3. Qu elqu es elements sur la couche limit e at rnospherique
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Une at mosphere seche est don e plu s stable pui squ e le gradi ent de te mpera ture est plu s facilement sous-adiabatique (voir les zones de stabilit e et
d 'in st abili t e dans la figure 3.7).
En realite, l'impact de la difference de cha leur specifique est negligeabl e.
La forte difference de gradi ent adiaba t ique ent re un air sec et un air humide
sat ure (au niveau des zones tropicales, on peut avoir jusqu'a f w rv I'd13) est
Me aux echanges de chaleur associes a la cond ensation de l'eau (exercice 3.1).
La cond ensat ion de l'eau est en effet exot hermique, le flux de chaleur libere
et ant donne par
5Q = - m x L ; dqs ,
(3.21)
avec m la masse d 'air, L; la chaleur lat ent e specifique de vaporisation (ram enee
a la masse de vap eur d 'eau ; L; = 2.5 X 10
6
J kg1
a 273 K) et qs la fraction
massiqu e de vap eur d 'eau . On verifie que la condensation (dqs < 0) conduit
bien a un rejet de chaleur (5Q > 0) .
Le gradient adiaba t ique sature est un e fonction de la te mperature et de
l'humidite (exer cice 3.1). Les condit ions de st abilite de l'atrnosphere dan s le
cas general sont alors donnees par le gradi ent de t emper ature vir tuel :
• si 8T v l8z < - I'd : inst abili t e absolue ;
• si 8T v l 8z = - I'd : cas neutre insature ;
• si 8T v l8z E] - I'd; - f w[ : inst abili te condit ionnelle (st abili te si la par celle
est non sature e ou seche, inst abili t e si la parcelle est sature e et don e
sujet te a la condensat ion) ;
• si 8T v l8z = - f w : cas neut re satur e ;
• si 8T v l8z > - f w : stabilit e absolue.
La notion de stabilite conditionnelle est dir ect ement relativ e a l'humidit e. On
considere un gradient de te mperatur e virt uel 8T v l8z E] - fd , - f w[ :
• un e parcelle seche ou non satur ee a sa stabilite determines par le gradient
adiaba t ique sec : elle est don c stable, ca r 8T v 18z > - f d .
• une par celle saturee (et don e sujet te a la condensation) a sa stabilite
det errninee par le gradi ent adiabatique humide : elle est don c inst abl e,
car 8T v l8z < - f uiL'inst abili t e de la parcelle satur ee est provoquee par la condensation de l'eau
qui a pour effet de la rechauffer. Cela genere, par exemple, les Images dit s
convectifs.
La valeur moyenn e du gradient adiabatique humide est - 6.5 K km- 1 (voir,
a titre d 'illu stration , l'exercice 3.2 pour un e application a l'altirnetrie) .
Exercice 3.1 (Gradient adiabatique humide sature]
On considere une parcelle d 'air ascenda nte qui contient de la vap eur d 'eau . Lors
de son ascension, la parcelle refroidit et la pr ession dim inu e jusqu 'a atteindre
la pr ession de vap eur sat urante de l' eau. La vap eur d 'eau va alors condenser.
Calculer le gradient adiabat ique humide et compa rer au cas d 'une at mosphere seche.
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Une at mosphere seche est don e plu s stable pui squ e le gradi ent de te mpera ture est plu s facilement sous-adiabatique (voir les zones de stabilit e et
d 'in st abili t e dans la figure 3.7).
En realite, l'impact de la difference de cha leur specifique est negligeabl e.
La forte difference de gradi ent adiaba t ique ent re un air sec et un air humide
sat ure (au niveau des zones tropicales, on peut avoir jusqu'a f w rv I'd13) est
Me aux echanges de chaleur associes a la cond ensation de l'eau (exercice 3.1).
La cond ensat ion de l'eau est en effet exot hermique, le flux de chaleur libere
et ant donne par
5Q = - m x L ; dqs ,
(3.21)
avec m la masse d 'air, L; la chaleur lat ent e specifique de vaporisation (ram enee
a la masse de vap eur d 'eau ; L; = 2.5 X 10
6
J kg1
a 273 K) et qs la fraction
massiqu e de vap eur d 'eau . On verifie que la condensation (dqs < 0) conduit
bien a un rejet de chaleur (5Q > 0) .
Le gradient adiaba t ique sature est un e fonction de la te mperature et de
l'humidite (exer cice 3.1). Les condit ions de st abilite de l'atrnosphere dan s le
cas general sont alors donnees par le gradi ent de t emper ature vir tuel :
• si 8T v l8z < - I'd : inst abili t e absolue ;
• si 8T v l 8z = - I'd : cas neutre insature ;
• si 8T v l8z E] - I'd; - f w[ : inst abili te condit ionnelle (st abili te si la par celle
est non sature e ou seche, inst abili t e si la parcelle est sature e et don e
sujet te a la condensat ion) ;
• si 8T v l8z = - f w : cas neut re satur e ;
• si 8T v l8z > - f w : stabilit e absolue.
La notion de stabilite conditionnelle est dir ect ement relativ e a l'humidit e. On
considere un gradient de te mperatur e virt uel 8T v l8z E] - fd , - f w[ :
• un e parcelle seche ou non satur ee a sa stabilite determines par le gradient
adiaba t ique sec : elle est don c stable, ca r 8T v 18z > - f d .
• une par celle saturee (et don e sujet te a la condensation) a sa stabilite
det errninee par le gradi ent adiabatique humide : elle est don c inst abl e,
car 8T v l8z < - f uiL'inst abili t e de la parcelle satur ee est provoquee par la condensation de l'eau
qui a pour effet de la rechauffer. Cela genere, par exemple, les Images dit s
convectifs.
La valeur moyenn e du gradient adiabatique humide est - 6.5 K km- 1 (voir,
a titre d 'illu stration , l'exercice 3.2 pour un e application a l'altirnetrie) .
Exercice 3.1 (Gradient adiabatique humide sature]
On considere une parcelle d 'air ascenda nte qui contient de la vap eur d 'eau . Lors
de son ascension, la parcelle refroidit et la pr ession dim inu e jusqu 'a atteindre
la pr ession de vap eur sat urante de l' eau. La vap eur d 'eau va alors condenser.
Calculer le gradient adiabat ique humide et compa rer au cas d 'une at mosphere seche.