Le sol se réchauffe: Ou? Quand? Comment?. Les grands systèmes météorologiques 2/6

L’énergie solaire met en mouvement les enveloppes fluides de la Terre

Dans le premier chapitre nous avons développé la notion de densité. En filagramme nous avons compris que pour l’air comme pour l’eau, plus la température du milieu est élevée, plus le volume pour un poids donné est important et inversement. Par exemple, pour faire simple, 1 km³ d’air à trente degrés Celsius pèse moins lourd que 1 km³ d’air à 0 degrés Celsius. Cette constatation explique une notion parfois un peu confuse pour une grande part de la population : il y a « haute pression » quand le milieu et chaud & il y a « basse pression » quand le milieu est froid.

Le moteur principal, et quasi exclusif de cet apport énergétique sous forme de chaleur est notre astre solaire et donc c’est en étudiant les variations énergétiques que reçoit la surface de la terre que l’on pourra expliquer les grands mouvements de notre atmosphère comme celle de nos océans et en déduire les grand flux météorologiques, avant de nous pencher vers les épiphénomènes locaux qui font notre météo quotidienne.

Quelques échanges sur le forum de « futura » m’incitent à faire une petite escapade sur l’énergie reçue à la surface de notre planète en fonction de la latitude pour éviter certaines incongruités qui rendent caduques toutes explications rationnelles. (Voir en fin d’article)

Données de base :

            La terre reçoit une quantité d’énergie de notre astre bien déterminée, c’est ce qu’on appelle, peut-être à tort, la constante solaire. Il reste à essayer de comprendre comment cette énergie chauffe différemment la surface de notre globe en fonction de la latitude, par l’inclinaison de cette surface, de l’épaisseur de notre atmosphère, des saisons etc... et enfin de la loi Albédo.

Ceci déterminé, la dynamique mise en route nous expliquera les phénomènes météorologiques et leurs évolutions (prévisions météo).

La constante solaire « F », est l’énergie que reçoit 1 m² de notre planète sur un disque virtuel positionné à la lisière de son atmosphère (version officielle ½ distance soleil/terre -uA-, mais le résultat demeure le même). Jusqu’à il y a peu de temps sa valeur était la suivante : F=1368 W/m² ou F=1376 W/m² et elle portait pourtant l’appellation de constante car le monde scientifique la croyait immuable jusqu’à ce que on se rende compte qu’elle avait une variation permanente d’environ ±3.2% et que les pragmatiste l’arrondissent à F=1400 W/m².

L’énergie reçue à la surface du globe dépend de plusieurs critères que nous allons développer. Sachez seulement que l’énergie calculée de 342 W/m² (voir extrait du forum en fin d’article) est la moyenne reçue sur l’ensemble de la surface éclairée (des pôles à l’équateur)

Dans un premier temps la haute atmosphère agie sur le flux d’énergie comme un miroir de très mauvaise qualité en renvoyant environ 5% du flux vers le cosmos.

            Les critères qui complètent le phénomène de déperdition se regroupent dans la notion d’albédo qui regroupe tous les éléments pouvant réfléchir l’énergie solaire (visible) reçue par notre planète. Ce pouvoir réflecteur est de l'ordre de 30% sur la quantité énergétique reçue. Si l’on fait la moyenne (voir ci-dessus) soit 107 W/m2 qui sont réfléchis vers l'espace.

• Les différentes molécules des gaz qui composent la zone de la haute atmosphère soit la thermosphère, la mésosphère et enfin de la stratosphère qui rejoint la mésosphère en commençant à la limite en altitude de la troposphère aussi appelée « l’atmosphère météo », entre 7 km et 15 km, s’échauffent ou brillent en consommant ou réfléchissant à leur tour une partie de cette énergie résiduelle (moins la réflexion haute atmosphère) du flux solaire. (voir schéma de l’atmosphère)

• La stratopause qui est la séparation en la stratosphère et la troposphère (l’atmosphère météo), réfléchie une partie de ce flux.

