Oscillation diurne du point de rosée ?

[CFR]

Salut,

Je me pose une question depuis un certain temps : d'où vient l'humidité qui provoque l'oscillation diurne de la température du point de rosée ?

Je prends un exemple concret, aujourd'hui à Bastia-Poretta, à 6h locales du matin : 17.2°C 82% d'HR, ce qui fait une Td de 14.1°C. Or la Td est monté en journée à 22.1°C avec 27.1°C de température et 74% d'humidité. Et la Td va probablement retomber autour de 15°C cette nuit (comme souvent en cette saison ici)

Puisque la température du point de rosée reflète la quantité (relative) de vapeur d'eau dans l'air, pourquoi y a-t-il dans la journée cet apport massif de vapeur d'eau qui disparaît par la suite, comme par enchantement à la tombée la nuit ? Et, surtout, d'où vient cette vapeur d'eau qui est présente dans l'air uniquement le jour ?

La proximité de la mer, ici en Corse, pourrait expliquer qu'avec l'augmentation diurne des températures de l'air, l'évaporation apporte ce supplément de vapeur d'eau, mais il faut bien qu'elle se recondense par la suite, cette vapeur, pour retrouver, comme on le constate, une Td faible la nuit, et si c'était le cas, on pourrait imaginer que cela se passe encore au niveau de la mer.

Seulement, il me semble que ce phénomène d'oscillation diurne de la Td se produit quasiment partout, même loin des mers ou océans, alors qu'en est-il ?

Merci d'avance à celui ou celle qui pourra m'éclairer de ses lumières...

[le-an]

Salut. Si tu dis que tu est passé de 82% d'humidité relative à 74%, c'est que cette humidité relative a diminué et non augmenté.

[CFR]

Oui, je me suis peut être mal exprimé, l'humidité relative baisse dans le cas précis, mais la température du point de rosée, elle, monte ! Or, à pression constante (sur une isobare, donc) la température du point de rosée traduit la quantité de vapeur d'eau présente dans l'air (en grammes par kilogrammes d'air sec, habituellement). Et, dans l'exemple que je prends, cette température du point de rosée, notée Td, passe dans la journée de 14.1°C à l'aube à 22.1°C au pic de la journée, avant de retomber vers 15°C le soir...

Donc il y a eu un pic de quantité de vapeur d'eau dans l'air (et non d'humidité relative, les deux notions sont indirectement liées...), et c'est l'origine de cette vapeur qui m'intrigue, même si j'avance le cas de la mer (évaporation) car le soir il y aurait donc une forte condensation pour que la Td retombe à 15°C....

Que devient cette vapeur d'eau, le soir ?

[JeromeR28]

Salut !

Je ne suis pas un connaisseur dans ce domaine. Mais lors de ces variations de Td, observe d'éventuels phénomènes météo qui pourraient en être la cause. Par exemple, un changement de force et/ou de direction du vent (venant de l'île ou de la mer ?), une cumulification ou une désagrégation des cumulus, variation de la pression, effet de foehn, etc... Il y a forcément une cause à ces forts changements du taux d'humidité au cours de la journée.

JérômeR28, @+

[le-an]

Plus la température augmente, plus le rapport de mélange saturant rw augmente donc plus il fait chaud, plus l'air peut contenir de vapeur d'eau (augmentation de sa capacité à absorber de la vapeur d'eau).

Dans une masse d'air donnée, en l'absence d'événement météorologique important, au lever du jour tu vas pouvoir mesurer t et td. L'écart des deux valeurs va te permettre de mesurer U. Au maximum U=100% si t=td.

Au cours de la journée, t va augmenter, ce qui va accroître l'écart entre t et td, ce qui entraîne une baisse de U. Plus U est petit, plus l'air peut absorber de la vapeur d'eau. En bref, plus U est faible, plus l'évaporation est facilitée donc plus la vitesse d'évaporation est grande. Il est donc normal, au cours d'une journée de beau temps, de voir td augmenter avec t car l'évaporation est facilitée (évaporation de l'eau des plantes, des cours d'eau, des terres humides, des étangs...). L'humidité relative U diminue alors que l'humidité absolue augmente.

Lorsqu'une masse d'air passe au-dessus d'une étendue d'eau, elle ne pourra pas absorber suffisamment d'eau pour se saturer complètement (sauf dans certains cas, par exemple lors de la formation d'un brouillard d'évaporation), mais elle en absorbera d'autant plus facilement que U est faible. Plus U est faible, plus la vitesse d'évaporation est grande.

[CFR]

Salut,

Merci pour vos réponses.

JeromeR > Effectivement, un changement de flux s'accompagne assez souvent d'une nette variation de Td, de ce que j'ai pu observer, ce qui colle pas mal à l'intuition.

le-an > OK avec ton explication. C'est fou quand même la quantité d'eau évaporée et recondensée dans une journée... Les quantités d'énergie échangées doivent être phénoménales Les terres humides, étangs, cours d'eau, etc... que tu cites sont effectivement présents (presque) partout et peuvent expliquer cette oscillation, même dans des régions assez lointaines de la mer.

