Examen 1 Flashcards
Différencier la météorologie de la climatologie
Météorologie: Science qui a pour objet l’étude de
l’ATMOSPHÈRE et des PHÉNOMÈNES qui s’y produisent, dans le but pratique d’établir des
prévisions du temps.
S’intéresse aux phénomènes atmosphériques se déroulant à TRÈS COURT TERME pour une région géographique souvent plus RESTREINTE.
Climatologie: Le climat se définit comme l’ÉTAT MOYEN de l’atmosphère résultant de la succession de
différentes conditions météorologiques pendant une LONGUE PÉRIODE (habituellement au moins
30 ans) dans une région donnée. C’est aussi les EXTRÊMES et la VARIABILITÉ climatique que l’on
observe au cours de cette même période.
S’intéresse aux phénomènes atmosphériques sur une plus LONGUE ÉCHELLE de temps et généralement sur une plus GRANDE COUVERTURE SPATIALE.
Énumérer les grandes étapes qui ont permis aux sciences de l’atmosphère de progresser ainsi que les personnages scientifiques qui y sont associés.
Thalès de Milet: Définition du cycle hydrologique
Torricelli: Invention du Baromètre
Copernic: Modèle héliocentrique (tout=centré sur soleil)
Fahrenheit et Celsius: Invention d’échelles Thermométric
Boyle et Hook: Compressibilité des gaz
Invention du Télégraphe: rend possible l’échange d’informations relativement rapide pour prévoir l’évolution des systèmes météorologiques.
Carl-Gustaf Rossby: explication de la circulation générale de l’atmosphère.
TIROS: premier satellite météorologique.
Décrire le principe de base de la classification des climats de Köppen ainsi que les principales divisions et subdivisions climatiques.
Objectif
-Délimiter d’une manière simple les principaux paysages climatiques en établissant une concordance avec les écosystèmes du monde.
Principe de base
-Utilisation de deux facteurs limitants pour le développement des arbres
Facteurs limitants
- les températures moyennes mensuelles
- les précipitations totales mensuelles
Divisions
- A : Tropical humide (T moy du mois le plus froid > 18°C)
- B : Sec (précipitations insuffisantes pour l’établissement d’arbres)
- C : Humide, moyenne latitude, hiver doux (T moy du mois le plus chaud > 10°C et T moy du mois le plus froid oscille entre –3°C et 18°C)
- Doux=rarement sous le point de congélation.
- D : Humide, moyenne latitude, hiver rigoureux (T moy du mois le plus chaud > 10°C et T moy du mois le plus froid 1 500 m)
- E= mois polaire (plus chaud en-dessous de 10 degrées)
- H= climat de terre élevé (attitude supérieur de 1500 m)
Subdivisions Aw (Savane Tropicale): Effet saisonnier léger pour le régime thermique. Am (Climat de mousson): Effet saisonnier pour le régime pluviométrique. Af (Forêt Pluvieuse): Présence de précipitations importantes chaque mois.
Bwh (Déserts Tropicaux):
Bwk (Déserts Froids):
Bsh (Steppes Tropicales)
Bsk (Steppes Froides)
*Régime thermique présentant toujours un effet saisonnier.
**Retrouvé à différents endroits dans le monde.
H
*Très froid + Régime thermique de très forte amplitude + Très faibles précipitations (voir absentes)
Identifier et décrire les principaux facteurs qui contrôlent le climat
La Latitude
Du fait de la forme sphérique de la Terre, l’angle d’incidence sera plus grand près de l’équateur et plus faible près des pôles. L’apport d’énergie sera donc plus important dans les régions proches de l’équateur et de plus en plus faible au fur et à mesure que l’on se
rapproche des pôles
Effet Continental Étendue d'eau absente. Les continents se refroidissent aussi beaucoup plus rapidement. Les variations de température sont plus grandes au-dessus des continents qu’au-dessus d’une masse d’eau. Les climats très continentaux présenteront les plus grands extrêmes de température annuelle.
Effet Maritime Présence d’une étendue d’eau considérable à proximité. L’eau possède une capacité thermique plus importante que le sol des continents.
Position géographique
par rapport aux vents dominants Les bords continentaux exposés aux vents qui viennent du large (façades Ouest des continents) auront un caractère maritime plus prononcé que les bords continentaux soumis à des vents qui viennent des terres intérieures (façades Est des continents).
Chaînes de montagnes Celles-ci constituent de véritables barrières physiques et limitent la pénétration de l’air maritime vers l’intérieur des terres Ils ont un effet majeur sur les précipitations, ils sont responsables des précipitations dites orographiques et font en sorte que les versants de certaines montagnes présentent des climats différents car ils reçoivent plus de précipitations que l’autre versant.