• L’atmosphère météo ou troposphère, à son tour, mais de façon beaucoup plus importante que pour la haute atmosphère, car densifié par une quantité importante de molécules gazeuses, d’eau, de poussière etc…, absorbe une partie de ce flux.

Autant pour l’une que pour l’autre de ces zones atmosphériques nous avons une variable de l’épaisseur traversée par l’énergie solaire reçu, très importante, en fonction de la latitude. En effet, si au niveau de l’équateur au zénith et à la saison où il est au plus près du soleil l’épaisseur des atmosphères traversées est d’environ 400 km, au même instant, au pôle, cette épaisseur est de l’ordre de 2600 km. La quantité de molécules de gaz, d’eau et de divers solide, traversée dans ces deux extrêmes montre bien que la quantité d’énergie réfléchie et absorbée sera proportionnelle et donc que l’énergie au sol sera bien moindre à la surface du pôle qu’à l’équateur.

Si à ce moment l’énergie reçue, mesurée au niveau du « plan de la constante solaire » est partout de 1m², au niveau du sol il en va tout autrement suivant la latitude.

A l’équateur 1 m² de F = 1 m² au sol et l’énergie reçu est donc F- les réfléchies et absorbées/1

A St André de Cubzac près de Bordeaux (45°N 0°), l’énergie reçue est F- les réfléchies et absorbées/1,4

Au pôle nord l’énergie reçue est F- les réfléchies et absorbées/57

• Le dernier élément composant l’albédo est la nature du sol elle-même : l’albédo de Bond.

• Cette valeur est une valeur absolue comprise entre 0 & 1 ou 0 est la valeur qui représente l’absence totale de réflexion laissant la totalité de l’énergie reçu chauffer la surface au sol et 1 la réflexion totale, ne permettant pas à l’énergie reçu de provoquer le moindre réchauffement car elle serait renvoyée, dans sa totalité, vers le cosmos. Plus cette surface est sombre plus cette notion tend vers 0 (maximum de réchauffement) et plus elle est claire plus elle tend vers 1 (minimum de réchauffement). Le tableau suivant vous donne quelques relevés d’albédo en fonction de la qualité des surfaces

Toutes ces données explique ce que tout le monde sait : les pôles reçoivent très peu d’énergie qui de plus, par le phénomène d’albédo de la glaces et de la neige en réfléchit la presque totalité. Hiver

Toutes ces belles données sont perturbées par deux mouvements parasites dans notre voyage autour de notre astre.

La terre se positionne dans son orbite et modifie l’énergie reçu et emmagasinées au sol (suivant sa géolocalisation) par la rotation autour de son axe, Cet axe a eu la mauvaise idée d’avoir pris un angle de 23°,27’ par rapport à la perpendiculaire du plan d’orbite (lors d’une possible collision). L’orbite, elle-même, a une belle forme elliptique ce qui rapproche régulièrement et de façon sensible, la terre du soleil en faisant varier sa vitesse au court du cycle et en présentant alternativement un hémisphère puis l’autre aux excès de ses colères. Ce phénomène s’appelle le cycle des saisons. Inutile de vous le décrire, tout le monde en connait les effets météorologiques. Le schéma suivant est suffisamment explicite.

Une fois que nous aurons décortiqué les variations dues à la diffusion atmosphérique, nous serons prêts à comprendre la dynamique locale des mouvements atmosphériques et leurs perturbations.

Les croquis explicatifs de la réflexion, l’absorption et l’émission des ondes énergétiques reçues du soleil (essentiellement du réchauffement) sont sur une moyenne terrestre. Elles expliquent le fonctionnement général du moteur thermique de notre planète, mais, au niveau micro géographique les situations sont toutes autres suivant la densité nuageuse, la pollution ou la latitude. Cette vision macro géographique ne permet, en aucun cas, de prévoir une situation météorologique locale. Elle peut seulement donner une carte des climats. Cette carte démarrera donc notre prochain chapitre.

Extrait du forum futura