nimbo

énergie potentielle utilisable

9 messages dans ce sujet

Bonjour,

pourriez-vous m'expliquer cette figure :

 

Merci d'avance

EPU.PNG

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Bonjour, 

 

Avez-vous accès au résumé qui est normalement associé à cette figure? 

 

La figure du haut représente le déséquilibre radiatif initial lié au forçage solaire (en gros, tropiques chauds et pôles froids). Les deux figures en-dessous représentent :

- à gauche, la réponse de l'atmosphère à ce déséquilibre avec l'effet de rotation de la terre . 

- à droite, la réponse de l'atmosphère à ce déséquilibre sans l'effet de rotation de la terre (f=0).

 

Si la planète ne tourne pas, les masses d'air ont naturellement tendance à transiter vers l'état d'énergie potentielle minimale (air froid près du sol, air chaud en altitude). Sur le schéma, c'est mis en évidence en bas à droite par le G qui représente le centre de gravité.

 

Si la planète tourne, ce qui est le cas jusqu'à preuve du contraire, les masses d'air tendent vers l'état décrit précédemment mais finissent par être "bloquées" à cause de la rotation terrestre (l'écoulement devient quasi-parallèle aux isohypses). On se retrouve donc dans un état instable à mi-chemin entre le déséquilibre initial et l'atmosphère au repos, c'est la zone barocline de grande échelle présente à nos latitudes. Sur le schéma, on voit que dans ce cas le centre de gravité se situe plus haut, il y'a donc de l'énergie potentielle exploitable et c'est dans ce réservoir que les ondes baroclines vont puiser leur énergie (conversion d'énergie potentielle en énergie cinétique pour la perturbation). 

 

C'est ce qui est expliqué plus en détails dans le Malardel duquel ce schéma provient.

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Bonjour,

 

Merci bien Higurachi 

 

J'ai une petite question. comment la force de coriolis  influence la répartition de chaleur verticalement?

 

 

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C'est ce qui est schématisé sur la figure que vous avez mise plus haut. C'est une "force" qui s'oppose au mouvement naturel des masses d'air qui tend à ce que l'air potentiellement plus chaud soit rejeté en altitude et l'air potentiellement plus froid ramené au niveau du sol. En dehors de la zone des tropiques profonds ou elle est négligeable, elle explique ainsi l'ajustement barocline de l'atmosphère extratropicale. Une illustration ci-dessous avec les isentropes (lignes de même température potentielle) en moyenne zonale. On voit la ressemblance avec la figure (c) de votre image lorsque l'on se concentre sur les moyennes latitudes.

 

potential-temperature-vs-pressure-vs-lat

Modifié par Higurashi
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Bonjour,

 

Merci bien Higurashi

 la figure ci-dessus montre bien  l'inclinaison des isentropes en allant vers les hautes latitudes. Mais, je n'ai pas encore compris comment la force de coriolis va stopper l'air chaud à monter en altitude. Normalement, la force de coriolis fait dévier le vent à droite ou à gauche selon l'hémisphère.  

 

Bonne journée

 

 

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Citation

Mais, je n'ai pas encore compris comment la force de coriolis va stopper l'air chaud à monter en altitude. Normalement, la force de coriolis fait dévier le vent à droite ou à gauche selon l'hémisphère.

 

C'est pas vraiment qu'elle le stoppe, elle diminue l'efficacité du transport global en fait.

Le gradient de température à grande échelle crée un gradient de pression de grande échelle qui force l'air à bouger et à transporter l’excès d'énergie des tropiques vers les pôles. Une fois que l'air se met en mouvement, la force de Coriolis le dévie de la trajectoire qu'il était censé prendre si on peut dire. Elle s'oppose donc au rééquilibrage énergétique de grande échelle ce qui fait qu'il y'a un fort gradient de température aux moyennes latitudes, incliné à mesure que l'on monte en altitude.

 

Pour mieux voir l'effet qu'a la rotation de la planète, je vous mets ci-dessous un lien vers une étude qui analyse la réponse de l'atmosphère à une variation du taux de rotation de la terre. Ils utilisent un modèle de circulation générale pour produire ces résultats. Comme ils le disent, l’efficacité du transport énergétique par l'atmosphère diminue à mesure que le taux de rotation de la planète augmente (effet de déviation de Coriolis). On voit entre autres que plus le taux de rotation diminue plus on se rapproche du cadre barotrope, sans surprise, avec des isothermes de plus en plus plates (l'air circule plus librement des zones excédentaires vers les zones déficitaires puisqu'il n'est pas dévié). https://www.gfdl.noaa.gov/bibliography/related_files/ann0201.pdf 

 

Bonne journée. 

Modifié par Higurashi
Syntaxe.

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Bonjour, 

 

Merci bien Higurashi (désolé pour le retard :blush:)

 

 

Bonne journée

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Si la planète ne tourne pas, les masses d'air ont naturellement tendance à transiter vers l'état d'énergie potentielle minimale

 

Je suis un peu surpris par cette vision. Avant, on apprenait l'énergie potentielle minimale comme une "transformation adiabatique" qui minimiserait l'énergie potentielle. C'est quelque chose que l'on fait mathématiquement, en oubliant la physique.

Je ne comprends pas trop comment on peut obtenir cet état par ajustement physique dans un modèle réaliste, sur le principe que f=0. Tant que le chauffage solaire est différentiel, cyclique, que la surface terrestre a ses complexités, on aura plein de déséquilibres qui empêche l'énergie potentielle minimale.

On calcule l'énergie potentielle minimale de façon mathématique, sans attendre qu'un modèle s'ajuste au repos.

 

 

 

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Posté(e) (modifié)

il y a 21 minutes, Cotissois 31 a dit :

Je ne comprends pas trop comment on peut obtenir cet état par ajustement physique dans un modèle réaliste, sur le principe que f=0.  Tant que le chauffage solaire est différentiel, cyclique, que la surface terrestre a ses complexités, on aura plein de déséquilibres qui empêche l'énergie potentielle minimale.

 

Oui évidemment, c'est une simplification sur un cas de déséquilibre ponctuel. Mais cela montre assez simplement vers quel état tend le système. J'ai rajouté plus loin une étude qui simule cela dans un modèle réaliste et là on voit bien que l'on atteint jamais l'état de repos tant que le déséquilibre est constamment renouvelé. Mais on est bien plus proche de l'état de repos avec une rotation faible qu'avec une rotation marquée, c'est ce que j'exprimais. 

Modifié par Higurashi

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