Nuits froides sur sols enneigés

[Gobelin]

Bonjour à tous !

Voilà j'ai une petite question qui trotte dans ma tête, alors je vous la pose, même si avec les températures de ces jours-ci c'est en désaccord total .

Donc je me demandait pourquoi, les nuits claires sur des sols enneigés, la température baissait beaucoup plus bas. Je connait bien le phénomène qui fait que les nuits d'hiver sont plus froides quand le ciel est dégagé, mais j'ai un peu de mal à saisir pourquoi ce phénomène est accentué sur un sol enneigé.

Est-ce un rapport avec l'albedo de la neige ? mais dans ce cas ce serait plutôt valable pour des nuits couvertes, ou la neige renvoie la chaleur que les nuages ont déja réfracté...

Ou bien est-ce le rayonnement infrarouge de la Terre qui se trouve partiellement "bloqué" à la surface par la couche de neige ?

Enfin bref je suis un peu perdu, si vous pouvez m'éclairer !

[Canada Goose]

Et bien le rayonnement nocturne est à son maximum lors de nuits claires et sans vent, qui plus est lorsque les sols sont enneigés.

En effet, l'albédo de la neige est compris entre 0,4 et 0,9, quand le maximum théorique de l'abédo est à 1 et que celui d'un sol sombre est compris entre 0,05 et 0,2.

Voilà aussi pourquoi on dit que la fonte des glaciers a un double impact : celui de réduire la surface de glace et de neige; et celui de modifier l'abédo... qui va lui-même faire accélérer le réchauffement...

[Gobelin]

Ok, donc la neige va renvoyer sous la surface les IR émis par la Terre, en les empêchant de réchauffer l'air ambiant. C'est bien ça ?

Merci pour les infos Canada Goose ! /emoticons/ph34r@2x.png 2x" width="20" height="20">

[Canada Goose]

Ok, donc la neige va renvoyer sous la surface les IR émis par la Terre, en les empêchant de réchauffer l'air ambiant. C'est bien ça ?

Oui c'est ça, ça joue un rôle de miroir en quelque sorte.

[Damien49]

A noter qu'une maison possédant une bonne isolation thermique gardera plus longtemps sa couverture neigeuse sur sa maison qu'une maison mal isolée ^^

Un peu HS désolé, mais je cherchais une réponse sur le net à ta question et j'ai pas trouvé. J'ai trouvé ça par contre lol ^^

[Gobelin]

Ok pas de problème !

Moi aussi j'ai fait quelques recherches mais j'ai du mal à trouver des infos...

Enfin de toute façon j'ai compris le mécanisme global maintenant, mais si vous trouvez un sujet sur internet qui s'interresse à ça je suis preneur /emoticons/wink@2x.png 2x" width="20" height="20"> .

Merci à vous deux de m'avoir répondu !

[gotman42]

Et bien le rayonnement nocturne est à son maximum lors de nuits claires et sans vent, qui plus est lorsque les sols sont enneigés.

En effet, l'albédo de la neige est compris entre 0,4 et 0,9, quand le maximum théorique de l'abédo est à 1 et que celui d'un sol sombre est compris entre 0,05 et 0,2.

Voilà aussi pourquoi on dit que la fonte des glaciers a un double impact : celui de réduire la surface de glace et de neige; et celui de modifier l'abédo... qui va lui-même faire accélérer le réchauffement...

Cette réponse est parfaite Canada Goose. C'est plutôt logique mais rajoutons quand même que plus la neige vieillie, plus son aldébo devient diminue (surtout en milieu urbanisé, cela va de soit) et donc plus le pouvoir "glacière" (comme l'appareil) s'affaiblit. Les nuits sont plus froides en présence de neige au sol mais ceci est surtout vrai durant les 2-3 premières nuits après la chute de neige. A noter également que la couverture neigeuse au sol est un facteur déternimant : entre 75% du sol couvert de neige et une couche continue, l'influence de l'albédo diminue assez fortement (et plus que proportionnellement à la baisse de la couverture de neige au sol).

Voilà voilà, bonne soirée !

[Cotissois 31]

La réponse de Canada Goose me paraît un peu obscure.

