Les températures - Cours météo

La température s'avère être l’un des paramètres météo les plus utilisés en physique. Elle intervient grandement dans le cycle de l’eau et est à l’origine de l’évaporation, de la condensation et donc par conséquent de la nature de l’eau qui nous entoure (sous forme solide, liquide ou gazeux). La température est la résultante des chocs moléculaires entre eux.

Les données thermométriques de l'air peuvent être très fluctuantes en des points pourtant très proches du globe. La température relevée au soleil est bien différente de celle relevée à l’ombre et celle relevée au sol n’est pas la même que celle relevée à 1m50 de hauteur.

L’unité internationale pour exprimer ce paramètre est le Kelvin (K) mais nous utilisons encore et toujours des systèmes de mesures antérieurs plus compréhensibles pour l’homme qui sont le degré Celsius (°C) ou le degré Fahrenheit (°F).

• Pour convertir en degrés Celsius une température donnée en degrés Fahrenheit : (° F - 32) / 1.8
• Pour convertir en degrés Kelvin une température donnée en degrés Celsius : ° C + 273.15

Ces mesures ne sont pas faites n’importe comment. Les températures sont relevées à l’ombre, dans un abri, à 2 mètres du sol, à l’écart des perturbations des infrarouges terrestres.

Trois facteurs essentiels :

• La latitude. Plus on va vers les pôles, plus on va du chaud vers le froid. Dans l’hémisphère nord, aux latitudes moyennes, le mouvement des isothermes est chahuté.
• La position océan / continent. Régimes thermiques différents.
• La topographie locale. Exemple : en montagne, il y a des écosystèmes très différents en fonction des expositions du soleil.

1 | Les régimes thermiques

Il s'agit de l’évolution des températures sur un pas de temps (régime mensuel, régime saisonnier). Dès lors que l’on parle de régime, on introduit l’amplitude (différence entre mois le plus chaud et mois le plus froid). Cette amplitude dépend de deux facteurs :

• la latitude (on observe que l’amplitude thermique augmente avec la latitude)
• la continentalité (cette amplitude augmente au fur et à mesure que l’on va au cœur des continents).

Parlons de la variation saisonnière. Cette dernière est strictement solidaire de l’apport de l’énergie solaire. Ce phénomène de variation est plus marqué aux moyennes et hautes latitudes. Ainsi aux latitudes moyennes, la courbe de températures est simple (les maximales vers juillet, les minimales vers janvier).

Quant à la variation journalière, elle reflète de l'amplitude thermique diurne. Elle est négligeable aux hautes latitudes mais augmente au fur et à mesure que l’on va vers l’équateur. Aux latitudes tempérées, cette amplitude peut être sensible. De même cette variation est plus importante quand on va vers le cœur des continents.

Par ailleurs, les climats extratropicaux observent des écarts saisonniers les plus importants, alors que les climats intratropicaux bénéficient d'écarts diurnes importants, faisant la caractéristique thermique de la zone.

2 | Températures et altitude

Avec l’altitude, la température décroît. Dans cette relation températures/altitude, on a mis en place un gradient thermique vertical. Ce gradient à une valeur de 0.6°C/100m. Dans la réalité, il est compris entre 0.4°C et 1°C par 100 mètres. Ceci explique le climat froid en montagne, même si cette dernière connaît l’été (peut être absent dans les hautes latitudes).

Il existe ce qu'on appelle une inversion thermique : il fait plus chaud en altitude qu’au sol.

On retrouve ces inversions dans les zones de vallées, de bassins, lors d'une situation météorologique calme et où les effets radiatifs sont plus importants. Dans cette configuration, en vallée, l’air froid devient de plus en plus froid et stagne au fond de la vallée et à une certaine température, l’air se condense et donc on a une formation nuageuse de basse altitude.

A première vue il est difficile d’admettre que la température de l’air puisse s’abaisser avec l’augmentation de l’altitude : nous nous rapprochons du soleil, les rayons solaires sont nettement plus forts, non ?

En réalité, lorsqu’une parcelle d’air est contrainte de prendre de l’altitude, la pression diminue en son sein puisque la colonne d’air qui la surplombe a tendance à se réduire. Or les lois thermodynamiques nous apprennent que la température décroît automatiquement lorsqu’un gaz se détend. Notre parcelle d’air va donc perdre au fur et à mesure de sa montée de la chaleur.