Courants océaniques Influence plus prononcée durant la saison hivernale Souvent à cause d’eux qu’à une même latitude, mais sur deux continents distincts, on retrouve des climats très différents
Grands systèmes de pression et vent Le régime des précipitations à l’échelle de la planète est en grande partie contrôlé par les grands systèmes de pression. Les zones de basses pressions sont associées à des régions qui reçoivent de fortes pluies Les zones de hautes pressions sont associées à des régions arides
Identifier et expliquer les caractéristiques des différentes couches du profil de l’atmosphère thermique
Troposphère
-Contient environ 90% de la masse totale de l’atmosphère
-La principale source de chaleur dans la troposphère
est le sol échauffé par le rayonnement solaire.
-Ce gradient négatif de température rend la troposphère
dynamiquement instable et convective. Ainsi, c’est dans la troposphère que se produit la majorité des phénomènes météorologiques qui déterminent les conditions observées au sol. C’est directement dans la troposphère que sont émis les gaz liés à l’activité anthropique.
-La quasi totalité de la vapeur d’eau atmosphérique se trouve dans la troposphère
Stratosphère L’inversion du gradient thermique fait de la tropopause un couvercle quasi étanche au transport de matière entre la troposphère et la stratosphère. L’augmentation de température dans la stratosphère en fait une couche dynamiquement stable.
Mésosphère Où la température diminue à nouveau suite à l’émission infrarouge par l’oxygène atomique (O(3P)), l’oxyde d’azote (NO) et le dioxyde de carbone (CO2).
Thermosphère Augmentation de nouveau de la température suite à l’absorption du rayonnement solaire ultraviolet lointain par l’oxygène moléculaire. Par action de la gravité, ce sont les constituants les plus légers (hydrogène, hélium) qui prédominent quand l’altitude augmente. La haute atmosphère est également le siège de phénomènes d’ionisation liés aux interactions entre le champ magnétique terrestre et le flux solaire.
Expliquer l’objectif de la convention de Vienne et du protocole de Montréal et les retombées de ces deux grandes ententes internationales sur la concentration atmosphérique en ozone
Objectif:
Élimination graduelle de la production et de la consommation des substances qui appauvrissent la couche d’ozone ainsi que la réduction et la cessation de leur commerce.
-Un retour à l’état d’avant 1980 à l’horizon 2030-2050
Distinguer l’ozone stratosphérique de l’ozone troposphérique en ce qui concerne leur processus de formation/destruction, leurs sources, leurs puits et leurs influences sur les organismes vivants.
Ozone Stratosphérique
-L’ozone stratosphérique absorbe le rayonnement solaire ultraviolet de longueur d’onde inférieure à 300 nm. C’est de cette absorption que résulte l’augmentation de température.
-90% de l’ozone
- Grâce à sa forte section efficace d’absorption, l’ozone stratosphérique agit comme un filtre protégeant la biosphère du rayonnement solaire de courte longueur d’onde. Le rayonnement ultraviolet est en effet nocif pour les organismes vivants et est notamment une cause du cancer de la peau chez l’homme
-Le temps de vie de la molécule d’ozone est relativement
long, de quelques semaines à quelques mois en fonction de l’altitude
-Les vents stratosphériques zonaux tendent à HOMOGÉNÉISER la distribution de l’ozone dans une même bande de latitude
-l’ozone se forme naturellement par la photodissociation de l’oxygène moléculaire par le rayonnement solaire incident. Le principal cycle de production et destruction de l’ozone est le cycle de Chapman.
-Cette destruction de l’ozone à l’échelle globale est attribuée au rejet massif dans l’atmosphère de composés halogénés d’origine anthropique et en particulier des chlorofluorocarbones (CFC) par les industries depuis les années cinquante.
-Stables dans la troposphère, ces composés sont photodissociés dans la stratosphère, ce qui entraîne une augmentation considérable de la quantité de chlore et une destruction catalytique de l’ozone
-Les aérosols stratosphériques, d’origine volcanique et industrielle, présents à toutes les latitudes, catalysent les même réactions hétérogènes de destruction de l’ozone
-L’acide nitrique ntervient dans la formation des PSC. Il est reformé à leur surface lors des réactions hétérogènes contribuant à la destruction catalytique de l’ozone.
