinéma. Elle est également appliquée pour la prévision de la qualité de l'air.

      Technologies de contrôle météorologique
      Circulation atmosphérique
      La circulation atmosphérique est le mouvement à l'échelle planétaire de la couche d'air entourant la Terre qui redistribue la chaleur provenant du Soleil en conjonction avec la circulation océanique. En effet, comme la Terre est un sphéroïde ayant un axe de rotation 23,5 degrés par rapport à son plan de translation autour de notre étoile, la radiation solaire incidente au sol varie entre un maximum aux régions faisant face directement au Soleil (équateur) et un minimum à celles très inclinés par rapport à ce dernier (Pôles). La radiation réémise par le sol est liée à la quantité d'énergie reçue. Il s'ensuit un réchauffement différentiel entre les deux régions qui ne peut persister sous peine d'une augmentation sans fin de ce dernier et c'est ce qui crée la circulation atmosphérique.
      La pression à la surface et en altitude se répartit donc en zones organisées où la pression est un maximum (anticyclone), un minimum (dépression), un minimum local (creux barométrique), un maximum local (crête barométrique). Les zones où les basses températures provenant des Pôles rencontrent les chaudes températures venant de l'Équateur se nomment des fronts : Front froid, front chaud et front occlus. Certains systèmes météorologiques ont des noms particuliers : cyclones tropicaux, mousson, haboob, El Niño, blocage d'air froid, etc.

      El Niño, la Niña
      El Niño et l’oscillation australe (OA) sont les deux pôles d'un même phénomène appelé ENSO qui affecte le sud du Pacifique. Les cycles de ce dernier perturbent l’équilibre thermodynamique du couple océan (El Niño) – atmosphère (oscillation australe). Il est à l’origine d’importantes modifications de la circulation atmosphérique et océanique ayant des impacts mondiaux.
      L’opposé d’El Nino est La Niña qui amène des températures océaniques anormalement froides sur l’est du Pacifique autour de l’équateur. L’activité orageuse est renforcée sur l’ouest du bassin du Pacifique alors que les alizés gagnent en intensité. Les effets de La Nina sont à peu près opposés à ceux d'El Niño. La Niña et El Niño ne se suivent pas toujours, seulement en moyenne une fois sur trois, mais la succession rapide de conditions climatiques très différentes d’un régime à l’autre peut engendrer un important stress sur la végétation.

      Le vent
      est un mouvement de l’atmosphère. Il apparaît sur toutes les planètes disposant d’une atmosphère. Ces mouvements de masses d’air sont provoqués par deux phénomènes se produisant simultanément : un réchauffement inégalement réparti de la surface de la planète par l’énergie solaire et la rotation de la planète. Une représentation des variations de force moyenne des vents selon leur orientation, et par là le repérage des vents dominants, peut être fait sur les secteurs d'une rose des vents.
      Sur Terre, plusieurs régions ont des vents caractéristiques auxquels les populations locales ont donné des noms particuliers. Les vents sont une source d’énergie renouvelable, et ont été utilisés à travers les siècles à divers usages, par les moulins à vent, la navigation à la voile ou plus simplement le séchage. En montagne, le vol à voile utilise pour partie le vent (vol de pente) et en général (montagnes et plaines) les courants ascendants générés par l’échauffement des particules d'air. La vitesse du vent est mesurée avec un anémomètre mais peut être estimée par une manche à air, un drapeau, etc.
      Les vents peuvent être réguliers ou en rafales. On retrouve des corridors de vent très forts le long des zones de contraste de températures qu'on appelle courant-jets. Sous les orages, la transformation du cisaillement horizontal du vent en tourbillon vertical donne une tornade ou une trombe marine. Le même phénomène peut se produire sans nuage et donne un tourbillon de poussière. La descente de l'air vers le sol avec les précipitations dans un orage donne une rafale descendante. En mer, les fronts de rafales sont appelées grains. Le relief est aussi la cause de vents catabatiques ou anabatiques.
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      • #4
        suite Météorologie

        Nuages et précipitations
        L'atmosphère terrestre est constituée principalement d’azote (près de 80 %), d'oxygène et de vapeur d'eau. Ses mouvements verticaux permettent la compression ou la dilatation de ce gaz selon la loi des gaz parfaits dans un processus habituellement adiabatique. La quantité maximale de vapeur d’eau que peut contenir l'air est fonction de la température de celui-ci. Lorsque l'air s'élève, il se dilate et sa température diminue, permettant la condensation de la vapeur d'eau, à saturation, en gouttelettes. Un nuage est alors formé.
        Un nuage est donc un ensemble de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en suspension dans l’air. L’aspect du nuage dépend de la lumière qu’il reçoit, de la nature, de la dimension, du nombre et de la répartition des particules qui le constituent. Plus l’air est chaud, plus il peut contenir de la vapeur d’eau, et plus le nuage sera important. Plus les mouvements verticaux de l'air sont forts, plus le nuage aura une extension verticale importante.
        On distingue deux types principaux de nuages : les nuages stratiformes, qui proviennent du mouvement à grande échelle de l'atmosphère, et les nuages convectifs qui eux se forment localement quand l'air est instable. Ces deux types de nuages peuvent se retrouver à tous les niveaux de la troposphère et sont subdivisés selon la hauteur où ils se trouvent (basse, moyenne, élevée).
        Si le mouvement vertical est suffisant, les gouttelettes ou les cristaux de glace fusionneront pour donner des précipitations liquides ou solides : pluie, bruine, neige, grêle, grésil, verglas et granule de glace. Elles seront sous forme continue avec les nuages stratiformes et sous formes d'averses ou d'orages dans ceux convectifs. D'autres hydrométéores se forment au sol comme la brume et le brouillard.

