Circulation de l'air atmosphérique

Circulation atmosphérique générale : cellule de Hadley, cellule de Ferrel, cellule polaire. La circulation atmosphérique est le mouvement à l'échelle planétaire de la couche d'air entourant la Terre qui redistribue la chaleur provenant du Soleil en conjonction avec la circulation océanique. En effet, comme la Terre est un sphéroïde, la radiation solaire incidente au sol varie entre un maximum aux régions faisant face directement au Soleil, situé selon les saisons plus ou moins loin de l'équateur, et un minimum à celles très inclinés par rapport à ce dernier proches des Pôles. La radiation réémise par le sol est liée à la quantité d'énergie reçue. Il s'ensuit un réchauffement différentiel entre les deux régions. Le déséquilibre ainsi créé a pour conséquence des différences de pression, qui sont à l'origine des circulations atmosphériques. Celle-ci, combinée aux courants marins, est le moyen qui permet de redistribuer la chaleur sur la surface de la Terre. Les détails de la circulation atmosphérique varient continuellement, mais la structure de base reste assez constante.

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Couches de l'atmosphère

Température des couches de l'atmosphère (en °C) en fonction de l'altitude (en km) : troposphère, stratosphère (couche d'ozone), mésosphère, thermosphère.

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Couches de l'atmosphère

Schéma stratigraphique des couches de l'atmosphère : troposphère, stratosphère, mésosphère, thermosphère, exosphère.

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Couches de l'atmosphère

Coupe verticale des couches de l'atmosphère.

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Coupe de la Terre et de l'atmosphère

Coupe de la terre (noyau interne, noyau externe, manteau interne, manteau externe, crôute) et de l'atmosphère (troposphère, stratosphère, mésosphère, thermosphère, exosphère) ; échelle non respectée.

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Coupe de la Terre et de l'atmosphère non légendée

Coupe non légendée et numérotée de la Terre (de 1 à 9) et de l'atmosphère (de A à E).

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Évolution de l'atmosphère terrestre

Évolution des teneurs connues de CO2 de l'atmosphère terrestre. (Pour rendre ces variations plus visibles, l'échelle temporelle n'est pas linéaire) : Variations dans le temps de la vapeur d'eau, du CO2 (deux gaz à effet de serre) et de l'oxygène, produit par les algues, bactéries photosynthétiques et plantes(qui ont permis d'importants puits de carbone et la production de la couche d'Ozone protectrice). D'après les données réunies par le "Journal pour la Science" pour un dossier sur l'atmosphère publié en 1996.

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Les couches de l'atmosphère de la terre

Les couches de l'atmosphère de la Terre : Thermosphère, Mésosphère, Stratosphère, Troposphère

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Lithosphère et atmosphère

Schéma de la place de la biodiversité dans la biosphère, à l'interface entre trois sphères : hydrosphère, atmosphère et lithosphère. La biodiversité interfère avec chacun de ces trois "compartiments" de la biosphère, avec un lien avec le climat dans les trois cas (via les "puits de carbone" en particulier) : La lithosphère constitue l'essentiel de la planète en termes de poids et de volume, loin devant l'eau et l'air. Elle est le support de la vie (Biodiversité) et incorpore les carbone résiduel fossile sous forme de charbon, gaz, pétrole et roches carbonatées. Ce schéma positionne de manière proportionnée en volume les fonctions écosystémiques actives (dont cycles biogéochimiques) de la biodiversité dans le système Terre-Univers et Eau/air/sol.

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Rayons du crépuscule

Rayons du crépuscule : les différentes couleurs sont dues à la dispersion de la lumière produite par l'atmosphère. Quand la lumière traverse l'atmosphère, les photons interagissent avec elle à travers la diffusion des ondes. Si la lumière n'interagit pas avec l'atmosphère, c'est la radiation directe et cela correspond au fait de regarder directement le soleil. Les radiations indirectes concernent la lumière qui est diffusée dans l'atmosphère. Par exemple, lors d'un jour couvert quand les ombres ne sont pas visibles il n'y a pas de radiations directes pour la projeter, la lumière a été diffusée. Un autre exemple, dû à un phénomène appelé la diffusion Rayleigh, les longueurs d'onde les plus courtes (bleu) se diffusent plus aisément que les longueurs d'onde les plus longues (rouge). C'est pourquoi le ciel parait bleu car la lumière bleue est diffusée. C'est aussi la raison pour laquelle les couchers de soleil sont rouges. Parce que le soleil est proche de l'horizon, les rayons solaires traversent plus d'atmosphère que la normale avant d'atteindre l'œil par conséquent toute la lumière bleue a été diffusée, ne laissant que le rouge lors du soleil couchant.

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Altocumulus

L'altocumulus est un genre de nuage de l'étage moyen, qui apparaît à une altitude comprise entre 2 000 et 6 000 m. Son épaisseur est comprise entre 300 m (altocumulus stratiformis) et 6 000 m (altocumulus orageux ou altocumulonimbus). L'altocumulus est constitué de gouttelettes d'eau et parfois de cristaux de glace, et constitué de couches ou nappes de nuages blancs ou gris. Il peut être formé par l'élévation d'une grande masse d'air puis de condensation dans une atmosphère instable. Il est souvent visible avant un orage. Il peut provoquer des concrétions de glace sur les avions. Source : Wikipédia, Météorologie nationale.