Ozone Troposphérique -L’ozone troposphérique est un polluant. Son inhalation en grande quantité est dangereuse pour la santé. Il ralentit la croissance du blé et peut provoquer des dommages à certaines plantes -L’ozone troposphérique est un produit secondaire formé suite à la présence de ses précurseurs que sont les oxydes d’azote (NO2 et NO), les composés organiques volatils (ex :le formaldéhyde, CH2O) et le monoxyde de carbone (CO) -L’ozone troposphérique est formé par photodissociation du dioxyde d’azote par le rayonnement visible -Maximale quand l’éclairement et la température sont élevés -En l’absence d’oxyde d’azote, l’ozone est détruit par déposition au sol et par photodissociation dans le proche ultraviolet -L’acide nitrique, une espèce réservoir et un puit, est lessivé par les pluies et retombe au sol et sur la végétation
Énumérer les grandes caractéristiques du soleil et expliquer son mode de fonctionnement
-Une étoile de génération ultérieure
-En grande partie composé d’hydrogène et d’hélium
-Brillance: moyenne
-Taille: naine
-6 couches
NOYAU: là qu’il génère son énergie à partir de réactions nucléaires
ZONE RADIATIVE: où l’énergie voyage vers l’extérieur par rayonnement
ZONE CONVECTIVE: La zone de convection est déployée sur 70% du rayon solaire
PHOTOSPHÈRE: où provient la quasi-totalité du
rayonnement visible.
CHROMOSPHÈRE
COURONNE: Partie externe de l’atmosphère du Soleil, non homogène, de très haute température. Des ondes
magnétiques, appelées ondes d’Alfvén, émanent du Soleil lui-même, se propagent à travers la couronne solaire et lui transmettent d’énormes quantités d’énergie
Mode de Fonctionnement -C’est la fusion de l’hydrogène en hélium qui fournit l’énergie du Soleil : quatre atomes d’hydrogène fusionnent pour former un atome d’hélium. -Les 4H ont une masse supérieur à celle de l'hélium, ce supplément est donc converti en énergie.
Décrire les différents processus de transfert de chaleur
Conduction
- De proche en proche sans qu’il y ait déplacement de matière
- S’observe aussi dans des fluides au repos, mais elle est beaucoup plus faible que dans un solide
- Le transfert de chaleur se fait donc sous l’influence d’un gradient de température
Convection -Transfert de chaleur résultant du mouvement naturel d’un fluide généré par une différence de température ou de densité -Concerne exclusivement les fluides
- Ce processus est associé à l’action de la gravité. On
note que si l’on chauffe la casserole par le haut, le fluide chaud se situe au-dessus du fluide froid et la convection est annihilée.Rayonnement -Transmission d’énergie d’un corps à un autre, par des ondes électromagnétiques, propagée à travers l’espace sans support matériel -Une fois absorbée par l’atmosphère et la surface de la Terre, cette chaleur est échangée avec l’environnement par conduction (ex. dans le sol) ou par convection (ex. dans l’atmosphère).
Décrire les principaux types de rayonnement associés au spectre électromagnétique (N & L) (8)
Rayon gamma
Forme de rayonnement électromagnétique de très haute énergie qui prend naissance à l’intérieur du noyau de
l’atome et qui est émis lors de la désintégration des corps radioactifs
Rayon X
L’origine est extra-nucléaire (hors du noyau de l’atome)
Ultraviolet Longueur d’onde dite intermédiaire entre celle de la lumière visible (du violet plus précisément) et celle des rayons X. Au total, presque 10% de l’énergie solaire reçue au sommet de l’atmosphère est sous cette forme. Ce type de rayonnement est nocif pour la santé humaine.
Visible Plus de la moitié du rayonnement solaire qui parvient au sommet de l’atmosphère est dans le visible
Infrarouge Fortement associé à la chaleur puisqu’à la température ambiante, les objets émettent des infrarouges. Le sommet de l’atmosphère reçoit environ 40% de l’énergie solaire sous cette forme.
Infrarouge lointain Onde radioélectrique encore peu exploité, car il existe peu de sources (et de détecteurs) capables de produire ce type de rayonnement à faible coût.
Micro-onde et radar Les ondes radars sont particulièrement importantes en météorologie, car on les utilise pour détecter les précipitations et les signes annonciateurs de temps violent (ex. les tornades).
Onde de radiodiffusion Forme de rayonnement électromagnétique utilisée dans le domaine des radiocommunications.
Calculer les paramètres suivants (N & L) et Être capable de les identifier sur un schéma (L):
- déclinaison du soleil;
- heures du lever et coucher du soleil;
- directions azimutales du lever et coucher du soleil;
- hauteur du soleil au midi solaire;
- courbes apparentes du soleil.
