Module 6: Le téphigramme

Question 1

OBJECTIFS

Answer 1

1. Comprendre le fonctionnement du ballon-sonde;
2. Nommer et de définir les cinq composantes du diagramme aérologique;
3. Trouver, avec l’aide d’un diagramme aérologique, la température, l’humidité relative, le rapport de mélange, le rapport de mélange à saturation et le point de rosée d’une
   parcelle d’air

Question 2

Quel est le synonyme du téphigramme?

Answer 2

Diagramme aérologique

Question 3

À quoi sert le téphigramme?

Answer 3

Un outil encore utilisé en météorologie pour pointer les valeurs de certaines variables caractérisant l’état du fluide atmosphérique.

Question 4

Quelles sont les variables qui définissent l’état de l’atmosphère utilisées en météorologie?

Answer 4

Pression, température et humidité.

Question 5

Quel est l’intérêt du diagramme?

Answer 5

Permet de tracer approximativement l’évolution de ces variables dans l’atmosphère sans avoir recours aux équations de la thermodynamique.

Question 6

Qu’est-ce que le diagramme analyse?

Answer 6

Ce diagramme est utilisé par les météorologistes comme un outil de prévision car il leur permet d’analyser les couches nuageuses, leur stabilité et le type de précipitations qu’elles peuvent produire.

Question 7

Qu’est-ce qu’on peut simuler avec le téphigramme? Et pourquoi on le fait?

Answer 7

On peut simuler ce qu’un déplacement vertical de l’air changerait aux caractéristiques des variables d’états de l’atmosphère des différentes couches. Ainsi, on peut
noter le niveau de condensation par ascension et donc la base des nuages créés par un soulèvement de masse d’air. Ces analyses permettent de mieux connaître la structure et la nature de l’atmosphère afin de pouvoir prédire sa modification future.

Question 8

Sur quels lois physiques est basé le téphigramme?

Answer 8

Lois physiques qui gouvernent l’évolution du fluide atmosphérique (Ex. loi de l’équilibre hydrostatique, lois des gaz parfaits, etc.)

Question 9

Qu’est-ce que la loi des gaz parfaits?

Answer 9

La loi des gaz parfaits permet d’établir la relation entre température, volume et pression dans l’atmosphère.

Question 10

Qu’est-ce que l’équilibre hydrostatique?

Answer 10

L’équilibre hydrostatique représente l’équilibre entre les forces du gradient vertical de pression et la force de gravité.

Question 11

De quoi avons-nous besoin pour pouvoir utiliser le téphigramme?

Answer 11

Pour pouvoir utiliser le téphigramme comme outil de prévision, nous avons besoin d’un profil
aérologique (c.-à-d. un profil vertical des conditions atmosphériques) obtenu à partir d’un ballon-sonde. En fait, ce dernier fournira une connaissance de la structure verticale atmosphérique en termes de température, d’humidité et de pression.

Question 12

Qu’est-ce qu’un ballon-sonde?

Answer 12

Le ballon-sonde est constitué d’un ballon gonflé avec un gaz léger (ex. hélium) et
équipé d’une radiosonde.

Question 13

Qu’est-ce que la radiosonde?

Answer 13

La radiosonde est un boitier de plastique qui contient les instruments
de mesures servant à effectuer le radiosondage.

Question 14

Avec quoi la radiosonde est en contact lors de son vol?

Answer 14

Pendant son vol, la radiosonde est en contact avec le sol grâce à un émetteur radio.

Question 15

Comment fonctionne le ballon-sonde?

Answer 15

Le ballon gonflé avec un gaz léger fait monter la mini-station météorologique dans l’atmosphère.

Question 16

Que se passe-t-il quand le ballon s’élève? Et à quelle vitesse?

Answer 16

Le ballon s’élève à une vitesse d’environ 18 km/h et les instruments contenus dans la mini-station météorologique mesurent la température, la pression et l’humidité.

Question 17

Comment sont transmises les informations?

Answer 17

Les informations sont transmises par un émetteur radio à la station de lancement du ballon-sonde et sont ensuite acheminées vers un centre de prévision.

Question 18

Que se passe-t-il après 30 km?

Answer 18

Après 30 km, le ballon éclate et la sonde retombe vers le sol. C’est alors que le parachute se déploie pour ralentir la descente, ce qui évite que quelqu’un soit blessé lors du retour sur terre de la
radiosonde.

Question 19

À quel moment et combien de fois les ballons sont lâchés?