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Cristaux d'Osmium

Cristaux d'Osmium (Os), cristallisé produit par réaction de transport chimique dans une atmosphère de chlore. Masse : 2,2 g, pureté ≥ 99.99%. L’osmium est l'élément chimique du tableau périodique dont le symbole est Os et le numéro atomique 76. Il se présente sous la forme d'un métal gris bleuté et brillant. C'est un métal de transition appartenant aux métaux du groupe du platine. Il est l'élément naturel le plus dense sur Terre. Il est le plus souvent trouvé nativement en alliage avec le platine ou l'iridium. Les alliages d'osmium sont employés notamment dans les pointes de stylo plume, les contacts électriques et dans d'autres applications où sa dureté et sa résistance extrêmes sont requises.

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Diagramme des pays pollueurs

Diagramme des dix premiers pays pour les émissions de CO2 en millions de tonnes en 2006 ; de haut en bas : Chine, Etats-Unis, Russie, Inde, Japon, Allemagne, Canada, Royaume-Uni, Corée du Sud, Iran, Reste du monde.

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Effets de pollutions sur la santé humaine

Effets de pollutions (eau, air, sol) sur la santé humaine. Traduction en français Christophe Catarina.

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Export import et pollution

Ratio exportations/importations de produits à forte intensité de pollution en 1986 et 1995, par tranche de pays. Source : banque mondiale. Les effets du commerce international sur l’environnement font suite à l'expansion rapide et massive du commerce international après la Seconde Guerre mondiale, favorisé par la libéralisation des échanges et la diminution des coûts de transport. Le volume du commerce mondial a été multiplié par 27 entre 1950 et 2006, tandis que le PIB mondial n'était multiplié « que » par huit. La part du commerce international dans le PIB mondial est ainsi passée de 5,5 % à 20,5 %. Ces effets sont l'objet de recherches renouvelées à partir des années 1990, à la suite des objections environnementalistes à la création de l'Accord de libre-échange nord-américain (Alena).

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Forêt de bouleaux

Antonín Slavíček (1870–1910), "Atmosphère de bouleau", 1897, peinture à l'huile sur toile (91,5 × 114,5 cm), Galerie nationale à Prague. Poème de Sergueï Essénine (poète russe), 1913 : Белая берёза Под моим окном Принакрылась снегом Точно серебром (...) = Le bouleau blanc Sous ma fenêtre Se couvre de neige On dirait de l'argent.

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Formation de pluie par convection

Simulation de formation de nuages de convection. La convection est un mode de transfert qui implique un déplacement de matière dans le milieu, par opposition à la conduction thermique ou à la diffusion de la matière. Ce phénomène physique très commun se produit dans de nombreux systèmes (casserole, atmosphère, manteau terrestre, étoile...) sous des formes diverses.

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Fusée-sonde canadienne

Une fusée-sonde, dans le domaine de l'astronautique, est une fusée décrivant une trajectoire sub-orbitale permettant d'effectuer des mesures et des expériences. Lancée verticalement, une fusée-sonde peut emporter des centaines de kilogrammes d’instruments ou d’expériences scientifiques à une altitude comprise entre une centaine et un millier de kilomètres selon les modèles. Sa charge utile, abritée dans la pointe de l’engin, est récupérée avec un parachute. Cette possibilité a donné lieu à deux catégories d’applications : les explorations de la haute atmosphère et la recherche en micro-gravité. Source : http://fr.wikipedia.org/wiki/Fus%C3%A9e-sonde

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Nuages et soleil

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Obscurcissement au-dessus de la Chine

Obscurcissement de l'air provoquant un assombrissement au-dessus des vallées en Chine.

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Orage de grêle

Coupe verticale d'un orage de grêle avec l'air entrant soulevé en altitude et formant les grêlons. Dès qu'une goutte gèle dans les niveaux supérieurs de la troposphère (couche inférieure de l'atmosphère terrestre) où la température est inférieure à -10 °C, elle devient un tel noyau de congélation qui peut commencer le grêlon. L'embryon se retrouve alors entouré de vapeur d'eau et de gouttes restées liquides, la surfusion pouvant exister jusqu'à une température de -39 °C. Comme la pression de vapeur de saturation de la glace est moindre que celle de l'eau à ces températures, la vapeur d'eau contenue dans l'air en ascension rapide va se condenser en priorité sur les noyaux de glace. Les grêlons croîtront donc plus rapidement que les gouttes de pluie dans une atmosphère humide comme celle de l'orage. De plus, les embryons de grêle cannibalisent la vapeur d'eau des gouttes surfondues dans leur entourage. En effet, à la surface des gouttes il y a toujours un échange de vapeur d'eau avec l'air environnant et le grêlon semble attirer les molécules d'eau vers lui parce qu'il leur est plus facile de s'y condenser que sur la goutte (Effet Bergeron). Finalement, les gouttes de pluie qui entrent en contact avec les grêlons, gèlent instantanément sur sa surface.

