Indicateur énergétique en climatologie

[Patoche]

Bonjour à toutes et tous!

 

Cela fait bien longtemps que je n’avais plus posté sur Infoclimat, mais je le parcours régulièrement depuis plus d’une décennie avec plaisir 😊.

 

Je me permets d'ouvrir ce sujet car je n'ai pas trouvé de réponse à mes interogations sur ce site ni ailleurs. 

 

En effet, depuis maintenant quelques années je me demande si il existe, en climatologie, un ou des indicateurs énergétique(s), qui convertissent les valeurs mesurées des stations météorologiques (température, teneur en eau,  et éventuellement pression) en énergie (par exemple en J/g air sec) , à l'image de ce qu'on peut voir sur un diagramme psychrométrique. 

J'ai bien connaissance par exemple de la température potentielle (Theta E) utilisée en météo, mais je n'ai rien vu de la sorte en climatologie. 

 

Dans le contexte de réchauffement climatique que nous vivons, il pourrait effectivement être interessant d'analyser l'évolution de l'énergie contenue dans les masses d'air au sol, non seulement par sa composante sensible (la température),  mais aussi par sa composante latente (la vapeur d'eau contenue dans l'air). En effet j'ai le sentiment que les deux composantes n'évoluent pas de manière identique et je vais essayer d'en donner un exemple, non pas en qualité expert, mais en qualité "amateur". 😄

 

N'ayant pas accès à des bases de données sous forme de fichier texte je vais essayer d'étayer mes propos avec les moyens du bord, soit la base climatologique de Meteociel, ceci pour ma station de référence (Genève, 420m).  J'y ai séléctionné les 5 étés les plus chaud de ces deux dernières décennies, à savoir, du plus chaud au moins chaud : 2003,  2015, 2018, 2017, 2009. J'y ai aussi rajouté 2019 (incomplet forcement, comptabilisé jusqu'au 30 juillet), à titre informatif.

Le diagramme ci-bas résume la moyenne des températures maximales pour chaque mois d'été ainsi que de la saison entière :

 

 

 

On peut constater que 2003 se démarque largement des autres années, avec un écart  sur la saison de 2.3 °C par rapport au deuxième été le plus chaud (2015).  Le record semble donc encore loin d'être détrôné. Hors, sur ces années sélectionnées, la teneur en eau semble n'avoir cessée d'augmenter. Le seul indice disponible sur Meteociel permettant d'apprécier la combinaison de la température et de la teneur en eau est l'Humidex. Cet indice est biensûr imparfait, mais il a le mérite d'exister et de permettre de montrer une évolution. Le graphique ci-bas reprend les mêmes années que plus haut, mais cette fois-ci avec la valeur moyenne de l'indice Humidex maximal de chaque journée : 

 

 

 

Cette fois-ci l'écart entre 2003 et la deuxième année la plus "moite" diminue avec 1.9 point, non plus par rapport à 2015 mais 2018. Celui-ci est même plus bas (1.5 point) avec 2019 . 

 

Mais le plus intéressant est le graphique suivant, où seule la différence entre la Tx et l'Humidex est affichée (oui oui j'ai conscience que ce n'est pas scientifiquement acceptable de déduire une température (°C) par un indice sans unité!😅) : 

 

 

 

On remarque, pour ces années sélectionnées, une augmentation constante et importante de l'écart entre la température mesurée et son indice Humidex relié, avec 1.53 point en 2003 contre 2.78 en 2019, soit presque le double! Cela démontre clairement que la masse d'air a tendance à contenir toujours plus de vapeur d'eau, et que donc une partie de l'énergie supplémentaire n'est pas mesurable en prenant compte que l'évolution des températures. 

Plus flagrant encore, j'ai vulgairement mesuré l'énergie de la masse d'air du jour le plus "énergétique" des années citées plus haut sur le diagramme psychrométrique disponible sur Wikipedia : 

 

 

Si je ne dis pas de bêtises, le diagramme psychrométrique permet de d'éterminer l'énergie spécfique contenue dans une masse d'air. On y trouve en bas la température du bulbe sec (celle mesurée par les thermomètres), en rouge les courbes d'humidité relative, et en noir l'enthalpie. Pour calculer grossièrement l'énergie spécifique (l'enthalpie), il suffit de connaître la température maximale et son humidité relative du jour sélectionné, en faisant un point au croisement de ces deux paramètres . Les droites obliques (isenthalpes) permettent de faire varier la température et l'humidité relative tout en conservant la même quantité d'énergie de la masse d'air. A titre d'exemple simpliste, pour le 30 juin 2019 et ses 35°C et 45% Hr, si la masse d'air avait été plus sèche (par exemple avec une végétation et des sols très secs) il aurait pu faire 40°C avec 30% Hr, voire 45°C avec 20% Hr, soit sensiblement ce qui a été mesuré durant la même canicule au Sud de la France...