Answer 19

Les lâchés de ces ballons s’effectuent deux fois par jour, à 0h temps universel (TU) et 12h TU, selon une convention de l’Organisation météorologique mondiale (OMM). Tous les pays du monde effectuent leurs lâchés aux mêmes heures, ce qui permet aux scientifiques d’utiliser ces données instantanées de plusieurs endroits de la planète pour réaliser des prévisions météorologiques à partir d’un modèle numérique du climat

Question 20

Pourquoi est-il important de connaitre la notion du temps universel?

Answer 20

En météorologie, il est très important de connaître la notion de temps universel car toutes les données sont
fournies avec cette notation.

Question 21

Qu’est-ce que le temps universel? Et ou il est situé?

Answer 21

Le temps universel c’est l’heure de Greenwich (Greenwich est située près de Londres, en
Angleterre).

Question 22

Comment on fait pour calculer l’heure au Québec?

Answer 22

Pour calculer l’heure locale il faut pour le Québec soustraire 4 ou 5 heures selon qu’il s’agisse de l’heure avancée ou de l’heure normale. En fait, au Québec les radiosondages se font à 7h00 ou 8h00 le matin et à 19h00 ou 20h00 le soir.

Question 23

Voir le découpage du temps universel pour la Canada, page 7.

Answer 23

Voir le découpage du temps universel pour la Canada, page 7.

Question 24

Combien de composantes présentes le téphigramme?

Answer 24

Le téphigramme compte cinq composantes représentées sous forme de droites ou de courbes.

Question 25

À quoi servent les trois premières composantes? Et quels sont leurs noms?

Answer 25

Les trois premières composantes servent à définir l’état du fluide atmosphérique : la pression, la température et le rapport de mélange (humidité).

Question 26

Quelle est la première composante du téphigramme?

Answer 26

Pression (altitude)

Question 27

Qu’est-ce que la presion?

Answer 27

La pression est une force qui agit sur une unité de surface. En météorologie, c’est la force exercée par l’atmosphère sur une unité de surface de la Terre.

Question 28

Quelle est la formule?

Answer 28

Pression atmosphérique = force exercée par l’atmosphère / unité de surface de la Terre. Voir photo

Question 29

Comment l’être humain fait pour ne pas s’écraser par la force de l’eau?

Answer 29

À un endroit précis, la force de pression est égale à la force exercée par une colonne d’air, de surface unitaire, partant du sol et allant jusqu’au sommet de l’atmosphère. L’atmosphère a bel et bien un poids! Au niveau de la mer, le corps humain supporte une pression qui correspond à 1 kg/cm2. Si on intègre ce résultat pour toute la surface d’un corps humain moyen, celui-ci supporte environ une tonne d’air !!! Alors comment se fait-il que nous ne sommes pas écrasés par une telle force? La raison est que notre pression sanguine interne est en équilibre avec cette
force externe. Si vous plongez à de grandes profondeurs dans l’océan, il faudra progresser
lentement car le poids d’une colonne d’eau est beaucoup plus grand que celui de l’air et votre
pression sanguine mettra un certain temps à s’ajuster.

Question 30

Quel est l’unité du téphigramme et comment il est représenté?

Answer 30

Sur le téphigramme, les lignes de pression sont représentées en vert (figure 6.5) et l’unité est l’hectopascal (hPa) ou le millibar (mb). En fait, 1 hPa est égale 1 mb.

Question 31

Est-ce que la presion diminue ou monte avec l’altitude?

Answer 31

Diminue. En fait, plus on s’élève plus la hauteur de la colonne d’air au-dessus de nos têtes diminue

Question 32

Quelle est l’unité de mesure officielle de la pression?

Answer 32

L’unité de mesure de la pression est officiellement le pascal, et cela en hommage à Pascal, grand savant du XVIIe siècle. En fait, 1 pascal = 1 N/m2 où N, le Newton, est l’unité de mesure de la force.

Question 33

Est-ce que le pascal est une petite ou une grosse unité?

Answer 33

On voit que le pascal représente bien une force par unité de surface, c’est-à-dire, une pression. Le pascal est une petite unité.

Question 34

Qu’est-ce qu’on utilise comme pascal en métérologie?

Answer 34

En météorologie, on utilise plutôt un multiple du pascal, l’hectopascal (hPa), pour les mesures de la pression atmosphérique (1 hPa = 100 pascals). Cependant, on utilise encore très souvent l’ancienne unité qui est le millibar (mb) (1 millibar = 1 hectopascal).

Question 35

Quelle est la pression atmosphérique moyenne au niveau de la mer/ atmosphère standard?

