Rappel du cours du 17/11- la circulation atmosphérique extra-tropicale est influencée par (1) l’existence de gradients thermiques méridiens et continent/océan importants et (2) l’intensité de la force de Coriolis- les échanges de chaleur dans la zone extra-tropicale se font principalement par les perturbations tempérées. Elles correspondent à une confrontation de masses d’air thermiquement contrastées. La masse d’air chaud et humide est soulevée par l'air froid antérieur et postérieur, vers le centre d’une dépression mobile, dont la trajectoire (en général vers l'est) est déterminée par la circulation atmosphérique générale - la formation des perturbations s’effectue sur des fuseaux particuliers, là où le gradient thermique horizontal et/ou vertical est particulièrement fort (en moyenne sur la bordure est des continents et la bordure ouest des océans extra-tropicaux, soit entre le sud du Groënland, le NE des USA et le Canada oriental dans l'Atlantique Nord). Leur cycle de vie de quelques jours se termine quand la totalité de l’air chaud a été rejeté en altitude- les perturbations tempérées sont plus intenses en hiver mais l’intérieur des continents peut être alors abrité de leur influence par des anticyclones thermiques- la circulation océanique doit être divisée entre les premiers dizaines de mètres en surface (influencés par le vent) et la profondeur, de quelques dizaines de mètres à plusieurs kilomètres (influencés par les gradients thermiques et de salinité) - à proximité de la surface, le vent entraîne l’eau avec une dissipation progressive de l’énergie en raison de la friction de l’eau et une déviation de plus en plus prononcée vers le bas en raison de la force de Coriolis (dérive d’Ekman). La température locale de l’eau dépend aussi du sens général du courant marin- les courants marins en surface sont en général 'froids' (par rapport à l'atmosphère susjascent) sur l'est des océans tropicaux/subtropicaux et l'ouest des océans tempérés/subpolaires et 'chauds' sur l'ouest des océans tropicaux/subtropicaux et l'est des océans tempérés/subpolaires- en profondeur, la circulation thermohaline s’organise autour des cheminées convectives (vers le bas) au nord de l’Atlantique Nord et autour de l’Antarctique

Correction du test n°31. Dans la liste suivante, quel est l'ordre causal correct permettant d'expliquer la direction et la force du vent ?- Pression/Coriolis/Friction- Friction/Coriolis/Pression- Pression/Friction/Coriolis- Coriolis/Pression/Friction2. Quelle est la valeur (à 1% près en hectoPascals) de la pression moyenne réduite au niveau de la mer (vous ne devez répondre que par une seule valeur numérique sans unités) ?3. Quelle est la déviation imposée par la force de Coriolis dans l'hémisphère sud (vers la ...) ?4. Quelle est la direction moyenne des alizés dans l'hémisphère sud (vous devez choisir une seuledirection dans la liste suivante: N, S, W, E, NE, SE, NW, SW)5. Quelle est la direction moyenne des Alizés au-dessus de l'archipel des îles Hawaï ? (vous devez choisir une seule direction dans la liste suivante: N, S, W, E, SE, NE, SW, NW)6. Dans l'hémisphère sud, l'air tourne dans le sens des aiguilles d'une montre autour des anticyclones : Vrai/Faux ? 7. Une accélération du vent dans les basses couches induit une ascendance verticale à cet endroit : Vrai/Faux ?8. L'anticyclone des Açores est un exemple d'anticyclone dynamique : Vrai/Faux ?9. En altitude, à peu près au-dessus de 3 km, quel est le facteur dominant de la géographie de la pression ? (vous devez répondre par un seul mot sans article)10. L'anticyclone de Sibérie est un élément permanent de la circulation atmosphérique : Vrai/Faux ?