On admet qu’en tout point de la Terre la température décroît avec l’altitude selon une moyenne de 0,60°C/100 mètres. Cela dit, il ne s’agit que d’une moyenne puisque nous réalisons un ajustement statistique entre la décroissance de la température d’une parcelle d’air sec (perte de 1°C/100m suivant l’adiabatique) et la décroissance de la température d’une parcelle d’air saturée (perte de 0,5°C/100m suivant la pseudo-adiabatique). Ce phénomène est principalement lié à ce que l’on appelle la chaleur latente. En cas d’air saturé, la condensation a tendance à libérer de la chaleur, ce qui limite la déperdition de chaleur et à fortiori le refroidissement.

Par ailleurs, la température de l’air peut perdre brutalement plusieurs degrés au voisinage d’un sol surchauffé en période estivale. Cela dit, dans son ensemble, la température de l’atmosphère ne diminue pas sans cesse. Du haut de ses 600 kilomètres, l'atmosphère est marquée par des grandes variations thermiques.

Les différentes couches de l'atmosphère à une altitude inférieure à 100 km

Plus globalement, l'atmosphère est un ensemble de couches composées d'air où l'on trouve des particules solides ou liquides. Dans la basse atmosphère on y trouve la troposphère (7 à 20 km en fonction de la latitude). Dans la moyenne atmosphère, on trouve la stratosphère (20 à 40 km) et la mésosphère (50 à 90 km). Enfin, dans la haute atmosphère on retrouve la thermosphère (100 à 500 km) et l'exosphère (> 500 km).

Intéressons-nous davantage aux couches dont l'altitude est inférieure à 100 km :

1 - La troposphère : c'est la première couche en partant du sol contenant la majorité de la vapeur d’eau de notre atmosphère. C’est dans la troposphère que se produisent la quasi-totalité des phénomènes météorologiques. L’épaisseur de la troposphère n’est pas constante et varie selon la latitude, les saisons, la nature d’une masse d’air caractérisant un régime de temps. La partie haute de la troposphère, que l’on nomme tropopause est le niveau où la température va cesser de décroître avec l’altitude. La température stagne aux alentours de -60°C (-50°C pour une basse tropopause et -80°C pour une tropopause élevée). La tropopause demeure un élément majeur dans la formation des perturbations des régions tempérées.

2 - La stratosphère : dans cette couche, la température croit avec l’altitude. L’ozone présent au sein de la stratosphère a tendance à absorber les rayons ultraviolets permettant un réchauffement suffisamment important. Comme dans la troposphère, il existe dans la partie haute de la stratosphère une limite supérieure se situant vers environ 50 km avec une température moyenne de 0°C. Elle est appelée stratopause.

3 - La mésosphère : la température décroît à nouveau pour atteindre en moyenne les -90°C à son sommet, au niveau de la mésopause se situant vers 80 km au-dessus du sol. Cette nouvelle discontinuité marque la fin de l’homosphère et le début de l’hétérosphère.

Évolution des saisons sur Terre

3 | Variations saisonnières

Les rayons du soleil parviennent jusqu'à la surface de la Terre et parviennent à s'initier dans notre atmosphère selon un angle différent suivant les saisons que l’on dit « astronomiques » et qui sont dues à l'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre par rapport au plan de son orbite. En astronomie, le premier jour de la saison hivernale se nomme le solstice d’hiver. Il a lieu le 21 décembre et il correspond à la durée du jour la plus courte de l’année (ou la nuit la plus longue). Le premier jour de la saison estivale se nomme le solstice d’été. Il a lieu le 21 juin et il correspond à la durée du jour la plus longue de l’année (ou la nuit la plus courte). Le premier jour du printemps et de l’automne se nomme quant à lui l’équinoxe (respectivement le 20 mars et le 22 septembre), correspondant au moment de l’année où le jour et la nuit ont une durée égale. Ainsi, suivant les saisons, les jours sont plus ou moins longs mais l’intensité des rayonnements solaires est également différente.

Prudence toutefois, car les saisons sont plus ou moins valables suivant la latitude du lieu en question ou même suivant la disposition des reliefs (zone continentale ou maritime). A titre d’exemple, dans le domaine tempéré, l’hiver constitue la période de l’année la plus chaude tandis que l’été représente le moment le plus chaud. Le printemps et l’automne ne sont qu’alors des saisons intermédiaires qui ne peuvent pas être qualifiées de « plus chaudes » ou de « plus froides ».

A proximité des pôles, la saison hivernale se définit comme étant la période de reconstitution des glaces tandis que l’été représente la période de dégel. Au plus proche de l’Équateur, les faibles variations thermiques nous obligent à nous baser sur les quantités pluviométriques afin de définir la saison sèche ou bien la saison humide.

Alternance des saisons dans l'hémisphère nord