Ce qu'on appelle couramment rayonner en météo c'est le refroidissement par émission d'IR dès que le soleil baisse ou a disparu. donc l'intervention de l'albédo ne me paraît pas logique, car reliée au rayonnement solaire.

Gobelin parle d'IR renvoyés vers la Terre. Doit-on penser que la neige empêche le flux géothermique de radoucir l'air en surface, qui veut se refroidir naturellement par rayonnement, neige ou pas ? L'opacité de la neige devant être alors considérée dans le domaine IR ?

Du coup, ça rejoindrait ce que dit Damien à savoir que la neige absorbe fortement le IR, et donc tend à se réchauffer en conséquence...

[sirius]

La réponse de Canada Goose me paraît un peu obscure.

Ce qu'on appelle couramment rayonner en météo c'est le refroidissement par émission d'IR dès que le soleil baisse ou a disparu. donc l'intervention de l'albédo ne me paraît pas logique, car reliée au rayonnement solaire.

Gobelin parle d'IR renvoyés vers la Terre. Doit-on penser que la neige empêche le flux géothermique de radoucir l'air en surface, qui veut se refroidir naturellement par rayonnement, neige ou pas ? L'opacité de la neige devant être alors considérée dans le domaine IR ?

Du coup, ça rejoindrait ce que dit Damien à savoir que la neige absorbe fortement le IR, et donc tend à se réchauffer en conséquence...

Bonjour

La différence entre sol nu et sol enneigé tient en ce que le sol nu ayant un albédo faible s'est réchauffé durant la journée nettement plus que la neige fraîche. Du coup, en début de nuit, il est logique que la couche limite nocturne soit plus froide toutes choses égales par ailleurs. Par contre, en fin de nuit, je sais pas trop.

Mon expérience (non scientifique, cette fois) , c'est qu'un beau matin en altitude, le rocher est horriblement froid mais on met les mains sur le rocher quand on grimpe alors que le contact avec le neige ou la glace se fait par piolet interposé.

je pense quand même que la réponse à la question posée tient dans la chaleur accumulée ou non par le sol.

[Invité]

La réponse de Canada Goose me paraît un peu obscure.

Ce qu'on appelle couramment rayonner en météo c'est le refroidissement par émission d'IR dès que le soleil baisse ou a disparu. donc l'intervention de l'albédo ne me paraît pas logique, car reliée au rayonnement solaire.

Gobelin parle d'IR renvoyés vers la Terre. Doit-on penser que la neige empêche le flux géothermique de radoucir l'air en surface, qui veut se refroidir naturellement par rayonnement, neige ou pas ? L'opacité de la neige devant être alors considérée dans le domaine IR ?

Du coup, ça rejoindrait ce que dit Damien à savoir que la neige absorbe fortement le IR, et donc tend à se réchauffer en conséquence...

euh mon avis rejoint celui de sirius et j'ajouterai un autre truc qui a cette fois à voir avec le rayonnement et la conduction thermique.

si je recouvre un sol nu d'une couche de neige de quelques cm, la conductivité thermique, très faible, de la neige, empêche le flux thermique accumulé par le sol, de se propager en surface.

la nuit, la mince pellicule de neige de surface, reçoit un flux IR de l'espace, d'autant plus faible que le ciel est clair et que l'atmosphère est froide.

Elle émet par contre en IR puisque son émissivité toujours en IR est forte (0.98 entre 10 et 12 microns par exemple).

Elle se met donc en équilibre, quasiment, avec le flux IR qu'elle reçoit.

Ceci fait que sa température baisse très très fort,et , en conséquence la température de la couche d'air immédiatement supérieure, aussi.

Accessoirement c'est pour ça aussi que l'on peut faire des grosses erreurs de fartage, en ski de fond. /emoticons/wink@2x.png 2x" width="20" height="20">

[Cotissois 31]

si je recouvre un sol nu d'une couche de neige de quelques cm, la conductivité thermique, très faible, de la neige, empêche le flux thermique accumulé par le sol, de se propager en surface

Ok sur ce point on se rejoint à peu près. J'ai parlé de rayonnement IR ce qui n'est pas forcément juste, parlons donc de conductivité...

Elle émet par contre en IR puisque son émissivité toujours en IR est forte (0.98 entre 10 et 12 microns par exemple).