Pression/Coriolis/Friction

1013.25

gauche

SE

NE

faux

faux

vrai

température

faux

Partie 5 : Les climats

5.1. Définitions5.2. Les bases fondamentales de la géographie des

climats5.3. Les climats polaires5.4. Les climats des latitudes moyennes5.5. Les climats « arides »5.6. Les climats tropicaux5.7. Synthèse

5.1Les climats : définition- Les climats au sens large définissent les conditions climatiques moyennes d’un espace en tenant compte au moins du cycle annuel des températures et des précipitations mensuelles- très nombreuses classifications plus ou moins objectives (Köppen, Geiger, Trewartha etc.). Le fait de segmenter un espace avec des données continues contient obligatoirement une part subjective dans le sens où la moyenne d'un groupe ne rend pas totalement compte de la totalité des membres de ce groupe- un moyenne graphique usuel de visualisation des climats : le diagramme ombro-thermique combinant les moyennes mensuelles des températures et les précipitations (exemple d’Athènes)

température moyennemensuelle

cumul pluviométriquemensuel moyen

période relativement sèche d’avril à septembre (où Pmm < 2 x T(°C), critère de Gaussen)

Les contraintes climatiques sur la végétation (1) 5.2Plusieurs éléments climatiques sont susceptibles d'influencer la végétation « climacique », c'est-à-dire une végétation se développant naturellement en équilibre avec le climat, la topographie et les sols et sans intervention de l'homme) ;Froid ?- températures moyennes mensuelles toujours < 0°C : glace permanente- pas d'été (températures moyennes mensuelles toujours < 10°C : pas de végétation arborée). Les arbres ont en général besoin d'au moins 3 mois à > 10°C- le gel même fugace est une contrainte très importante pour une gamme importante de végétaux (par exemple, pour la plupart des agrumes)Chaleur ?- pas une véritable contrainte en tant que telle. C'est la combinaison avec la faiblesse ou l'absence de précipitations qui pose problème même si des températures très élevées stoppent la croissance de nombreuses plantes (par exemple, les céréales)Sécheresse ?- une quantité absolue de < 100 mm de précipitations annuelles empêche une végétation permanente- plus que la quantité absolue, le régime annuel des précipitations et la combinaison avec la température est très importante. Une faiblesse des précipitations lors de la saison chaude (comme en climat méditerranéen) est une contrainte relativement forte car l'été est la saison ou la demande en eau est la plus importante alors que la température élevée favorise la capacité évaporatoire de l'eau. Ainsi la majorité de la Sibérie arborée (= taïga) reçoit en moyenne moins de précipitations que la majorité du bassin méditerranéen, mais les précipitations y tombent en été et les températures y sont bien inférieuresVent ?- une vitesse excessive est une limite à la croissance des arbres mais cette contrainte est limitée aux littoraux + reliefs

Les contraintes climatiques sur la végétation (2) 5.2

Production de biomasse « potentielle » (considérant une photosynthèse à 100% efficace) en gramme de matière sèche par m2 et par an.- les maximas sont bien situés sur les régions les plus chaudes et les plus humides (bassins équatoriaux + certains secteurs de moussons + façades continentales orientales aux latitudes subtropicales)- les minimas sont atteints sur les régions froides (Groëland, Sibérie du NE ; l'Antarctique non représenté a une production potentielle nulle) et/ou les plus sèches (Sahara, Kalahari, Atacama etc.)

(http://www.fao.org/sd/EIdirect/climate/EIsp0002.htm)

Les climats : la relation avec les biomes 5.2

La géographie des « biomes » (= groupement végétal et animal adapté à son environnement, hors intervention humaine) représente bien les conditions climatiques car les végétaux, en particulier, s’adaptent aux conditions climatiques sur un temps relativement long

- Par exemple, dans la zone tropicale et subtropicale, la forêt pluvialeforêt pluviale nécessite de fortes précipitations > 1.5 m/an et l’assèchement progressif (et le raccourcissement de la saison des pluies), par exemple en Afrique tropicale au nord de l'équateur, entraîne le passage à la savane + savane + ou – arboréeou – arborée, la steppesteppe puis le désertdésert, du fait de la contrainte liée à la sècheresse de plus en plus prononcée- La végétation méditerranéennevégétation méditerranéenne couvre des espaces restreints avec une forte spécificité principalement dictée par la sécheresse estivale (plus contraignante que celle d'hiver en raison des températures élevées = végétation xérophile)- la toundratoundra correspond à un été trop bref et/ou pas assez chaud qui ne permet pas la croissance des arbres. C’est donc la végétation caractéristique des climats polaires et des climats de haute montagne