        Phénomènes accessoires
        Les phénomènes météorologiques sont souvent accompagnés de ou produisent des phénomènes secondaires. Le vent soulève du sol des solides non aqueux, des lithométéores, qui restent en suspension dans l’atmosphère. La brume sèche est ainsi une suspension dans l’air de particules invisibles à l'œil nu et sèches, suffisamment nombreuses pour donner à l’air un aspect opalescent. Dans les régions sèches, la brume de sable est une suspension de poussières ou de petits grains de sable qui restent dans l’air après une tempête de vent. Le chasse-poussière ou chasse-sable est de la poussière ou du sable soulevés du sol à des hauteurs faibles ou modérées par un vent suffisamment fort et turbulent. Quand le vent augmente, on assiste à des tempêtes de sable ou de poussière qui atteignent de grandes hauteurs. Quand un vortex très local se forme dans les régions désertiques, il y a souvent des tourbillons de poussière, un genre de tornade sans nuages.
        Certains phénomènes lumineux sont dus à la réflexion, la réfraction, la diffraction ou à l'interférence de la lumière sur les particules présentes dans l’atmosphère. Ce sont des photométéores. Ainsi, le halo et les parhélies, qui peuvent apparaître autour du Soleil ou de la Lune, sont dus à la réfraction ou la réflexion de la lumière sur des cristaux de glace dans l’atmosphère. Ces phénomènes ont la forme d’anneaux, d’arcs, de colonnes ou de foyers lumineux. Autour du Soleil, les halos peuvent avoir certaines couleurs alors qu’autour de la Lune, ils paraissent toujours blancs. De même, la couronne est constituée d'un ou de plusieurs anneaux colorés observables autour du Soleil ou de la Lune lorsqu'il (elle) se trouve derrière des nuages minces comme les altocumulus. Elle est due à la diffraction de la lumière sur les particules des nuages.
        D'autres phénomènes sont dus à la diffraction de la lumière. L'irisation, généralement du bleu et/ou du vert pâle, est la présence de couleur sur les bords des nuages à cause de la diffraction de la lumière. Une gloire est formée d'anneaux colorés qui apparaissent autour de l’ombre de l’observateur sur un nuage ou le brouillard en contrebas. L'arc-en-ciel, dont les couleurs vont du violet au rouge, apparaît lorsque la lumière venant d'une éclaircie passe dans une atmosphère remplie de gouttes de pluie. Les anneaux de Bishop sont un phénomène lumineux qui apparaît sur des particules solides, après une éruption volcanique par exemple, formant des anneaux bleuâtres à l’intérieur et rouges à l’extérieur, causé par la diffraction des rayons lumineux sur ces particules.
        Le mirage est dû aux densités différentes des couches d’air que traverse le rayon lumineux. Deux cas peuvent se produire : sur un sol surchauffé un objet éloigné devient visible, mais en image inversée, comme s’il se réfléchissait sur une étendue d’eau. C’est le mirage des déserts (le même phénomène se produit sur les routes goudronnées). Sur un sol plus froid que l’air, l’image de l’objet paraît au-dessus de l’objet vu directement. De tels mirages s’observent souvent en montagne ou au-dessus de la mer. C’est ainsi que l’on peut voir des objets situés en dessous de l’horizon. Les pied-de-vents sont des rayons solaires passant entre les nuages et vus à contre-jour, rayons qu'on perçoit alors comme un faisceau lumineux dans le ciel ou comme une « douche de lumière ».
        Il y a également diverses manifestations de l’électricité atmosphérique sous forme de lumières ou de bruits, appelées électrométéores. La plupart sont associés aux orages où on observe des décharges brusques d’électricité. Il s'agit de la foudre, de l'éclair et du tonnerre. Le feu de Saint-Elme est un type particulier de foudre.
        Finalement, bien que non associées à la météorologie, les aurores polaires, sont des phénomènes lumineux apparaissant dans les hautes couches de l’atmosphère en forme d’arcs, de bandes ou de rideaux. Les aurores sont fréquentes aux hautes latitudes où les particules ionisées du vent solaire sont déviées par les pôles magnétiques et viennent frapper l'atmosphère.
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        • #5
          suite 2 Météorologie

          Environnement
          Réchauffement climatique
          Le réchauffement climatique est un phénomène d'augmentation de la température moyenne des océans et de l'atmosphère, à l'échelle planétaire et sur plusieurs années. Dans son acception commune, ce terme est appliqué au changement climatique observé depuis environ 25 ans, c'est-à-dire depuis la fin du XXe siècle. La plupart des scientifiques attribuent la plus grande partie de ce réchauffement aux émissions de gaz à effet de serre (GES) d'origine humaine. La probabilité que le réchauffement climatique depuis 1950 soit d'origine humaine est de plus de 90 % selon le quatrième rapport du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) chargé d'établir un consensus scientifique sur cette question. Cette thèse n'est contestée que par une minorité de personnalités.

