Circulation atmosphérique
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La circulation atmosphérique globale
La circulation atmosphérique globale se réfère au mouvement constant de l'air à travers l'atmosphère de la Terre. Elle est principalement influencée par des phénomènes tels que la rotation de la Terre, l'inclinaison de son axe, les variations de température entre l'équateur et les pôles, et la distribution inégale de l'énergie solaire.
La circulation atmosphérique est principalement causée par deux facteurs :
- Les mouvements de convection : l'air chaud se dilate et monte, tandis que l'air froid se contracte et descend.
- La force de Coriolis : la rotation de la Terre dévie les mouvements des masses d'air vers la droite dans l'hémisphère nord et vers la gauche dans l'hémisphère sud.
En raison de ces deux facteurs, la circulation atmosphérique globale se compose de trois cellules principales : celles de Hadley, de Ferrel et les polaires.
Le front polaire
Le front polaire est une frontière météorologique entre la cellule polaire et la cellule de Ferrel autour de la latitude 60°, près des régions polaires, dans les deux hémisphères. Il sépare l'air maritime polaire (mP) de l'air maritime tropical (mT). L'air mP est froid et sec, tandis que l'air mT est chaud et humide. Le front polaire est une zone de transition entre les deux masses d'air. Il est caractérisé par des changements brusques de température, de pression et de précipitations.
La latitude des chevaux
La latitude des chevaux correspond aux latitudes subtropicales comprises entre 30 et 35 degrés au nord ou au sud de l'équateur. Elle est caractérisée par des anticyclones dynamiques subtropicaux et par une descente d'air (subsidence) à grande échelle venu des courants d'air chauds de l'équateur. Cette configuration météorologique entraîne des vents très faibles ou nuls, ce qui rend la navigation très difficile.
La zone de convergence intertropicale
La zone de convergence intertropicale (ZCIT) est une zone étroite où se rencontrent les alizés des deux hémisphères. Elle est située autour de l'équateur, et sa position varie en fonction de la saison et de l'année. La ZCIT est caractérisée par une large bande de basse pression constituée de courants d'air ascendants. L'air chaud et humide des alizés est soulevé par ces courants, ce qui provoque des précipitations. La ZCIT est donc une zone de forte pluviométrie, et elle est responsable des saisons des pluies dans de nombreuses régions du monde.
La cellule de Hadley
La cellule de Hadley joue un rôle particulièrement important dans la distribution des précipitations et des températures à travers notre planète, et dans le climat global. La circulation atmosphérique porte le nom de George Hadley, un scientifique britannique du XVIIIe siècle, en reconnaissance de ses travaux sur les vents dominants et les modèles de circulation. Elle se situe entre l'équateur et environ 30 degrés de latitude nord et sud.
Dans le cas de la cellule de Hadley, l'effet de Coriolis dévie l'air ascendant à l'équateur vers l'ouest. Cet air ascendant est ensuite dévié vers le nord dans l'hémisphère nord et vers le sud dans l'hémisphère sud.
À la base de cette cellule se trouve la chaleur intense reçue par la Terre, principalement concentrée autour de l'équateur. Lorsque les rayons du soleil frappent la surface terrestre près de l'équateur, l'air se réchauffe, devient moins dense et s'élève. Ce mouvement ascendant provoque une zone de basse pression près de l'équateur. L'air chaud transporté en altitude se refroidit, libérant ainsi son humidité sous forme de précipitations.
Cela crée les ceintures de précipitations équatoriales, où se trouvent généralement les forêts tropicales denses. Une fois que l'air chaud s'est élevé, il se déplace vers les pôles, se refroidissant et devenant plus dense. À mesure qu'il se refroidit, l'air perd de son énergie et commence à redescendre vers la surface terrestre autour des 30 degrés de latitude, à la fois dans l'hémisphère nord et dans l'hémisphère sud. Cela crée une zone de haute pression atmosphérique dans les régions subtropicales.
L'air sec et plus frais descendant crée des conditions souvent arides dans ces régions subtropicales, comme les déserts du Sahara, d'Arabie ou encore d'Australie.
À la surface de la Terre, l'air se déplace ensuite vers l'équateur pour remplacer l'air qui s'est élevé, formant ainsi une boucle de circulation continue. Ce schéma de circulation de l'air est à la base des alizés, ces vents persistants qui soufflent généralement du nord-est dans l'hémisphère nord et du sud-est dans l'hémisphère sud.
La cellule de Ferrel
La cellule de Ferrel tire son nom du météorologue américain William Ferrel, reconnu pour ses contributions à la compréhension des mécanismes de circulation atmosphérique au XIXe siècle. Cette cellule occupe une zone entre environ 30 et 60 degrés de latitude nord et sud.
Au cœur de la cellule de Ferrel se trouve la dynamique résultant des échanges d'air entre la cellule de Hadley et la cellule polaire. L'air descendant des régions subtropicales, où la cellule de Hadley crée des zones de haute pression, rencontre l'air ascendant venant des latitudes polaires où la cellule polaire génère également des zones de haute pression. Cette rencontre crée une zone de basse pression atmosphérique caractéristique de la cellule de Ferrel.
Dans cette région, l'air circulant est influencé par la force de Coriolis, un effet dû à la rotation de la Terre, qui dévie les vents vers l'est dans l'hémisphère nord et vers l'ouest dans l'hémisphère sud. Cette déviation crée les vents d'ouest dominants à ces latitudes.
Les variations de température entre les tropiques et les pôles induisent un mouvement continu de l'air, entraînant ainsi ces vents d'ouest persistants. Ces vents jouent un rôle crucial dans la distribution des masses d'air, des systèmes météorologiques et des précipitations sur de vastes régions de la planète.
Par exemple, les vents d'ouest dominants sont responsables des dépressions qui se forment souvent dans les régions tempérées. Ces dépressions sont associées à des conditions météorologiques changeantes, telles que des précipitations, des vents forts et des orages.
La cellule polaire
La cellule polaire tire son nom des régions polaires autour des pôles nord et sud, s'étendant généralement entre 60 et 90 degrés de latitude.
Au cœur de cette cellule réside le mouvement d'air caractéristique entre les régions polaires et les latitudes moyennes. L'air froid et dense des régions polaires s'écoule vers le sud dans l'hémisphère nord et vers le nord dans l'hémisphère sud, rencontrant l'air ascendant de la cellule de Ferrel. Cette collision crée une zone de basse pression atmosphérique distinctive de la cellule polaire.
À ces latitudes, les effets de la force de Coriolis induisent également des vents dominants, mais cette fois-ci avec des composantes variables en raison de la complexité de l'interaction entre les vents polaires et les vents d'ouest des latitudes moyennes. Ces vents sont moins constants que les vents d'ouest des latitudes inférieures, car la cellule polaire est plus petite et plus faible.
Des cellules de circulation atmosphérique influencées par de nombreux facteurs
Les cellules de Hadley, de Farrel et polaire sont influencées par différents facteurs, notamment les gradients de température entre les tropiques et les pôles, les propriétés physiques de l'air, la rotation de la Terre (effet de Coriolis), et les caractéristiques topographiques comme les reliefs et les océans.
La circulation atmosphérique globale a des conséquences importantes sur les modèles météorologiques régionaux, les régimes de précipitations, les vents dominants et les schémas climatiques. Les perturbations dans cette circulation peuvent conduire à des événements météorologiques extrêmes, des modifications climatiques à grande échelle.
Des phénomènes tels qu'El Niño et La Niña, ainsi que d'autres oscillations climatiques à plus petite échelle, peuvent influencer et perturber ces schémas de circulation atmosphérique.