(source : http://www.blueplanetbiomes.org/world_biomes.htm)(source : http://www.blueplanetbiomes.org/world_biomes.htm)

TOUNDRA

FORET PLUVIALEVEGETATIONMEDITERRANEENNE

Les climats : la géographie zonale 5.2Distinction fondamentale en trois zones sur une base thermique :

Zone tropicaleZone tropicale constamment chaude constamment chaude définie par l’absence définie par l’absence d’hiver thermique (pas d’hiver thermique (pas de mois dont la de mois dont la température moyenne température moyenne mensuelle < 16°C ). mensuelle < 16°C ). Les climats tropicaux se Les climats tropicaux se différencient par différencient par l’abondance et le l’abondance et le régime pluviométrique régime pluviométrique (très majoritairement (très majoritairement avec un maximum d'été avec un maximum d'été et une saison sèche et une saison sèche plus ou moins longue plus ou moins longue centrée sur l'hiver)centrée sur l'hiver)

Zone polaire constamment froide Zone polaire constamment froide définie par l’absence d’été thermique (pas de mois dont la température définie par l’absence d’été thermique (pas de mois dont la température moyenne mensuelle > 10°C selon la définition de Köppen) soit > 60°-70°N et < 46°-50°S + grands massifs moyenne mensuelle > 10°C selon la définition de Köppen) soit > 60°-70°N et < 46°-50°S + grands massifs montagneux. Ces climats correspondent à l’absence de végétation arboréemontagneux. Ces climats correspondent à l’absence de végétation arborée

Zone intermédiaireZone intermédiaire = climats « tempérés » avec une = climats « tempérés » avec une alternance thermique hiver/été alternance thermique hiver/été au cours de l’année. au cours de l’année. « tempéré » est un terme ambigu car des climats très extrêmes comme la Sibérie E (-40°C en hiver à +20°C « tempéré » est un terme ambigu car des climats très extrêmes comme la Sibérie E (-40°C en hiver à +20°C en été) correspondent à ce critère …en été) correspondent à ce critère …

Les climats : les nuances spatiales 5.2Sur la base zonale vont se greffer deux divisions supplémentaires fondamentales ; (i) une division en fuseau (opposition de façades + opposition intérieur continental-côte-océan liées aux différences de substrat et au rôle de la circulation atmosphérique et océanique) ; (ii) une distinction altitudinale (même si il n’existe pas de climat de montagne « universel »)

Représentation idéalisée des climats selon la terminologie de Köppen

Courant marin chaudCourant marin froid

Circulation d’ouest des latitudes tempérées

Les climats de la zone polaire (1) 5.3

- > 60°-70°N en général dans l’hémisphère nord (mais jusqu’à 58°N au sud du Groënland) et < 46°-50°S dans l’hémisphère sud (la dissymétrie inter-hémisphérique s'explique par le poids de l’Antarctique)

- absence d’été (pas de mois dont la température moyenne mensuelle dépasse 10°C). C'est une contrainte physiologique très importante pour la végétation arborée (le froid hivernal n'est pas nécessairement une contrainte importante, et des arbres peuvent survivre avec des températures hivernales < -40°C, comme le mélèze)

- facteur explicatif fondamental : la latitude = rayonnement incident faible (= rayons solaires obliques) toute l’année, même en été alors que la durée du jour est alors longue - le froid est souvent accentué par la couverture de neige/glace permanente (inlandsis) ou saisonnière (albédo fort + température de surface <= 0°C)

- plutôt des conditions anticycloniques permanentes pour le climat d'inlandis (anticyclones thermiques, ce qui limite l'apport d'air allochtone plus doux dans les basses couches). Cette affirmation est moins vraie sur les marges affectées par les perturbations tempérées

- en moyenne, peu d’évaporation absolue (l’air froid ne peut pas contenir beaucoup de vapeur d’eau et l'apport énergétique nécessaire pour le changement d'état « eau/glace => vapeur d'eau » est faible).

