Eau

À quoi servent la tension de vapeur (e) et le rapport de mélange (r) ?

Ces paramètres permettent de quantifier la phase vapeur dans l’air

Qu’est ce que la tension de vapeur e ? Quelle loi lui est associée ?

La tension de vapeur est la quantité de vapeur d’eau présente dans l’air.

On lui associe la loi de Dalton

Énoncer la loi de Dalton

P = P_{air sec} + e

À quoi sert la loi de Dalton ?

La loi énonce que la pression totale exercée par un mélange de gaz parfaits est égale à la somme des pressions partielles de chacun de ses constituants.

Pour l'atmosphère, qui est un mélange d'air sec et de vapeur d'eau, la loi s'écrit :

P = P_air sec​+ e

Qu’est ce que le rapport de mélange r ?

Le rapport de mélange r correspond à : r = m _{vapeur d’eau} / m _{air sec}

Comment utilise-t-on ces paramètres ?

Quand une masse d'air chaud et humide s'élève du sol, sa température baisse, mais son rapport de mélange réel (r) reste strictement constant (par exemple 8 g/kg).

En revanche, comme l'air se refroidit en montant, sa capacité maximale à contenir de l'eau (r_s​) diminue au fil de l'ascension.

Les météorologues n'ont plus qu'à regarder à quelle altitude r_s​ va descendre jusqu'à atteindre 8 g/kg. À cette altitude exacte (r=r_s​), le nuage commence à se former. Cela permet de prédire avec précision le plafond pour les pilotes.

Ordre de grandeur de e et r aux régions froides continentales ?

r = 1 g/kg

e = 1.5 hPa

Ordre de grandeur de e et r aux régions froides tempérées ?

r = 10 g/kg

e = 15 hPa

Ordre de grandeur de e et r aux régions froides équatoriales ?

r = 20 g/kg

e = 30 hPa

À quoi servent le contenu en eau liquide (LWC) et le contenu en glace (IWC) ?

Ces paramètres servent à quantifier la phase d’eau ou de glace dans l’atmosphère nuageuse

La LWC répond à la question “combien de gramme d’eau est ce qu’un mètre cube de nuage contient”

La LWC répond à la question “combien de gramme de glace est ce qu’un mètre cube de nuage contient”

Énoncer l’expression de la LWC

LWC = masse de glace / volume correspondant

Énoncer l’expression de la IWC

IWC = masse de glace / volume correspondant

Qu’est ce qu’un air saturé ?

L’air est dit saturé s’il contient plus de vapeur d’eau que la masse maximale admissible

Expliquer à partir du phénomène de saturation l’apparition d’eau liquide

Si une particule d’air est saturée et qu’il y a autour d’elle des noyaux de condensation, il y aura condensation et donc apparition d’une goutte d’eau

Qu’est ce qu’e_w ?

C’est la tension de vapeur saturante

Qu’est ce que la tension de vapeur saturante e_w ?

C'est la capacité maximale de stockage en eau de l'atmosphère : Si on tente d'ajouter de la vapeur d'eau au-delà de cette limite, ou si on refroidit l'air en dessous, le surplus ne peut plus rester sous forme de gaz invisible : il se condense immédiatement en gouttelettes liquides (brouillard, nuage, pluie).

Capacité de l’air à contenir de la chaleur en fonction de sa température ?

Plus l’air est chaud, plus il peut contenir de l’eau avant d’atteindre la saturation

Qu’est ce que la sursaturation ?

État où l’air contient plus de vapeur d’eau que ce que les lois de la thermodynamique autorisent à une température donnée (on devrait être condensé mais on a pas assez de noyau de condensation car l’air est trop pur)

Que veut dire CONTRAILS ?