Ah nous y voilà, ce que je ne maîtrise pas lol Donc la neige se comporte presque comme un corps noir dans l'IR : elle absorbe toute l'énergie qu'elle reçoit, ce qui est quand même loin des propriétés bien réfléchissantes dans le VIS. Pour rester à l'équilibre, elle émet donc autant qu'elle reçoit. Mais pourquoi sa température baisse alors ? /emoticons/biggrin@2x.png 2x" width="20" height="20">

[sirius]

Ok sur ce point on se rejoint à peu près. J'ai parlé de rayonnement IR ce qui n'est pas forcément juste, parlons donc de conductivité...Ah nous y voilà, ce que je ne maîtrise pas lol Donc la neige se comporte presque comme un corps noir dans l'IR : elle absorbe toute l'énergie qu'elle reçoit, ce qui est quand même loin des propriétés bien réfléchissantes dans le VIS. Pour rester à l'équilibre, elle émet donc autant qu'elle reçoit. Mais pourquoi sa température baisse alors ? /emoticons/biggrin@2x.png 2x" width="20" height="20">

pas vraiment parce que pour un couvert végétal, c'est peu différent. En général, l'émissivité des surfaces terrestres est élevée, d'autant plus qu'il y a de l'eau ce qui donne effectivement un max pour la neige mais ce qui compte, je pense, c'est le fait que la surface enneigée s'est beaucoup moins réchauffée durant la journée.

Mais pour aller plus loin, j'aimerais bien qu'on me dise si cette observation correspond au petit matin ou au début de nuit.

[Invité]

Donc la neige se comporte presque comme un corps noir dans l'IR : elle absorbe toute l'énergie qu'elle reçoit, ce qui est quand même loin des propriétés bien réfléchissantes dans le VIS. Pour rester à l'équilibre, elle émet donc autant qu'elle reçoit. Mais pourquoi sa température baisse alors ? /emoticons/biggrin@2x.png 2x" width="20" height="20">

oui la neige se comporte presque comme un corps noir dans l'IR, mais moins que l'eau (presque 1 d'émissivité) mais plus que le granite (0.80).

En fait le rayonnement que la neige reçoit, la nuit, est le rayonnement de toute la couche d'atmosphère qui la surplombe.

Ce rayonnement dépend de la température de l'atm et de son émissivité.= eatm

Le rayonnement qui vient de l'espace est donc égal à eatm*sigma*Tatm^4

Or tu es bien d'accord que la température moyenne de l'atmosphère, disons la couche troposphérique, est de l'ordre de -20/-30 °C à nos latitudes.(à corriger si besoin)

si on considère que l'émissivité d'un ciel clair est de 0.5 (à vérifier aussi), le rayonnement qui vient chauffer notre malheureuse neige n'est que de 107W/m2, la nuit.

Si la neige équilibre ce rayonnement, sa température devrait descendre à (107/sigma)^0.25 = 209°K soit -64°C.

Alors la neige ne descend tout de même pas à cette température (quoiqu'en Antarctique c'est courant!) car elle a stocké tout de même un peu d'énergie (ne serait ce que la chaleur sensible puisque sa capacité calo n'est pas nulle)

De plus la conductivité de la neige n'est pas nulle non plus et la chaleur du sol se diffuse tout de même un peu.

De plus encore il y a transfert de chaleur, par convection, entre la couche d'air immédiatement au-dessus et la couche de neige.

En outre j'ai présenté un calcul simplifié en considérant la couche d'atm dans son ensemble.

Il faudrait tenir compte des différentes couches ayant chacune leur émissivité et leur température, les couches du bas absorbant pour partie le rayonnement des couches supérieures.

Mais bon c'est le principe.

[Cotissois 31]

oui la neige se comporte presque comme un corps noir dans l'IR, mais moins que l'eau (presque 1 d'émissivité) mais plus que le granite (0.80).

En fait le rayonnement que la neige reçoit, la nuit, est le rayonnement de toute la couche d'atmosphère qui la surplombe.