- précipitations faibles (sauf sur les marges sub-polaires) pour la même raison

Les climats de la zone polaire (2) 5.3

- Inlandsis (Antarctique et Groënland) + banquise permanente (bassin arctique et pourtour Inlandsis (Antarctique et Groënland) + banquise permanente (bassin arctique et pourtour antarctique)antarctique) = pas de températures moyennes > 0°C avec des précipitations faibles - Bordure des inlandsisBordure des inlandsis = températures > 0°C en été avec des précipitations un peu plus importantes dans l'HN (max. en été dans l'hémisphère nord)- Bordure hyperocéanique Bordure hyperocéanique = températures entre 0°C et 10°C toute l'année avec des précipitations encore plus abondantes. Ce type est surtout présent dans l'hémisphère sud

H. Nord : traits et ronds ; H. Sud : traits uniquement

Les mécanismes climatiques de la zone polaire (1) 5.3Le cas de l'Antarctique (ou du Groënland) illustre parfaitement la combinaison de facteurs différents coopérant pour élaborer les conditions climatiques : c'est un exemple de rétroaction positive

(1) Latitude élevée = soleil rasant soleil rasant + (2) continentalitécontinentalité = pas de stockage de chaleur possible et accumulation de neige possible sur

une grande épaisseur ...

(3) 3-4 km de glace = albédo très fort, limitant (3) 3-4 km de glace = albédo très fort, limitant encore plus l'absorption de rayonnement solaire encore plus l'absorption de rayonnement solaire

et altitude élevée ....et altitude élevée ....

(4) L'air très (4) L'air très froidfroid ne peut pas

contenir beaucoup de

vapeur d'eau et il est donc très sec dans l'absolu ce qui limite l'effet

de serre ...

(5) L'air (5) L'air et la surfacesurface très froids suscitent une HP HP thermiquethermique avec une subsidence près du sol (avec

inversion thermique permanente) qui évacue l'air froidl'air froid vers les bords et empêche l'apport allochtone d'air d'air

océanique moins froid océanique moins froid …

Les facteurs (3-5) sont interactifs pour maintenir les conditions froides. Cela se passe aussi au-dessus du Groënland. Au-dessus du bassin Arctique, ce sont les mêmes facteurs excepté que la glace flottant au-dessus de l'eau ne fait que 1-2 mètres d'épaisseur ce qui exclut le facteur altitudinal et entraine un flux de chaleur de l'eau vers l'atmosphère

Les mécanismes climatiques de la zone polaire (2) 5.3Anomalie thermique (température annuelle à 2 m) par

rapport à la moyenne zonale

Le Groënland est un Antarctique « réduit » qui est décalé par rapport au pôle nord. Le froid est maintenu par les règles précédentes et le Groënland ne pourrait pas se reformer sous les conditions climatiques actuelles : c'est donc un héritage des glaciations quaternaires qui illustre parfaitement les mécanismes de rétroaction positive présentés auparavant

(wikipedia)

Les mécanismes climatiques de la zone polaire (3) 5.3Le pourtour de l'Antarctique/Bassin Arctique sont moins froids avec une banquise/couverture neigeuse hivernale voire totalement absente. Alors que le centre des inlandsis est calme dans les basses couches, les bords sont agités par des courants gravitaires très violents qui matérialisent l'écoulement d'air froid subsident d'air froid subsident formé au centre des inlandsisformé au centre des inlandsis : les vents catabatiques les vents catabatiques

Les marges subpolaires sont donc dans la zone des perturbations zone des perturbations tempérées/subpolairestempérées/subpolaires ce qui donnent des conditions atmosphériques très perturbées avec beaucoup de vent, mais pas nécessairement très froides

Ces masses d'air très froides entrent en confit avec de l'air moins froidl'air moins froid aux latitudes sub-polaires sous un jet un jet d'ouest très puissantd'ouest très puissant (entre les BP polaires d'altitude

et les HP tropicales d'altitude) W

Géopotentiel en altitude

Les climats de la zone extratropicale : T et P 5.4

Exemple des précipitations et des températures moyennes dans la zoneextratropicale de l'hémisphère nord en décembre-février et juin-août