 

Le constat global est, dans le cas de Genève, sans appel : l'énergie contenue dans la masse d'air semble, pour les jours les plus "moites" des années étudiées, monter inexorablement, passant de 61 J/g en 2003 à 65 J/g en 2015 et 2018, puis 70 J/g en 2017, avant le terrible 77 J/g (!!) de juin de cette année. Par ailleurs, l'année 2019 compte déjà environ une dizaine de journées dont l'enthalpie maximale est supérieure au maximum de 2003  (soit située entre 61 et 77 J/g).  Cette augmentation d'énergie n'est pourtant pas ou peu visible si on ne considère que la température, à l'image de 2019 avec son petit 35°C... D'où ma question concernant l'existence d'un indicateur énergétique (et/ou enthalpique) dans le domaine de la climatologie. 

 

 

[Patoche]

Aucune réponse? J'ai dit de monstrueuses bêtises, ou je n'ai pas posté dans le bon sous-forum? 😰

 

De mon côté je n'ai toujours pas trouvé d'indicateur énergétique pour étudier le climat, sauf peut-être celui-ci : 

 

Source : https://www.meteosuisse.admin.ch/home/climat/le-climat-suisse-en-detail/indicateurs-de-climat.html?filters=WetBulbT_1981-today_JJA&station=gve

 

Il s'agit de la  température maximale du thermomètre mouillé pour Genève, pendant la saison d'été. Celle-ci correspond à la température donnée en bleu sur le diagramme psychrométrique de mon premier post. Cet indicateur tient compte de l'humidité de l'air, mais n'est pas proportionnel au contenu énergétique de la masse d'air, il ne reflète donc pas parfaitement l'énergie totale de la masse d'air. On y retrouve toutefois cette tendance à l'augmentation significative de la "moiteur" depuis 2010.  Cette tendance est observable dans de nombreuses stations du plateau Suisse, mais beaucoup moins (voire pas du tout) sensible en altitude et durant les autres saisons que l'été. Pour la France je ne peux rien dire, je n'ai rien trouvé sur Météofrance.

 

J'aimerais bien creuser la question et "développer" un indicateur énergétique, si par hasard il n'en existait pas un, tenant compte au minimum de la chaleur sensible et latente contenue dans la masse d'air. L'équation pourrait ressembler à ça : 

 

Source: Roger Röthlisberger 

 

Cette équation est tirée des mes cours de climatisation et donne l'énergie contenue dans 1 kg d'air sec, en fonction de la chaleur sensible de l'air (Cpa) et de la vapeur d'eau (Cpv), ainsi que la chaleur latente de cette dernière (qvo). X*v  correspond à la teneur en eau (en kg/kg air sec). Je n'ai toutefois aucune base climatique d'une station à disposition pour essayer quoi que ce soit, je ne peux donc pas aller plus loin... 

 

Si ce sujet intéresse quelqu'un et qu'il dispose d'une base de donnée climatique (la plus longue possible) avec au minimum la température, la pression atmosphérique, l'humidité relative/le point de rosée/la pression partielle de vapeur, ce serait avec plaisir! 😀

 

 

 

[Montilien26]

Salut patoche, ton sujet est très intéressant mais je ne suis pas assez calé pour répondre à ta question.

Peut-être tu trouveras des éléments réponses en creusant du côté de l'enthalpie ?

Un lien qui semble intéressant :

 

pres_001.pdf

[Patoche]

Merci Montilien! 

En effet, in fine, l'idée serait de travailler avec l'enthalpie. Pour le moment je ne souhaite pas forcément me préoccuper des variations de volume ou de pression de l'air, car cela impliquerait de longs calculs au-delà de mes capacités (mes cours de thermodynamique me semblent déjà lointains! 😱), je pensais les supposer constantes (plus exactement constantes (en moyenne) d'une année sur l'autre). 

 

J'hésite à commander les données climatiques pour ma station de référence auprès de Météosuisse, mais ça risque de faire cher... 😕