La déclinaison (δ)
-Angle entre le plan de l’orbite terrestre (ou plan de
l’écliptique) et le plan équatorial
- δ = 23,45° sin(360° (j + 284) / 365)
où δ : déclinaison (degrés)
j : numéro du jour (1 à 365)
Heures du lever et coucher du Soleil
Heure solaire vraie du lever = 12 – H
Heure solaire vraie du coucher = 12 + H
où H : durée d’une demi-journée
cos(H) = –tan(φ) × tan(δ)
où H : durée d’une demi-journée (degrés)
φ : latitude du lieu (degrés)
δ : déclinaison (degrés)
Directions azimutales cos(aa) = –sin(δ) / cos(φ) où aa : azimut (degrés) φ : latitude du lieu (degrés) δ : déclinaison (degrés)
Lever → da = 180° – aa
Coucher → da = 180° + aa
Hauteur du Soleil au midi solaire hmax = 90° – |φ – δ| où hmax : hauteur du Soleil au midi solaire (degrés) φ : latitude du lieu (degrés) δ : déclinaison (degrés)
Courbes apparentes du Soleil
À partir de trois points (au minimum), nous serons en mesure de tracer approximativement la trajectoire du
Soleil au-dessus de l’horizon. Ces trois points sont :
-La direction azimutale du lever
-La hauteur du Soleil au midi solaire
-La direction azimutale du coucher
Dans l’ordre, il faut réaliser les calculs suivants pour trouver nos trois points :
-Calcul de la déclinaison (δ)
-Calcul de la hauteur du Soleil au midi solaire (hmax)
-Calcul de l’azimut astronomique (aa)
-Calcul de la direction azimutale (da) du lever et coucher du Soleil
Une fois les trois points trouvés, il ne reste plus qu’à les reporter sur un diagramme comme celui-ci et à joindre les trois points.
Définir les termes température, chaleur spécifique et corps noir (L)
Température
-Grandeur physique qui rend compte du fait qu’un corps est plus chaud ou plus froid qu’un autre
-Variable d’état, proportionnelle à l’énergie
thermique d’un corps
Chaleur spécifique -Quantité de chaleur nécessaire pour élever d’un degré l’unité de masse de cette substance
Corps noir Objet théorique qui absorbe en totalité le rayonnement électromagnétique qu’il reçoit, sans en réfléchir ou en transmettre une partie. En absorbant toutes les couleurs du spectre visible, un tel corps apparaît donc noir pour un observateur.
Comprendre les lois physique suivantes et les appliquer au système Soleil-Terre (L): loi de Planck; loi de Stefan-Boltzman; loi de Wien; loi de Kirchoff;
Loi de Planck
-Expression du flux d’énergie, Bλ(T), en fonction de la température (T) et pour une longueur d’onde (λ)
Loi de Stefan–Boltzman -La puissance totale par unité de surface du rayonnement émis par un corps est obtenue en considérant le flux d’énergie sur l’ensemble des longueurs d’onde (c.-à-d. en intégrant la formule de Planck) F = ε σ T^4
Loi de Wien Dicte que la longueur d’onde (λm) pour laquelle le flux d’énergie est maximal (Bλ) est inversement proportionnelle à la température.
Loi de Kirchhoff Stipule qu’une substance émet du rayonnement à chaque longueur d’onde aussi efficacement qu’elle l’absorbe. De manière pratique, l’efficacité radiante d’une substance dépend de la longueur d’onde.
Décrire la géométire du système Terre-Soleil (L)
L’excentricité
Terme utilisé pour définir le degré d’aplatissement de l’orbite d’une planète. Une excentricité égale à zéro décrit une orbite parfaitement circulaire alors qu’une excentricité égale à 1 décrit une ellipse totalement aplatie
Périhélie Le point de l’orbite terrestre où la distance Terre–Soleil est minimale
Aphélie Point présentant la distance maximale
Équinoxes Moments de l’année où la déclinaison solaire est nulle, ce qui signifie qu’aucun hémisphère terrestre n’est orienté préférentiellement vers le Soleil
Solstices Moments de l’année où le Soleil est le plus éloigné du plan de l’équateur
Obliquité de l’écliptique Angle que fait l’axe de rotation de la Terre avec la perpendiculaire sur le plan de l’écliptique
Expliquer le mécanisme des saisons (L)
-Les saisons sont le résultat d’une variation continue de deux paramètres : la hauteur maximale du Soleil sur l’horizon et la durée du jour
-Ces deux paramètres varient au cours de l’année, car l’axe de rotation de la Terre n’est pas perpendiculaire sur le plan de l’écliptique
-L’été, le faisceau d’énergie est concentré sur une petite surface alors que l’hiver, le même faisceau d’énergie
(c’est-à-dire la même quantité d’énergie) est distribué sur une plus grande surface