Les principaux climats de la zone extratropicale 5.4TM en hiver < -3°CTM en hiver < -3°C = cela coïncide approximativement au climat « continental », = cela coïncide approximativement au climat « continental », soit le domaine où la neige couvre le sol de 2 à 7 mois en moyenne. Ce type soit le domaine où la neige couvre le sol de 2 à 7 mois en moyenne. Ce type n'existe que dans l'hémisphère nord en raison de la disposition géographique. n'existe que dans l'hémisphère nord en raison de la disposition géographique. Le maximum pluviométrique est très majoritairement estival Le maximum pluviométrique est très majoritairement estival avec des avec des conditions + ou – sèches en hiver (excepté sur le bord oriental des continents) conditions + ou – sèches en hiver (excepté sur le bord oriental des continents)

TM en hiver > -3°C et précipitations maximales TM en hiver > -3°C et précipitations maximales entre avril et septembre (HN) et entre octobre et entre avril et septembre (HN) et entre octobre et mars (HS) sans mois secs mars (HS) sans mois secs = surtout façade = surtout façade orientale des continents aux latitudes subtropical. orientale des continents aux latitudes subtropical. Il est parfois dénommé climat « chinois »Il est parfois dénommé climat « chinois »

TM en hiver > -3°C et précipitations maximales TM en hiver > -3°C et précipitations maximales entre avril et septembre (HS) et entre octobre et entre avril et septembre (HS) et entre octobre et mars (HN) sans mois secsmars (HN) sans mois secs = surtout océans et = surtout océans et ouest des continents. C'est l'archétype du climat ouest des continents. C'est l'archétype du climat « océanique » « océanique »

TM en hiver > -3°C et précipitations maximales entre TM en hiver > -3°C et précipitations maximales entre avril et septembre (HS) et entre octobre et mars (HN) avril et septembre (HS) et entre octobre et mars (HN) avec au moins deux mois secs où P < 2 x Tavec au moins deux mois secs où P < 2 x T = surtout = surtout façade occidentale des continents aux latitudes façade occidentale des continents aux latitudes subtropicales. C'est le domaine du climat de type subtropicales. C'est le domaine du climat de type « méditerranéen »« méditerranéen »

Les principaux mécanismes atmosphériques 5.4

HIVER ETE

Les acteurs de la circulation atmosphérique aux latitudes tempérées : l’exemple de l’hémisphère nord (représentation théorique d'un bloc continental entre 25°N et 75°N)- En hiver, les dépressions subpolaires sont très intenses et plutôt décalées vers le sud et dirige un flux d'ouest puissant en liaison avec les anticyclones dynamiques subtropicaux, mais l’intérieur continental est « protégé » par un anticyclone thermique qui dirige sur son flanc est de l’air froid vers le sud. Les précipitations sont fortes surtout sur les océans et les façades occidentales des continents- En été, les anticyclones d’origine tropicale s’étendent vers le nord, les dépressions subpolaires sont moins intenses qu’en hiver et les anticyclones thermiques ont disparu. Les façades occidentales sont désormais protégées par les anticyclones alors que les façades orientales reçoivent un flux chaud et très humide qui engendre de fortes précipitations (ex: les « moussons » chinoises et japonaises). Les perturbations tempérées quoique moins intense peuvent traverser les continents à une latitude plus septentrionale qu'en hiver

HPDD

Anticy.

D

D D

Les climats « tempérés » froids (1) 5.4Températures moyennes mensuelles en °C Précipitations moyennes mensuelles en mm

- l'amplitude annuelle est forte entre hiver (avec presque les mêmes mécanismes que dans la zone polaire : effet saisonnier + continentalité + neige au sol + anticyclone thermique qui inhibe presque totalement les précipitations et empêche l'advection d'air océanique moins froids) et été où les températures sont plutôt élevées (pas de neige au sol + continentalité) avec un passage des perturbations tempérées - transition brutale au printemps/automne liée surtout à la disparition/apparition de la couverture neigeuse qui change radicalement les conditions radiatives- continentalité un peu plus prononcée en Sibérie du fait de la surface plus importante de l'Eurasie par rapport à l'Amérique du Nord

Les climats « tempérés » froids (2) 5.4Températures moyennes mensuelles Précipitations moyennes mensuelles