Answer 35

La pression atmosphérique moyenne au niveau de la mer est d’environ 1013,25 hPa (ou 1013,25 mb). En fait, cette valeur moyenne est définie pour l’atmosphère
standard ou normalisée.

Question 36

Quelle valeur de pression on retrouve à 0 d’altitude?

Answer 36

C’est d’ailleurs cette valeur de pression (1013,25 hPa) que l’on retrouve à l’altitude 0 mètre sur le téphigramme.

Question 37

Qu’est-ce que l’atmosphère normal?

Answer 37

L’Organisation de l’aviation civile internationale (OACI) définit l’atmosphère standard comme ayant une pression de 1013,25 mb au niveau moyen de la mer et un gradient vertical de température de 6,5°C/km, de la surface jusqu’à la tropopause située à 11 km. Il existe d’autres variétés d’atmosphère standard selon les domaines d’études

Question 38

À quoi ça sert d’établir l’atmosphère standard?

Answer 38

L’établissement de cette atmosphère standard permet de convertir des niveaux de pression en hauteurs altimétriques. Par exemple, au niveau de pression 900hPa est situé à 988 mètres d’altitude. Le
téphigramme offre aussi la possibilité de lire l’altitude en pieds et en kilomètres.

Question 39

Quelle est la 2e composante du téphigrame?

Answer 39

La température

Question 40

Comment elle est représenté sur le téphigramme et quelle est l’unité de mesure?

Answer 40

Sur le téphigramme, les lignes d’égales températures appelées aussi isothermes sont représentées par des lignes obliques de couleur verte (figure 6.8). L’unité principale utilisée est le degré Celsius mais on retrouve aussi l’unité Fahrenheit.

Question 41

Quelle est la 3e composantes du téphigramme?

Answer 41

Rapport de mélange à saturation (Rvs) (Humidité)

Question 42

Qu’est-ce que le rapport de mélange à saturation?

Answer 42

L’air ne peut contenir qu’une certaine quantité d’eau à l’état de vapeur, compte tenu de sa pression et de sa température. Lorsque cette quantité est dépassée, on voit apparaître l’eau sous forme de gouttes liquides, on dit que le point de condensation (ou point de rosée) est
atteint et que l’air est saturé en eau (figure 6.9). Le rapport de mélange à saturation indique donc le nombre de grammes de vapeur d’eau nécessaire pour saturer 1 kg d’air sec à une température et une pression données.

Question 43

Quand l’air se refroidit Rvs devient plus petit ou plus grand?

Answer 43

On observe sur la figure 6.9 que plus l’air se refroidit plus Rvs devient petit. On peut imaginer Rvs comme étant le contenant et Rv comme étant le contenu. Quand les températures diminuent, Rvs ou le contenant se réduit et finit par atteindre la même taille que le contenu (Rv). Autrement dit, c’est que le contenant (Rvs) devient rempli (Rv) jusqu’à pleine capacité. Cette égalité se produit lorsque l’on atteint la température du point de rosée.

Question 44

Comment s’exprime l’humidité relative?

Answer 44

L’humidité relative, habituellement mesurée dans les stations météorologiques, peut s’exprimer comme le rapport entre le contenu réel de vapeur d’eau (que l’on appelle aussi rapport de mélange actuel ou réel, Rv) et la quantité nécessaire à saturation (ou rapport de mélange à saturation Rvs)

Question 45

Comment il est représenté sur le téphigramme et quelle unité de mesure on utilise?

Answer 45

Sur le téphigramme, les lignes d’égal rapport de mélange à saturation sont indiquées par des lignes obliques de couleur orange, qui sont moins inclinées que les isothermes et qui les recoupent (figure 6.10). L’unité utilisée est le gramme de vapeur d’eau par kilogramme d’air sec (g/kg).

Question 46

Est-ce que le rapport de mlange à saturation augmente ou diminue avec les températures?

Answer 46

En observant les valeurs de Rvs sur le téphigramme, on constate que le rapport de mélange à saturation augmente avec les températures. En effet, l’air chaud peut contenir beaucoup plus de vapeur d’eau
que l’air froid.

Question 47

Pourquoi dans les pays chaud il y a plus de précipitations?

Answer 47

D’ailleurs dans les pays tropicaux, les précipitations sont beaucoup plus abondantes que dans les pays tempérés car l’atmosphère peut y contenir plus de vapeur d’eau.

Question 48

Qu’est-ce qu’indique les deux dernières composantes du téphigramme?