Ce rayonnement dépend de la température de l'atm et de son émissivité.= eatm

Le rayonnement qui vient de l'espace est donc égal à eatm*sigma*Tatm^4

Or tu es bien d'accord que la température moyenne de l'atmosphère, disons la couche troposphérique, est de l'ordre de -20/-30 °C à nos latitudes.(à corriger si besoin)

si on considère que l'émissivité d'un ciel clair est de 0.5 (à vérifier aussi), le rayonnement qui vient chauffer notre malheureuse neige n'est que de 107W/m2, la nuit.

Si la neige équilibre ce rayonnement, sa température devrait descendre à (107/sigma)^0.25 = 209°K soit -64°C.

Alors la neige ne descend tout de même pas à cette température (quoiqu'en Antarctique c'est courant!) car elle a stocké tout de même un peu d'énergie (ne serait ce que la chaleur sensible puisque sa capacité calo n'est pas nulle)

De plus la conductivité de la neige n'est pas nulle non plus et la chaleur du sol se diffuse tout de même un peu.

De plus encore il y a transfert de chaleur, par convection, entre la couche d'air immédiatement au-dessus et la couche de neige.

En outre j'ai présenté un calcul simplifié en considérant la couche d'atm dans son ensemble.

Il faudrait tenir compte des différentes couches ayant chacune leur émissivité et leur température, les couches du bas absorbant pour partie le rayonnement des couches supérieures.

Mais bon c'est le principe.

Raah oui, il faut considérer la loi de Stefan Boltzmann... Et on peut donc en déduire la température théorique de la surface d'émission, indépendamment de ce qui se passe en-dessous.

Ca montre bien que ce n'est pas simple de raisonner simplement en rayonnement, sans utiliser des formules toutes faites.

(Si le sol se refroidit bien moins, c'est parce que son émissivité est moins forte dans l'IR ?)

Désolé sirius, je n'avais pas vu ton message...Donc l'émissivité change peu, tout se joue avec la température qui part de plus bas pour la neige...Je comprends mieux maintenant le lien indirect avec l'albédo en journée /emoticons/biggrin@2x.png 2x" width="20" height="20">

[sirius]

. Pour rester à l'équilibre, elle émet donc autant qu'elle reçoit. Mais pourquoi sa température baisse alors ? /emoticons/biggrin@2x.png 2x" width="20" height="20">

Je n'avais pas fait attention à ça, désolé.

Meteor t'a répondu mais on peut le dire autrement:

La neige n'a pas de raison d'émette autant qu'elle absorbe.

Elle absorbe tout ce qu'elle reçoit

elle émet suivant sa température sigma T^4 (ou presque)

elle peut donc se refroidir

[Cotissois 31]

La neige n'a pas de raison d'émette autant qu'elle absorbe.

Elle absorbe tout ce qu'elle reçoit

elle émet suivant sa température sigma T^4 (ou presque)

Meteor parlait de l'équilibre radiatif qui permettait de calculer la température théorique, donc d'en déduire le phénomène de refroidissement lié au ciel clair.

Si on dit qu'elle n'a pas besoin d'émettre autant qu'elle reçoit et de considérer la vraie température, on se retrouve au point de départ... /emoticons/sad@2x.png 2x" width="20" height="20">

Au bilan, j'ai compris que le refrodissement est lié à un mix entre l'anomalie froide de la neige au début du rayonnement (sens de refroidissement) et en plus de sa forte émissivité /emoticons/smile@2x.png 2x" width="20" height="20">

[sirius]

Meteor parlait de l'équilibre radiatif qui permettait de calculer la température théorique, donc d'en déduire le phénomène de refroidissement lié au ciel clair.

Si on dit qu'elle n'a pas besoin d'émettre autant qu'elle reçoit et de considérer la vraie température, on se retrouve au point de départ... /emoticons/biggrin@2x.png 2x" width="20" height="20">

Au bilan, j'ai compris que le refrodissement est lié à un mix entre l'anomalie froide de la neige au début du rayonnement (sens de refroidissement) et en plus de sa forte émissivité /emoticons/wink@2x.png 2x" width="20" height="20">

Pourquoi la neige devrait elle donc être en équiliibre radiatif????

Non, elle n'a pas même de raison d'être en équilibre thermique au cours d'une nuit (sinon d'où viendrait le regel nocturne?)