Condensation Trails Aloft

Expliquer le phénomène de CONTRAILS

À l’altitude de croisière, l’air est sursaturé par rapport à la glace (càd qu’il y a assez d’humidité pour former des cristaux de glace mais pas assez de noyaux de condensation);

En passant, les moteurs des avions rejettent des aérosols = noyaux de condensation

= CONTRAILS (Condensation Trails Aloft)

Qu’est ce que la surfusion ?

État où un liquide reste liquide alors que la température est inférieure à son point de congélation

Expliquer le phénomène de surfusion

Pour que l’eau devienne glace, il faut un noyau glaçogène (+ rare que les noyaux de condensation) ou un choc. Ainsi une eau pure refroidi calmement peut descendre jusqu’à -40°C sans geler.

Citer trois mécanismes de saturation

On pousse un système à la saturation par ajout de vapeur d’eau, par refroidissement isobare ou pas refroidissement adiabatique

Expliquer la saturation par ajout de vapeur d’eau

À l’état juste saturé, si on ajout + de vapeur d’eau l’excés se condense en gouttelettes et le volume d’air reste saturé

Expliquer le phénomène de brouillard d’évaporation avec l’ajout de vapeur d’eau

1. Au-dessus d’un lac en automne, l’eau liquide est chaude comparé à l’air ambiant, donc l’eau s’évapore.

2. La masse d’air à la surface de l’eau rencontre une masse d’air plus haut qui mène à un mélange de masse d’air à la température moyenne T_m

3. Chaque température a une capacité max à contenir la vapeur, s’il y a plus de vapeur d’eau que T_m ne peut contenir, alors cette excédent se transforme en brouillard

4. On appelle cela le brouillard d’évaporation

Expliquer la saturation par refroidissement isobare

À pression constante, on abaisse la température pour réduire la capacité de stockage de l’air à contenir la vapeur d’eau. Sur le diagramme de phase, on verra que le point se déplace vers la gauche (baisse de température) jusqu’à rencontrer la courbe de saturation

Expliquer le phénomène de rosée du matin avec le refroidissement isobare

Pendant la nuit, les objets au sol balancent leur chaleur vers l'espace (refroidissement par rayonnement). Le sol devient glacial, refroidit l'air qui l'entoure, et l'humidité de l'air se condense en gouttes d'eau (la rosée)

Expliquer le phénomène de gelée blanche avec le refroidissement isobare

C’est le même mécanisme que pour la rosée mais cette fois ci la température chute sous la barre des 0°C

Expliquer le phénomène de brouillard de rayonnement avec le refroidissement isobare

1. La nuit et en l’absence de nuage, le sol émet un rayonnement IR (perte de chaleur) vers l’espace.

2. L’air situé au-dessus du sol cède sa chaleur au sol et descend à la température du point de rosée

3. La vapeur d’eau devenue excédentaire se condense en brouillard

Expliquer le phénomène de brouillard d’advection avec le refroidissement isobare

Refroidissement par déplacement d’une masse d’air chaude et humide sur une surface froide

Expliquer ce qu’est un refroidissement adiabatique

Réchauffement dû à un changement de pression

Qu’est ce que l’hypothèse adiabatique ?

Soit une particule d’air isolée : aucun échange de chaleur n’a lieu entre la particule d’air humide et le milieu environnant pendant les mouvements verticaux

1. ASCENDANCE : Si la particule monte, la pression diminue donc la particule se détend = elle consomme son énergie interne et sa température baisse

2. SUBSIDENCE : Si la particule descend, la pression augmente donc la particule se compresse = elle gagne en énergie interne et sa température augmente

Qu’est ce que le gradient adiabatique ?

Le gradient adiabatique est le taux de refroidissement d’une parcelle d’air en montée ou en descente

Gradient adiabatique sec DALR (pour une parcelle d’air non saturé) ?

γ_d = 0.98 °C/100m = 3°C/1000ft

Gradient adiabatique saturé SARL (pour P = 1000hPa et T = 0°C) ?

γ_s = 0.65 °C/100m = 2°C/1000ft