J'ajoute après vérification que la proximité de la mer semble nettement dynamiser l'oscillation, ce qui se conçoit plutôt bien quand on considère l'énorme réservoir d'eau qu'elle constitue !

Autant je n'ai pas de mal à me figurer l'évaporation de plus en plus massive quand la température de l'air augmente, autant la condensation qui a lieu dans le sens inverse me surprend un peu plus. Les mêmes terres humides, étangs, cours d'eau, et la mer qui sont sujets à une telle évaporation dans la journée reçoivent donc (à moins d'un changement de flux et/ou de masse d'air, bien sûr) la même quantité d'humidité sous forme d'eau recondensée le soir, semble-t-il.

D'ailleurs, ceci amène une autre question : il est clair que l'évaporation se produit là où il y a de l'eau /emoticons/biggrin@2x.png 2x" width="20" height="20"> (terres humides, étangs, cours d'eau, etc...) mais la condensation, elle, n'a aucune raison de se produire dans ces mêmes lieux, non ? Bien souvent, c'est dans l'atmosphère avec le refroidissement de l'air, et c'est à l'origine de la formation des nuages, évidemment. Mais, et c'est là que ça me semble intéressant, lorsque la Td baisse à nouveau le soir, toute l'humidité absolue de la journée disparaît (par condensation donc), mais cela se fait bien souvent sans formation de nuages (on l'observe très souvent en Corse, où la nébulosité est en général plutôt faible !). Donc où va cette quantité d'eau recondensée ?

[le-an]

L'explication de la baisse de td le soir n'est pas limpide pour moi Elle ne peut pas s'expliquer par la condensation au sol puisque celle-ci ne peut avoir lieu que pour t=td.

Elle doit peut être s'expliquer par un brassage vertical de l'air, brassage dû à la convection par exemple. Mais là... ?

[Gombervaux]

Je pense que dans ces conditions de vent d'est , l'humidité à Bastia est stable et ne subit pas de variation quotidienne significative.

Comme le Td est directement proportionel à T et Hu, si Hu est stable, le Td varie avec T.

[Cers]

Ce sujet date un peu (beaucoup  ), mais je le remets à l'ordre du jour car c'est intéressant. Avis aux modérateurs en passant, ce topic n'aurait-il pas plutôt sa place dans le forum "questions/réponses sur la météo" ?  

 

Indépendamment des changements de masse d'air, l'humidité et le point de rosée dans la couche limite atmosphérique, comme la température et le vent, subissent une évolution diurne. C'est d'ailleurs un enjeu majeur en prévision numérique du temps que de pouvoir modéliser correctement les oscillations du point de rosée, ne serait-ce que pour prédire correctement la formation du brouillard. 

 

Je tente d'apporter ici quelques éléments de réponse généraux, en gardant à l'esprit que de nombreux facteurs (topographie, végétation, situation météo, état hydrique des sols, période de l'année ...) influencent naturellement le cycle nycthéméral.

 

1. Après le lever du soleil, le sol se réchauffe, les flux de chaleur sensible et latente sont positifs, la température de l'air augmente et l'humidité relative diminue. Mais du fait de l'évapotranspiration matinale, l'air s'enrichit en vapeur d'eau donc le point de rosée croît. Cette augmentation est d'autant plus marquée que l'on se situe près de la surface (2 m vs 10 m ou 100 m par exemple) et que le brassage - vent, turbulence thermique - est faible. Puis au fil des heures, sous l'effet du mélange plus ou moins intense qui tend vers une homogénéisation de la CLA, la hausse cesse et on observe même la tendance inverse, en dépit d'une évapotranspiration qui a atteint son maximum : dans une couche bien mélangée par la turbulence, le point de rosée décroît en journée.

 

2. Dans des conditions non perturbées, la température est habituellement maximale en fin d'après-midi puis diminue avant le coucher du soleil, dès lors que les déperditions en surface ne sont plus compensées par l'apport d'énergie solaire. Le refroidissement s'opère par le bas, le brassage diminue et la couche de mélange commence à se déstructurer, l'évapotranspiration baisse mais est toujours présente. Après un minimum, le point de rosée est donc en mesure d'augmenter à nouveau en soirée.

 

3. Pendant la nuit, la température diminue et l'humidité relative augmente, la couche limite est stable. Le gradient vertical de température est dirigé vers le haut (Tsurf < T2m). Quand le point de condensation est atteint au niveau du sol, il y a formation de rosée (ou de gelée blanche si la température est négative) : l'excédent de vapeur d'eau se condense. Au fur et à mesure que le refroidissement se poursuit et se propage vers le haut, la tension de vapeur d'eau dans l'air et donc le point de rosée diminuent jusqu'à la possible formation de brume ou brouillard.

 

4. Le vent influence les variations de température et du point de rosée.

 

Ci-dessous l'évolution diurne du point de rosée illustrée à partir de deux exemples choisis à partir des données sur Infoclimat à Nancy. En bleu, la température de l'air mesurée à 2 m. En rouge, la température du point de rosée.

