Les vents circulent autour du globe en raison de la rotation de la terre et de l’énergie du soleil.
Pourquoi cela m’intéresse-t-il ? La direction générale des vents varie autour du globe en fonction de facteurs comme la latitude et la proximité des océans. La direction du vent à différents niveaux de l’atmosphère détermine le climat local et oriente autour des systèmes météorologiques et des phénomènes météorologiques violents.
Je devrais déjà connaître : Gradient de température, Qu’est-ce qui détermine le temps, stabilité, masses d’air, convergence et divergence, inclinaison et latitude, effet de Coriolis, chaleur latente et sensible
La circulation du vent dans l’atmosphère est entraînée par la rotation de la terre et l’énergie entrante du soleil. Le vent circule dans chaque hémisphère en trois cellules distinctes qui contribuent à transporter l’énergie et la chaleur de l’équateur vers les pôles. Les vents sont poussés par l’énergie du soleil à la surface, car l’air chaud monte et l’air froid descend.
Figure A. Circulation de la cellule de Hadley.
La cellule de circulation la plus proche de l’équateur est appelée cellule de Hadley. Les vents sont faibles à l’équateur en raison des faibles gradients de pression horizontaux qui s’y trouvent. Les conditions chaudes en surface entraînent une pression localement basse. L’air chaud s’élève à l’équateur, produisant des nuages et provoquant une instabilité dans l’atmosphère. Cette instabilité entraîne le développement d’orages qui libèrent de grandes quantités de chaleur latente. La chaleur latente est juste l’énergie libérée par les orages en raison des changements de vapeur d’eau en gouttelettes d’eau liquide lorsque la vapeur se condense dans les nuages, ce qui fait que l’air environnant devient plus chaud et plus humide, ce qui fournit essentiellement l’énergie pour entraîner la cellule de Hadley.
La cellule de Hadley englobe des latitudes allant de l’équateur à environ 30°. À cette latitude, la haute pression de surface fait diverger l’air près du sol. Cela oblige l’air à descendre des hauteurs pour « combler » l’air qui diverge de la haute pression de surface. L’air qui s’écoule vers le nord depuis l’équateur en altitude est chaud et humide par rapport à l’air situé près des pôles. Cela provoque un fort gradient de température entre les deux masses d’air différentes et un courant-jet en résulte. Aux latitudes de 30°, ce courant est connu sous le nom de courant-jet subtropical qui circule d’ouest en est dans les hémisphères nord et sud. Un ciel clair prévaut généralement dans l’ensemble de l’anticyclone de surface, où se trouvent de nombreux déserts dans le monde.
Figure B. Directions générales des vents. (Image de la NASA).
À partir de 30° de latitude, une partie de l’air qui descend à la surface retourne à l’équateur pour compléter la cellule de Hadley. Cela produit les alizés de nord-est dans l’hémisphère nord et les alizés de sud-est dans l’hémisphère sud. La force de Coriolis a un impact sur la direction de l’écoulement du vent. Dans l’hémisphère nord, la force de Coriolis fait tourner les vents vers la droite. Dans l’hémisphère Sud, la force de Coriolis fait tourner les vents vers la gauche.
De 30° de latitude à 60° de latitude, une nouvelle cellule prend le relais connue sous le nom de cellule Ferrel. Cette cellule produit des vents dominants d’ouest à la surface sous ces latitudes. Cela s’explique par le fait qu’une partie de l’air qui s’enfonce à 30° de latitude continue de se déplacer vers le nord en direction des pôles et que la force de Coriolis le fait dévier vers la droite (dans l’hémisphère nord). Cet air est encore chaud et, à environ 60° de latitude, il se rapproche de l’air froid descendant des pôles. Avec la convergence des masses d’air à la surface, la faible pression de surface à 60° de latitude fait monter l’air et forme des nuages. Une partie de l’air chaud ascendant retourne à la latitude 30° pour compléter la cellule de Ferrel.
Les deux masses d’air à la latitude 60° ne se mélangent pas bien et forment le front polaire qui sépare l’air chaud de l’air froid. Ainsi, le front polaire est la frontière entre les masses d’air chaudes tropicales et l’air polaire plus froid qui se déplace depuis le nord. (L’utilisation du mot « front » provient de la terminologie militaire ; il s’agit de l’endroit où des armées opposées s’affrontent lors d’une bataille). Le courant-jet polaire en altitude est situé au-dessus du front polaire et s’écoule généralement d’ouest en est. Le courant-jet polaire est plus fort en hiver en raison des contrastes de température plus importants qu’en été. Les vagues le long de ce front peuvent tirer la frontière vers le nord ou le sud, ce qui donne lieu à des fronts chauds et froids locaux qui affectent le temps à des endroits particuliers.