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Photographie historique de la Terre en 1954

Première photo prise en haute atmosphère d'un système météorologique (cyclone tropical au-dessus du Texas) le 5 octobre 1954 par une fusée-sonde, l'ancêtre de la photographie satellitaire : photo mosaïque en couleurs naturelles de la Terre, légendée en anglais (South = sud , East = est, Rocket = fusée). Fusée-sonde envoyée le 5 octobre 1954 à 18:15 GMT depuis White Sands, New Mexico ; altitude d'environ 1 500 kilomètres. Source : Monthly Weather Review.

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Proportions des gaz dans l'atmosphère

Proportion actuelle des gaz atmosphériques (moyennes variant régionalement et saisonnièrement). Les gaz de l'atmosphère sont continuellement brassés, l'atmosphère n'est pas homogène, tant par sa composition que par ses caractéristiques physiques. La concentration des composants minoritaires, et en particulier les polluants, est très hétérogène sur la surface du globe, car des sources d'émission très locales existent, soit liées à l'activité humaine (usines, air intérieur ou extérieur, etc.) soit à des processus naturels (géothermie, décomposition de matières organiques, etc.). Au niveau de la mer, l'air sec est principalement composé de 78,1 % de diazote, 20,9 % de dioxygène, 0,93 % d'argon et de 0,034 % de dioxyde de carbone pour les gaz majeurs. Toutefois, il comporte aussi des traces d'autres éléments chimiques, les gaz mineurs, dont la proportion varie avec l'altitude. Les gaz à effet de serre majeurs sont la vapeur d'eau, le méthane, l'oxyde d'azote et l'ozone. Les concentrations en dioxyde de carbone s'élèvent, en 2011, à 0,0392 %, soit 392 ppm alors qu'en 1998, elle était de 345 ppm. D'autres éléments d'origine naturelle sont présents en plus faible quantité, dont la poussière, le pollen et les spores ainsi que des virus, bactéries.

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Schéma du cycle de l'eau

Schéma en anglais du cycle de l'eau atmosphère/océan/glaciers : Chaleur et sens de circulation océanique, Précipitation et Évaporation, Circulation atmosphérique, Accumulation de la neige et redistribution par les vents, Circulation des glaciers et Ligne d'Équilibre, Fonte des glaces.

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Soleil

Photo du soleil

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Stratus

Un stratus est un genre de nuage bas dont la base se trouve à des altitudes inférieures à quelques centaines de mètres. Lorsque cette base touche le sol, cela correspond à du brouillard. Le stratus a généralement un aspect assez uniforme (stratus nebulosus) mais est parfois constitué d'éléments séparés ayant un aspect déchiqueté (stratus fractus). Le stratus s'accompagne souvent d'une atmosphère brumeuse, et a une couleur grisâtre caractéristique. On utilise parfois le terme générique « grisaille », qui englobe à la fois les brouillards, les brumes, et les nuages très bas. Le stratus (avec le brouillard) est le seul nuage susceptible de donner de la bruine (précipitation de très fines gouttelettes d'eau, également appelée crachin), ou lorsque la température est sous 0 degré Celsius, de la neige en grain (très fines particules de glace de diamètre inférieur à un millimètre).

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Super-réfraction de radar météorologique

Effet de la super-réfraction dans une atmosphère non standard sur le faisceau radar qui peut voir au-delà de l'horizon car le faisceau se recourbe vers le sol (ex. inversion de température) et qui peut noter des précipitations sous l'horizon. Il arrive souvent que des inversions de températures se produisent à bas niveau par refroidissement nocturne sous un ciel clair, ou en altitude par subsidence. Également, l'humidité peut être capturée près du sol et diminuer rapidement avec l'altitude dans une goutte froide sous un orage, en situation du passage d'air chaud sur de l'eau froide, ou dans une inversion de température. Ces différents cas changent la stratification de l'air. L'indice de réfraction diminue alors plus rapidement que la normale dans la couche en inversion de température ou d'humidité ce qui fait recourber le faisceau radar vers le bas. Si l'inversion est près du sol, le faisceau frappe celui-ci à une certaine distance du radar puis retourne vers ce dernier. Comme le traitement radar s'attend à un retour d'une certaine hauteur, il place erronément l'écho en altitude. Ce type de faux échos est facilement repérable, s'il n'y a pas de précipitations, en regardant une séquence d'images. On y voit dans certains endroits des échos très forts qui varient d'intensité dans le temps mais sans changer de place. De plus, il y a une très grande variation d'intensité entre points voisins. Comme cela se produit le plus souvent en inversion nocturne, le tout commence après le coucher du soleil et disparait au matin. L'extrême de ce phénomène se produit quand l'inversion est si prononcée (et sur une mince couche) que le faisceau radar devient piégé dans la couche comme dans un guide d'onde. Il rebondit plusieurs fois au sol avant de revenir au radar. Ceci crée des échos de propagation anormale en bandes concentriques multiples. Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Radar_m%C3%A9t%C3%A9orologique

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