 

1) Sur la première figure en septembre 2012, on retrouve :

 

- la baisse nocturne de température et la réduction de l'écart T-Td, observation cohérente avec la hausse de l'humidité relative ;

- l'augmentation de température après le lever du jour (=> flux de chaleur sensible + évapotranspiration) ;

- la diminution de Td en journée tandis que la température de l'air continue d'augmenter (=> rayonnement, mélange) ;

- le faible degré d'humidité en fin d'après-midi, au moment où la température de l'air est maximale ;

- la diminution de température en soirée, corrélée à un retour progressif du point de rosée à des valeurs proches de celles observées le matin ;

 

 

 

2) Dans ce second exemple, l'évolution est quelque peu différente. Après une diminution la nuit, on remarque tout de suite que le point de rosée augmente rapidement le matin puis il n'y a pas de minimum diurne évident comme dans le cas montré précédemment. On pourrait l'expliquer par une évapotranspiration plus grande au début du printemps qu'à la fin de l'été, et par une couche limite moins turbulente.

 

 

 

Modifié 17 octobre 2020 par Cers

[slo]

Moi qui pensait que le point de rosée était juste une fonction de la température et de l'humidité... 😮

[Cers]

Il y a 2 heures, slo a dit :

Moi qui pensait que le point de rosée était juste une fonction de la température et de l'humidité... 😮

 

C'est une fonction de la pression de vapeur effective e, vérifiant l'équation d'état pour la vapeur d'eau. Si la quantité de vapeur d'eau dans l'air change, alors le rapport de mélange et l'humidité spécifique sont changés, et à pression atmosphérique constante la tension de vapeur e et le point de rosée Td varient aussi dans ce cas.

 

La tension de vapeur saturante est une fonction croissante de la température : esat = f (T) => équation de Clausius-Clapeyron ou formule de Tetens par exemple. Par définition, e = f (Td) donc on obtient Td en inversant la relation. Pour que Td  soit constant, il faut que e reste inchangé. Comme l'humidité relative s'écrit par définition e / esat, alors on a aussi HR = g (T, Td) et donc on peut également exprimer le point de rosée Td en fonction de T et HR.

 

Si l'humidité relative de l'air varie à température et pression constantes, c'est que e est modifié, il y a eu apport (ou perte) de vapeur d'eau : le point de rosée augmente (ou diminue). Si la température augmente (baisse), alors esat augmente (diminue), par conséquent si e varie dans le même sens alors l'humidité relative peut être inchangée.

 

L'évolution diurne du point de rosée, en l'absence de changement de masse d'air, est ainsi liée aux variations d'humidité dans la couche limite de surface elles-même reliées aux flux turbulents de chaleur latente, au brassage de l'air (vent, turbulence) influençant le profil vertical d'humidité, aux transferts dus aux changements d'état ...

 

 

Modifié 22 octobre 2020 par Cers

[_sb]

Il y a 3 heures, Cers a dit :

Si la quantité de vapeur d'eau dans l'air change, alors le rapport de mélange et l'humidité spécifique sont changés

 

D'ailleurs, ne pas confondre l'humidité relative avec l'humidité spécifique. Cette dernière est un rapport de masse, la masse d'eau dans l'air par rapport à la masse d'air humide (le rapport de mélange est le rapport de la même masse d'eau mais cette fois sur la masse d'air sec). Comme il s'agit de masse, l'humidité spécifique est conservative même si la température ou la pression change. En revanche, cette conservation n'est plus respectée s'il y a un changement de phase de l'eau (solidification, condensation, évaporation...).

L'humidité spécifique est le plus souvent un paramètre natif dans les modèles, les autres paramètres relatifs à l'humidité (humidité relative, point de rosée et un grand nombre de paramètres de la « sphère humide ») sont déduits. Le calcul n'est pas du tout trivial, ce qui fait de l'humidité un paramètre critique à fort enjeux pour les modélisateurs.

[Cers]

Oui, les paramètres ne doivent pas être confondus. Lorsqu'on considère une évolution particulaire, s'il n'y a pas d'apport massique de vapeur d'eau, l'humidité spécifique est effectivement conservée.

 

S'il y a condensation, l'humidité spécifique diminue => une partie de la vapeur d'eau est convertie en eau liquide.

S'il y a évaporation, l'humidité spécifique augmente => une partie l'eau liquide est convertie en vapeur d'eau.

 

De façon simple, localement - par exemple au niveau d'un abri météo, le bilan d'humidité spécifique q peut s'écrire (ici d• dérivée partielle) :

 

dq /dt = A - F + EC

 

A regroupe les termes d'advection horizontale par le vent et de transport d'humidité par les mouvements verticaux résolus à l'échelle de travail (ex. : si le vent et/ou de la subsidence à l'échelle synoptique (w < 0, dq / dz < 0) amènent de l'air plus sec => contribution à la diminution de l'humidité spécifique) ;

 

F représente le terme de divergence du flux turbulent d'humidité ;

 

EC décrit les effets liés à l'évaporation et la condensation (la formation de rosée par exemple abaisse l'humidité spécifique de l'air et le point de rosée). 

 

A partir de l'humidité spécifique, on peut calculer ensuite les "autres humidités".