Au-dessus de 60° de latitude, la cellule polaire fait circuler l’air froid et polaire vers l’équateur. L’air des pôles s’élève à 60° de latitude où la cellule polaire et la cellule de Ferrel se rencontrent, et une partie de cet air retourne aux pôles en complétant la cellule polaire. Comme le vent circule de la haute vers la basse pression et en tenant compte des effets de la force de Coriolis, les vents au-dessus de 60° de latitude sont des vents d’est dominants.
Circulation de Walker
Figure C. Circulation de Walker.
Contrairement aux circulations Hadley, Ferrel et polaire qui suivent des lignes nord-sud, la circulation de Walker est une circulation est-ouest. Au-dessus de l’est de l’océan Pacifique, les hautes pressions de surface au large de la côte ouest de l’Amérique du Sud renforcent la force des alizés d’est que l’on trouve près de l’équateur. Les vents s’éloignent de la haute pression et se dirigent vers les basses pressions près de l’Indonésie. Les remontées d’eau, c’est-à-dire la remontée des eaux froides des profondeurs vers la surface, se produisent dans l’est du Pacifique, le long de l’Amérique du Sud, près de l’Équateur et du Pérou. Cette eau froide est particulièrement riche en nutriments et abrite une abondance de grandes populations de poissons. En revanche, l’eau du Pacifique occidental, près de l’Indonésie, est relativement chaude. L’air au-dessus de l’Indonésie s’élève en raison de la basse pression de surface qui s’y trouve et forme des nuages. De fortes précipitations tombent ainsi sur le Pacifique tropical occidental tout au long de l’année. L’air circule ensuite en altitude vers la région située au-dessus de la haute pression de surface près de l’Équateur et devient la circulation de Walker. L’air s’enfonce au niveau de cette haute pression de surface et est repris par les forts alizés pour poursuivre le cycle.
Figure D. El Nino.
En certaines occasions, la circulation de Walker et les alizés s’affaiblissent, ce qui permet à l’eau plus chaude de » refluer » vers l’est du Pacifique tropical, près de l’Amérique du Sud. Vous pouvez imaginer cela comme souffler un ventilateur sur une baignoire pleine d’eau. Si le ventilateur souffle régulièrement, l’eau du côté le plus éloigné du ventilateur aura tendance à s’accumuler sous le vent. Si vous ralentissez soudainement le ventilateur, une partie de l’eau qui s’est accumulée va refluer vers le ventilateur. L’eau plus chaude recouvrira les zones de remontée d’eau, coupant le flux de nutriments vers les poissons et les animaux qui vivent dans l’est de l’océan Pacifique. Ce réchauffement de l’océan Pacifique oriental est connu sous le nom d’El Niño. L’eau plus chaude servira également de source d’air chaud et humide, ce qui peut favoriser le développement de gros orages au-dessus de la masse d’eau chaude.
Comment cela concerne-t-il l’agriculture ?
Les changements dans la cellule de Hadley et la circulation de Walker peuvent entraîner des variations climatiques spectaculaires pour de nombreuses régions. Lors d’un hiver El Niño, par exemple, la présence de l’eau chaude dans le Pacifique oriental déplace la position du jet subtropical, ce qui entraîne de fortes précipitations en Floride et dans le sud de la Géorgie. Vous pouvez en savoir plus sur la façon dont El Niño et son opposé, La Niña, affectent le temps dans le Sud-Est sur le site www.agroclimate.org, qui vous permet d’examiner les différences climatiques de différentes années en fonction de la phase d’El Niño.
Dans un climat qui se réchauffe, la cellule de Hadley pourrait augmenter en longueur et modifier le climat des régions autour de 30°. Par exemple, de nombreux déserts de l’hémisphère nord sont situés autour de la latitude 30°, et si la cellule de Hadley devait augmenter en longueur, cela pourrait entraîner des conditions sèches au nord du 30°. Au final, cela modifierait les régimes de précipitations de nombreuses régions, dont le Sud-Est.
Vous voulez en savoir plus ?
Jet Streams, El Niño, La Niña, risques de temps violent
Activités pour accompagner les informations ci-dessus :
Activité : Processus atmosphériques-Convection (Lien vers l’activité originale).
Instructions de mise en place pour l’enseignant
Activité pour l’élève : document pdf document word
Description : Cette activité montre comment les courants se déplacent dans l’eau en utilisant du colorant alimentaire et de l’eau chaude et froide. Cela simule la façon dont l’air peut agir comme un fluide. Les élèves comprendront pleinement le processus de convection et comment la chaleur est transférée par ce processus.
Relations avec les sujets : Convection, circulation générale de l’atmosphère, circulation océanique
Activité : Les énergies renouvelables : Le vent (version pdf de l’activité originale.)
Description : Cette activité se concentre sur la relation entre la pression barométrique, la vitesse du vent et sa direction. Les élèves utiliseront ces paramètres pour analyser des cartes de surface des États-Unis et formeront une relation avec les modèles qui apparaîtront sur la carte.
Relations avec les sujets : Pression, Qu’est-ce qui détermine la météo, Effet de Coriolis, Circulation générale de l’atmosphère
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