Answer 48

Les deux dernières composantes du téphigramme indiquent quel sera le taux de refroidissement d’une parcelle d’air lors d’un soulèvement vertical. Deux cas de soulèvement sont possibles : celui d’une parcelle d’air non saturé et saturé. Selon l’état de saturation, le gradient vertical de température sera différent.

Question 49

Quand on va se servir des adiabatiques sèches?

Answer 49

L’adiabatique sèche devra être utilisée lorsque le soulèvement concerne de l’air non saturé (HR<100%).

Question 50

Quand on va se servir des adiabatiques humides?

Answer 50

L’adiabatique humide devra être utilisée lorsqu’il y aura soulèvement d’air saturé (HR=100%).

Question 51

Quelle est la 4e composantes du téphigramme?

Answer 51

Adiabatique (ou adiabatique sèche) pour l’air non saturé.

Question 52

Quel est l’impact des déplacements verticaux?

Answer 52

Les déplacements verticaux des parcelles d’air introduisent des changements de température,
de pression et d’humidité.

Question 53

À quelle théorie obéisse ces changements?

Answer 53

Ces changements seront fonction de la théorie cinétique des gaz qui veut qu’un gaz comprimé s’échauffe alors qu’un gaz soumis à une détente se refroidit.

Question 54

Qu’est-ce qui arrive à l’air qui ets sousmis à un mouvement ascendant ou l’Inverse?

Answer 54

Ces changements seront fonction de la théorie cinétique des gaz qui veut qu’un gaz comprimé s’échauffe alors qu’un gaz soumis à une détente se refroidit. Ainsi, l’air soumis à un mouvement ascendant subit une pression moindre, se détend et par conséquent se refroidit. Inversement, un mouvement de haut en bas (mouvement de subsidence) a pour effet de comprimer l’air et donc d’élever sa température.

Question 55

À quel rythme va changer la température pour les mouvements verticaux?

Answer 55

Lors de ces mouvements verticaux la température de la parcelle d’air ne changera pas au même rythme selon que l’air est saturé ou non. Dans le cas de l’air non saturé le taux sera de 1°C par 100 mètres d’altitude comme on peut le voir sur le téphigramme (figure 6.15). Par exemple, si on a une parcelle d’air non saturée à 0 m d’altitude et à 28°C et qu’elle monte de 1000m (1 km) en suivant l’adiabatique sèche, la température de la parcelle d’air devrait chuter de 10°C et atteindre 18°C (figure 6.15).

Question 56

Quelle est la 5e composante du téphigramme?

Answer 56

Pseudo-adiabatique (adiabatique humide) pour l’air saturé

Question 57

Qu’est-ce que signifie le terme pseudo-adiabatique

(adiabatique humide) pour l’air saturé

Answer 57

Lorsque l’air est saturé le taux de décroissance est variable et inférieur au taux de l’adiabatique sèche. On appelle ce taux la décroissance pseudo-adiabatique ou l’adiabatique humide. Pourquoi le taux de décroissance est plus faible lorsque l’air est saturé? C’est que l’air saturé se condense et par le fait même libère de la chaleur latente de condensation. Cette chaleur vient diminuer (ralentir) le taux de refroidissement.

Question 58

Quel effet a la libération de la chaleur latente?

Answer 58

Cette libération de chaleur latente ajoutée au taux de refroidissement « normale » (soit 1°/100m) aura pour effet de réduire le taux de refroidissement de l’adiabatique humide à une valeur inférieure au taux de 1°/100m. En fait, le taux est variable puisque sur le téphigramme ces taux sont représentés par des courbes et non des droites (figure 6.16).

Question 59

Qu’est-ce qui arrive à la chaleur latente quand les températures sont plus chaudes?

Answer 59

En fait, plus le cas se situe dans les températures chaudes plus la quantité de chaleur latente libérée sera importante donc le taux de refroidissement sera faible (les courbes sont très arquées)

Question 60

Qu’est-ce qui arrive à la chaleur latente quand les températures sont plus froides?

Answer 60

À l’opposée, quand le cas se situe dans les températures froides, la quantité de chaleur latente libérée sera faible et le taux de refroidissement sera très peu différent de celui de l’adiabatique sèche. En fait, dans les températures les plus froides le taux de l’adiabatique sèche et de l’adiabatique humide sont
presque de la même valeur. En effet, sur le téphigramme, les courbes se superposent pratiquement aux droites (c’est-à-dire que les courbes de l’adiabatique humide deviennent presque des droites comme pour l’adiabatique sèche).