L observation de l'atmosphère

Introduction

L’observation de l’atmosphère est le point de départ de toute analyse météorologique : les mesures effectuées servent à comprendre le fonctionnement de l’atmosphère et sont à la base de la prévision du temps.
L’observation de l’atmosphère est conduite à l’échelle du globe et est coordonnée par l’OMM (Organisation Météorologique Mondiale). Les méthodes d’observations évoluent très rapidement avec les progrès techniques.
Nous allons décrire les paramètres à observer, les réseaux de mesure avec une introduction aux méthodes de télédétection.

1. La température

C’est une grandeur physique qui caractérise l’agitation moléculaire.
Elle est proportionnelle à l’énergie cinétique moyenne des molécules de matière.
L’unité su système international est le Kelvin (K) qui est reliée au degré Celsius par la relation :
T (K) = T (°C) + 273,15

La température exprimée en K a une valeur nulle en l’absence d’agitation moléculaire et dans les autres cas, elle est toujours positive.
La valeur du degré correspond au centième de la différence de température entre celle de la glace fondante et celle de l’eau bouillante, mesurées pour une pression de 1013,25 hPa.

L’appareil de mesure est le thermomètre. Son principe consiste à établir un équilibre thermique entre le thermomètre et le milieu dont on veut mesurer la température. Les capteurs de température utilisent soit la dilatation d’un liquide ou bien soit la résistance électrique de composants électroniques (exemple : un filament de tungstène) qui varie avec la température.
La mesure directe de la température de l’air est sensible à l’environnement et les thermomètres doivent être placés sous des abris qui les protègent du rayonnement, des précipitations et qui assurent un bon équilibre thermique avec l’air.

2. La pression atmosphérique

La pression d’un gaz est également liée au comportement des molécules qui le constituent. Elles subissent des collisions entre elles ou avec les parois qu’elles rencontrent.
Chaque portion d’un fluide exerce ainsi une force sur les portions de fluide qui l’entoure et réciproquement. Cette force par unité de surface correspond à la pression.
Dans l’atmosphère, la pression en un point mesure approximativement le poids d’une colonne d’air de section horizontale égale à l’unité de surface, située au-dessus du point de mesure.
L’unité du système international est le pascal (Pa) qui correspond à un newton par mètre carré (1 Pa = 1 N.m-2). Au niveau de la mer, sa valeur est voisine de 105 Pa, soit 1000 hPa. Une autre unité encore couramment utilisée est le millibars (mb) : 1 mb = 1 hPa.

La pression de l’air est mesurée à l’aide de baromètres, qui utilisent une colonne de mercure ou le plus souvent qui s’appuient sur l’utilisation de capsules anéroïdes (capsules à vide) qui se déforment en fonction de la pression extérieure.
On définit la pression normale qui correspond à une hauteur de mercure de 76 cm mesurée à 0°C ; cela correspond à une atmosphère soir 1013,25 hPa.
Le pression atmosphérique varie dans l’espace, rapidement selon une verticale (environ 1hPa par 10 mètres de dénivelé) et très progressivement selon l’horizontal (quelques hPa pour 100 km). Une carte des pressions mesurées à la surface du sol est fortement influencée par l’altitude du point de mesure au sol et ressemble à une carte d’altitude.
Pour atténuer voire supprimer cette influence du relief sur la carte des pressions et donc obtenir une information cohérente avec les mouvements atmosphériques de mésoéchelle et supérieure, une correction est apportée aux valeurs de pression mesurées à la surface du sol pour obtenir une valeur de pression à un seul niveau de référence : c’est la pression réduite au niveau moyen de la mer.

3. Les modèles de prévision numérique

Par définition, un modèle est une construction matérielle ou abstraite "ressemblant" à l'objet modélisé, selon un certain nombre de caractéristiques pertinentes eu égard aux données disponibles et à l'objectif poursuivi. En météorologie, l’objet est l’atmosphère et une description complète de la complexité des processus qui s’y déroulent s’appuie sur un nombre considérable d’équations à résoudre en même temps.
Pour connaître l’état futur d’un tel système complexe, il est nécessaire de disposer de modèles qui simulent son comportement. Ces modèles sont généralement utilisés pour la prévision du temps à courte et moyenne échéance, mais ils sont également de véritables laboratoires en permettant de simuler des situations nouvelles en agissant sur certaines variables.

exemple Exemple

Par exemple, les conséquences d’une augmentation de la concentration de gaz à effet de serre dans l’atmosphère peuvent être simulées à l’échelle de la planète dans un contexte de réchauffement climatique.

Les modèles actuels permettent une description à l’échelle synoptique de l’atmosphère sur tout le globe ainsi qu’à mésoéchelle sur des aires limitées.