Meteor ne t'a pas parlé d'équilibre radiatif

si tu écris le bilan de la couche de surface (épaisseur h) de nuit

flux IR venant de l'atmosphère -flux IR émis (epsilon sigma T ^4) + flux de conduction -sublimation - flux de chaleur sensible = cp (rho h) dT/dt

mais ça, c'est pour la neige elle même

[Invité]

Pourquoi la neige devrait elle donc être en équiliibre radiatif????

Non, elle n'a pas même de raison d'être en équilibre thermique au cours d'une nuit (sinon d'où viendrait le regel nocturne?)

Meteor ne t'a pas parlé d'équilibre radiatif

si tu écris le bilan de la couche de surface (épaisseur h) de nuit

flux IR venant de l'atmosphère -flux IR émis (epsilon sigma T ^4) + flux de conduction -sublimation - flux de chaleur sensible = cp (rho h) dT/dt

mais ça, c'est pour la neige elle même

oui en fait je me suis peut-être mal exprimé.

La neige ou toute autre surface, parfaitement isolée, de capacité calo nulle, et dans le vide, se met en équilibre radiatif avec ce qu'elle reçoit de l'espace.

Mais elle n'est pas parfaitement isolée, elle n'a pas une capacité calo nulle et elle n'est pas dans le vide puisqu'elle est en contact avec l'air ambiant.

Disons que sans tous ces échanges non radiatifs, sa température serait effectivement très faible.

[fsd8tr]

Pour illustrer l'action de la neige au sol voici 2 graphiques concernant 2 vagues de froid différentes (à Nancy)

Tn+10 = Température minimale à 10 cm au dessus du sol.

Tx = Température maximale sous abri.

Tn = Température minimale sous abri.

T-10 = Température à 10 cm dans le sol.

Toutes ces températures sont mesurées sur (et sous) de l'herbe.

Du 24 décembre 1992 au 6 janvier 1993 (14 jours mais les 2 premiers jours et le dernier ont été rajoutés pour accentuer la variation des températures à 10 cm dans le sol). Le froid se forme sur place par conditions calmes et avec inversion (un peu comme décembre 2007). Pas de neige au sol

Du 1 au 18 janvier 1985 (18 jours sans compter les 19 et 20 janvier qui n'apportent rien au niveau de la température dans le sol). Le froid est "importé" avec plusieurs passages à -15 / -17 °C à 850 hpa. La couche de neige au sol varie de 3 à 11 cm.

La comparaison est délicate puisque les 2 vagues de froid sont différentes en nature.

Le caractère isolant de la neige au sol est évident sur ces graphiques. (une baisse de 1,6 °C de la température dans le sol en 18 jours de froid intense sous la neige contre une baisse de 7,6 °C en 11 jours de froid sans neige)

Avec pour conséquence des températures minimales en totale liberté dès les premiers jours de la vague de froid en 1985. Pour 1993, les courbes de températures minimales et de températures à 10 cm dans le sol divergent au fil des jours mais semblent liées. Il faut attendre que le froid s'implante dans les sols en atténuant de plus en plus les remontées de chaleur du sous-sol pour voir les minimales au plus bas.

Le gradient maximum entre Tn+10 et T-10 étant de 16 °C sans neige et de 24,4 °C avec de la neige.

[Cotissois 31]

Jolis diagrammes /emoticons/smile@2x.png 2x" width="20" height="20"> Le thermomètre à +10cm il est enneigé dans le 2nd exemple non ?

Ca voudrait dire que sous la neige dans le sol il fait 0°C alors que la neige a baissé à -20°C waow !

Oui Météor c'est bien ce que j'avais compris. C'est un modèle grossier mais qui a le mérite d'être facilement applicable. (c'est le même principe que pour quantifier l'effet de serre très longuement débattu il y a peu : on se base sur l'équilibre...)

[fsd8tr]

Jolis diagrammes /emoticons/wink@2x.png 2x" width="20" height="20"> Le thermomètre à +10cm il est enneigé dans le 2nd exemple non ?

Normalement il aurait du être dégagé. Mais il me semble que l'écart entre la Tn sous abri et la tn+10 est un peu moins important en fin de vague de froid. Donc c'est limite.