- Plus près de l'océan à l'est des masses continentales, le niveau des températures changent peu (car nous sommes à l'aval d'une masse continentale dans la circulation d'ouest) et il y a donc peu de bénéfices de la position littorale- les précipitations hivernales augmentent surtout au Québec, en raison du passage des perturbations tempérées à proximité, ce qui rend ces régions les plus neigeuses au niveau mondial en plaine (plusieurs mètres en moyenne / an au Québec contre < 50 cm en général en Sibérie intérieure ou au centre de l'Amérique du Nord)

Les climats « tempérés » de façade ouest (1) 5.4Températures moyennes mensuelles Précipitations moyennes mensuelles

- Les températures sont beaucoup plus élevées aux mêmes latitudes à l'ouest des continents en hiver (GB +6°C en hiver contre -20°C au Québec et -23°C en Sibérie à la même latitude) et croissent logiquement vers le sud- le régime des pluies est relativement identique entre la GB et la péninsule ibérique avec un maximum de saison froide et un minimum en saison chaude. Le creux estival se manifeste comme des mois secs (P < 2 x T) dans le climat méditerranéen- ce climat est plus atténué dans l'hémisphère sud du point de vue thermique

Les climats « tempérés » de façade ouest (2) 5.4

- La position à l'aval d'un océan (en relation avec la circulation d'ouest) assure des températures douces en hiver par apport d'un air océanique

- les perturbations tempérées sont plus intenses en hiver (en raison de l'intensité du gradient thermique pôle/équateur et par conséquence entre la dépression d'Islande et l'anticyclone des Açores)

- en été, l'anticyclone remonte vers le nord et la dépression d'Islande s'estompe nettement

- la dépression au SE est l'extrémité NW de la dépression de mousson qui est ici thermique (= fortes chaleurs sur la Péninsule Arabique) et ne provoque pas de précipitations car la subsidence verticale est intense au-dessus (= retombée de la circulation de Hadley Nord)

Les climats « tempérés » de façade ouest (3) 5.4

- La sécheresse se renforce vers le sud en liaison avec la présence de plus en plus durable des conditions anticycloniques dans les couches moyennes et supérieures de la troposphère en été (alors que les conditions dépressonnaires en été à l'est associées avec les températures chaudes en surface + humidité disponible seraient a priori favorables aux pluies !)

- Le bassin méditérranéen est original du fait de l'extension continentale dans l'intérieur de la Mer Méditerranée, mais aussi le fait que ce soit une mer chaude. Les autres climats méditérranéens (Californie, Province du Cap, Australie du SW et autour d'Adelaïde, Chili central) sont plus fortement contraints sur les littoraux et sont bordés par des courants côtiers froids ce qui renforce la sécheresse en stabilisant les basses couches

Nombre de mois « secs » où P < 2 x T

Les climats « tempérés » de façade est (1) 5.4Températures moyennes mensuelles Précipitations moyennes mensuelles

- Les températures sont particulièrement basses en Chine SE du fait de la position à l'aval de l'Eurasie et de l'anticyclone sibérien beaucoup plus stable et constant que les anticyclones thermiques au-dessus de l'Amérique du Nord- Les équivalents de l'hémisphère sud (Australie Est, Afrique du Sud Est, Argentine/Uruguay/SE du Brésil) sont nettement moins froids en hiver du fait de l'étroitesse des continents à ces latitudes- Le régime des pluies est assez stable pour les USA (idem pour les équivalents dans l'hémisphère sud). En hiver : perturbations tempérées. En été : remontée chaude et humide à l'est des anticyclones tropicaux - Le maximum est très nettement à maximum estival pour la Chine SE (« mousson » chinoise ou japonaise).

Les climats « tempérés » de façade est (2) 5.4

- La « mousson » est-asiatique n'est pas une mousson au sens strict puisque de l'air ne passe pas l'équateur

- néanmoins, il y a bien une inversion presque symétrique en hiver (anticyclone continental et dépression océanique avec flux continental sec et froid) et été (anticyclone océanique et dépression continentale avec flux océanique tropical chaud et humide)

- cette inversion saisonnière s'exprime avec le plus de force ici en raison de l'effet de masse eurasiatique mais les mécanismes analogues existent sur les autres façades orientales aux latitudes tempérées/subtropicales