Climats et Latitude

    Le climat dépend en grande partie de la répartition du réchauffement . Il dépend aussi de l'inclinaison de l'axe de la terre, responsable des saisons, et de la distribution des océans, qui emmagasinent la chaleur du soleil, et tempèrent le climat. Les régions éloignées de l'océan connaissent de plus grands écarts de température et sont souvent plus sèches.

    Les régions tropicales chaudes sont traditionnellement comprises entre les latitudes de 23.5° , nord et sud, respectivement nommées "tropique du cancer" et "tropique du capricorne." Dans ces régions situées de part et d'autre de l'équateur, le soleil passe directement au zénith au moins une fois par an. Dans les régions polaires limitées par les cercles arctiques (latitude 66.5°), le soleil est de la même façon sous l'horizon au moins une fois par an. Ces régions sont dans "la nuit polaire" en plein hiver, et la végétation peine à y survivre. Au milieu de l'été, les jours polaires allongent énormément, mais les rayons du soleil , qui restent près de l'horizon, sont très inclinés et leur puissance de chauffage est minimale.

    Le climat dépend donc de la quantité d'énergie du soleil capturée, mais l'atmosphère joue également un rôle important. La chaleur reçue par la terre ne reste pas où elle s'est posée. Tôt ou tard les parcelles réchauffées de la terre la renvoient au loin, sous forme de rayonnement infrarouge. Ces infrarouges sont à leur tour rapidement absorbés par les gaz de serre, tels que la vapeur d'eau (voir S-1 Les rayons du soleil et la terre). Ultérieurement, les molécules de ces gaz abandonnent leur chaleur, aussi sous forme de rayonnement infrarouge, dont une partie est dirigée vers le haut. Cette chaîne alternant diffusions et absorptions permet à la chaleur de se diffuser progressivement, comme la lumière du soleil dans le brouillard, jusqu'à ce qu'elle atteigne partiellement le niveau élevé de l'espace où elle peut continuer à rayonner mais jamais en redescendre.

    Ce niveau se situe à la base d'une autre couche atmosphérique, sèche et stable : la stratosphère. La partie sous jacente de l'atmosphère, plus active et plus humide - celle où ont lieu les phénomènes météorologiques, s'appelle la troposphère, et la limite entre les deux est la tropopause

Les flux d'air à grande échelle à proximité de l'équateur

    Si la chaleur envahit l'atmosphère, elle est aussi véhiculée par des vents, des flux ou courants atmosphériques. En principe

--Tout mouvement aérien trouve son origine dans l'énergie calorifique
                que le soleil envoie sur terre.
--Le brassage de l'air tend à évacuer cette chaleur le plus efficacement possible.
--La circulation générale de l'air transporte la chaleur à distance, là où elle peut au mieux se diffuser dans l'espace.
               

    Le plus gros de la chaleur provient des tropiques, mais peut être réfléchi vers n'importe quel endroit de la terre, grâce au rôle propagateur très diffus de l'atmosphère. Les flux atmosphériques globaux contribuent à réaliser efficacement cette répartition. L'air chaud est transporté vers les pôles, l'air refroidi vers l'équateur.

Mais quel en est le mécanisme ?

    La réponse est complexe (et je dois remercier de ses conseils le Dr. Mark Schoeberl, du NASA's Goddard Space Flight Center. Première question, relative aux 3 dimensions de l'atmosphère : les mouvements principaux sont-ils verticaux ou horizontaux ? Faire appel à la logique seule est incertain. Il vaut bien mieux observer la nature, ou (ces dernières années) les puissants ordinateurs de simulations, qui aident à connaître les facteurs véritablement en jeu.

    En 1735, Hadley émit l'idée de mouvements avant tout verticaux (voir le dessin ci-dessus). Sans rotation de la terre, ce courant serait confiné à un plan nord- sud. L'air chaud s élèverait de la proximité de l'équateur pour se refroidir en altitude, tandis que l'air plus froid des régions éloignées de l'équateur s'écoulerait vers celui ci.

   l'effet Coriolis, du à la rotation de la terre, modifie considérablement cet écoulement, nous allons le voir : D'abord, regardez la partie droite du schéma ci-dessous.

A l'époque de la marine à voile, les capitaines des navires en ont tiré profit. Pour se rendre d'Espagne en Amérique, ils naviguaient à hauteur de l'équateur selon un itinéraire méridional bénéficiant des "alizés" "vents du commerce (trade winds)." Venant de l'est, pour revenir, ils allaient plus au nord et s'aidaient des vents d'ouest. De nombreux bateaux espagnols, chargés d'or et d'argent en provenance du Mexique et d'Amérique du Sud furent détruits au large de la Floride, sur le chemin du retour.

Les grandes circulations de l'air, vers les régions polaires

    Un autre effet en est la variation d'épaisseur de la couche d'ozone, le gaz stratosphérique qui nous protège des émissions ultraviolettes du soleil. Au-dessus de l'équateur la stratosphère est repoussée vers le haut et la couche d'ozone est laminée, alors que dans les latitudes moyennes la couche d'ozone est plus basse, et plus étendue. Par conséquent, l' activité des ultraviolets est plus importante aux latitudes équatoriales. C'est peut être pourquoi les habitants de ces régions ont acquis une peau plus foncée, qui les aide à se protéger des rayons ultraviolets.

    Le soleil chauffe souvent au delà de 20°, par exemple. en Floride et à Hawaï , mais les circulations d'air ne sont plus verticales, mais horizontales Cela est dù à des instabilités dans le flux des vents d'ouest, qui envoient de la chaleur plus près du pôle. L'écoulement principalement dirigé vers l'ouest développe horizontalement des "ondes de Rossby" qui s'étalent vers le pôle. Les boucles de ces ondes qui sont orientées vers le pôle, sont siègede hautes pressions , alors que celles- ci sont basses au niveau de leurs opposées. (voir l'illustration). Avec des circulations différentes de l'air selon la pression de ces régions, se créent des tourbillons (voir les réfèrences dans le cadre des rotations dans l'espace et la terre), et ceci aide aussi à envoyer de l'air chaud vers le pôle.

    Comme les météorologues le savent, ces ondulations peuvent sensiblement se décaler. C'est pourquoi il est si difficile de prévoir le temps aux USA : il suffit d'un léger décalage pour envoyer les précipitations prévues dans un état voisin (ou tout autour). La nature du sol perturbe également l'écoulement, par exemple la barrière des montagnes des USA occidentaux tend à envoyer les vents d'ouest vers le pôle, vers le Canada.

    La distribution inégale entre terres et océans, plaines et montagnes peut également modifier le modèle précédent. En particulier, la cellule de Hadley située dans la région équatoriale au-dessus de l'océan pacifique ne s'écoule pas simplement dans la direction nord- sud, mais aussi entre l'est et l'ouest. Ce décalage provoque une modification globale du temps, appelée El Niño--"enfant" en Espagnol, pour "enfant Jésus", nom donné par les pêcheurs péruviens parce qu'il commence (quand il se produit) aux environs de décembre.