          Climatologie appliquée
          En tant que discipline mesurant différentes sources d'énergies ou ressources renouvelables (l’ensoleillement, le vent, les précipitations, etc.), la météorologie permet de mesurer les quantités d’énergie renouvelable et eau disponibles et de prévoir leur disponibilité dans le temps. Elle améliore le repérage des situations les plus propices aux sources alternatives d'énergie, qui peuvent contribuer à limiter le réchauffement et permet de mieux adapter l'habitat bioclimatique et les besoins en efficience énergétique à chaque contexte climatique.
          Les anglophones parlent aussi de biométéorologie, et en France des formations spécialisées dans le domaine environnemental sont diffusées, entre autres par
          Météo-France qui propose des modules comme « Météorologie de l'environnement », « Météorologie pour le potentiel éolien » et « Environnement ».
          L'épidémiologie, et l'écoépidémiologie font aussi appel aux sciences du climat.

          Phénomènes reliés aux conditions météorologiques
          • Anémomorphose : déformation de la forme des plantes et des paysages végétaux sous l'effet des vents dominants et des embruns.
          • Carambolages causés par de mauvaises conditions météorologiques
          • Accidents d'avion dus aux orages ou tempêtes
          • Désertification due aux changements climatiques
          • Feux de forêt dus à la foudre ou attisés par les vents
          • L'exposition à des conditions de froid ou de chaleur extrêmes engendre :
            • hypothermie
            • hyperthermie
          • Inondations par des précipitations abondantes
          • Les variations de pressions atmosphériques sont soupçonnés de déclencher les migraines
          • Les conditions d'ensoleillement et de chaleur sont des facteurs dans la formation de l'ozone au niveau du sol et du smog
          • Pluie d'animaux dont la cause probable est le transport d'animaux par des trombes marines
          • Réchauffement global qui change le climat.
          Bibliographie
          • Alfred Fierro, Histoire de la météorologie, Éditions Denoël, 1991, 315 p.
          • Bureau scientifique des longitudes, Encyclopédie scientifique de l’univers : La terre, les eaux, l’atmosphère, vol. 1, Paris, Gaulthier-villars, Bordas, 1884, 2e éd., 346 p. (ISBN 978-2-04-015549-0)
          • Philippe Claire, Faire la pluie ou le beau temps, Buchet Chastel, coll. « Environnement », 2005, 212 p. (ISBN 2-283-02023-9)
          • Robert Delmas, Serge Chauzy, Jean-Marc Verstrade et Hélène Ferré, Atmosphère, océan et climat, Belin, Paris, Pour la Science, 2007, 288 p. (ISBN 978-2-7011-4508-2)
          • Vincent Dubreuil et Jean-Pierre Marchand, Le climat, l’eau et les Hommes, Presses Universitaires de Rennes, coll. « Espace et Territoire », 1997, 334 p. (ISBN 978-2-8684-7245-8)
          • Alex Hermant, Traqueurs d’orages, Paris, Nathan-HER, coll. « Les rendez-vous de la nature », 2002, 256 p. (ISBN 978-2-09-260546-2)
          • Reinhardt Hess, La Météorologie au fil des mois – éléments de surveillance, projet d’observations, conseils, Images, coll. « Observer et découvrir », 1993, 128 p. (Traduction de Hobby Natur Wetterbeobachtung durch das Jahr, Mosaik Verlag Gmbh Munich, 1993. ISBN 2 908136 70 8)
          • Richard Leduc et Raymond Gervais, Connaître la météorologie, Presses de l'Université du Québec, 1985, 299 p. (ISBN 978-2-7605-0365-6 et 9782760503656) [lire en ligne]
          • Fabien Locher, Le Savant et la Tempête. Étudier l’atmosphère et prévoir le temps au XIXe siècle, Rennes, Presses Universitaires de Rennes, coll. « Carnot », 2008 (avec notamment une analyse complète sur Le Verrier et les débuts de la prévision météorologique savante, et un chapitre sur l'histoire des météorologistes « amateurs »)
          • Michel Magny, Une histoire du Climat, des derniers mammouths au siècle de l’automobile, Paris, Errance, coll. « Collection des Hespérides », 1995, 176 p. (ISBN 978-2-87772-100-4)
          • Gavin Pretor-Pinney, Le guide du chasseur de nuage, Paris, JC Lattès, coll. « Les aventures de la connaissance », 2007, 378 p. (ISBN 978-2-7096-2847-1) (Traduction par Judith Coppel-Grozdanovitch de The Cloudspotter’s guide, Hodder & Stoughton, London, 2006)
          • Sylvie Malardel, Fondamentaux de météorologie, 2-ième édition, Cépaduès, 2009, 711 p. (ISBN 9-782854-288513)
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