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TD 1 ATMOSPHERE : BILAN RADIATIF ET EFFET DE SERRE

TD 1 ATMOSPHERE : BILAN RADIATIF ET EFFET DE SERRE. Pollution au-dessus de la Chine (d’après http://terresacree.org/images/pollutionchine.jpg). Flux global d’énergie Ec = 342 W.m -2. Constante solaire G = 1368 W.m -2. 1.Bilan radiatif. π R 2 x G = 4 π R 2 x Ec G = 4 x Ec

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TD 1 ATMOSPHERE : BILAN RADIATIF ET EFFET DE SERRE

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Presentation Transcript

  1. TD 1 ATMOSPHERE : BILAN RADIATIF ET EFFET DE SERRE Pollution au-dessus de la Chine (d’après http://terresacree.org/images/pollutionchine.jpg)

  2. Flux global d’énergie Ec = 342 W.m-2 Constante solaire G = 1368 W.m-2 1.Bilan radiatif πR2 x G = 4 π R2 x Ec G = 4 x Ec G = 4 x 342 = 1368 W.m-2 Surface d’un disque = π R2 Surface d’une sphère = 4 π R2

  3. 1. Bilan radiatif (Daniel et al., 1999)

  4. 1. Bilan radiatif

  5. 1. Bilan radiatif Rayonnement solaire réfléchi = 102 W.m-2 Rayonnement solaire incident Ec = 342 W.m-2 Albédo rayonnement solaire réfléchi rayonnement solaire incident 102 342 α = α = = 0,298 ≈ 0,3

  6. 2. Effet de serre Rayonnement solaire absorbé = rayonnement Infrarouge émis IR = εσ T4 Ec (1-α) = σ T4

  7. 2. Effet de serre • Ec (1-α) = σ T4 T4 = Ec (1- α)/σ Ec = 342 W.m-2 α= 0,3 σ= 5,67 . 10-8W.m-2.K-4 • T= ⁴√[Ec(1-α)/ σ] • T= ⁴√[342(1-0,3)/5,67.10-8]= 255K • T=255-273= -18°C

  8. 2. Effet de serre Bilan : flux entrant = flux sortant Ec (1-α) + RIR = σ Ts4 RIR = σ Ts4 - Ec(1-α) RIR = 390 - 342 + 102 = 390 - 240 = 150 W.m-2 αEc = 102 W.m-2 RIR = ? σ Ts4 = 390 W.m-2 Ec = 342 W.m-2

  9. 2. Effet de serre ( D’après IPCC, 1995)

  10. 2. Effet de serre Temps de résidence de différents gaz à effet de serre (D’après D. Hauglustaine, LSCE)

  11. 2. Effet de serre • Potentiel de réchauffement global (PRG) : indice de comparaison associé à un gaz à effet de serre, quantifiant sa contribution à l’effet de serre par rapport au CO2 sur une période choisie (en général 100 ans = temps de résidence du CO2) (d’après Wikipédia) • Temps de résidence = temps nécessaire à un gaz pour commencer à s’évacuer de l’atmosphère (D’après Wikipédia)

  12. 2. Effet de serre [CO2] En ppmv Définition : 1 ppmv est une partie par million en volume, soit 1 cm3 du gaz étudié pour 1 m3 d’air (c’est un rapport donc sans unité) × × En 1960 : [CO2] = 315 ppmv En 1995 : [CO2] = 360 ppmv

  13. 2. Effet de serre Calcul de l’augmentation du taux de CO2 sur les 30 dernières années • En 1960 [CO2]=315 ppmv • En 1995 [CO2]=360 ppmv Taux d’accroissement : [CO2]1995 – [CO2]1960 360 – 315 [CO2]1960 315 ΔCO2 = 14 % en 35 ans Accroissement du taux de CO2 par an : X X = 0,14 / 35 = 0,004 / an On a donc une augmentation du taux de CO2 de 0,4 % / an ∆CO2 = = ≈ 14%

  14. 2. Effet de serre (Guyot, 1999)

  15. 2. Effet de serre Calcul 2 de l’ augmentation annuelle du taux de Carbone [C]1990 = 760 Gt Carbone Accroissement pour un an : 3,4 Gt Carbone / an • Taux d’accroissement : Δ C = 3,4 . 109/ 760 . 109 = 0,0045 / an On a donc une augmentation du taux de carbone de 0,45 % / an

  16. 2. Effet de serre Calcul 3 de l’augmentation annuelle du taux de CO2 MC = 12 g.mol-1 MCO2 = 44 g.mol-1 Émission actuelle de Carbone = 3,4 Gt Carbone /an Émission actuelle de CO2 = 3,4 . 109 x 44 / 12 ≈ 12,5 Gt CO2 / an Loi des gaz parfaits PV=nRT On se place dans des conditions fixes de pression et de température • PVCO2 = nCO2 RT • PVair = nair RT nCO2 VCO2 nair Vair = = 360 ppmv

  17. 2.Effet de serre = = 360 ppmv . On cherche la concentration en masse du CO2 : mCO2 nCO2 . MCO2 MCO2 mair nair . Mair Mair Mair = ( 78% N2 + 21% O2 )/ 99% Mair = (0,78*28 + 0,21*32)/0,99 ≈ 29 g.mol-1 MCO2 = 44 g.mol-1 mair ≈ 5,15 . 1015 t mCO2 = 360 . 10-6 * (44/29) * 5,15 . 1015 = 2,8 . 1012 t ΔCO2 = 12,5 . 109/ 2,8 . 1012 = 0,0045/ an On a donc une augmentation du taux de CO2 de O,45 % / an

  18. 2. Effet de serre • Précédemment : Δ CO2 = 0,4% / an • Augmentation sur 100 ans : (1,004)100 = 1,49 Augmentation de 49 % sur 100 ans • Actuellement effet de serre du CO2 = 50 W.m-2 Effet de serre du CO2 au bout de 100 ans : 0,49 * 50 = 24,5 W.m-2 • On reprend le bilan d’énergie à la surface de la Terre : Ec(1-α)+RIR + ΔECO2 = σ T1004 T100 = [(240 + 150 + 24,5) / 5,67 . 10-8]1/4 = 292,4 K ∆T = T100-Tactuel = 292,4 – 288,15 = 4,25 K On aura donc une augmentation de la température de 4,25 °C

  19. 4. Circulation atmosphérique générale D’après Berger, 1992

  20. 4. Circulation atmosphérique générale

  21. 4. Circulation atmosphérique générale (D’après http://la.climatologie.free.fr)

  22. 4. Circulation atmosphérique générale • Equilibre géostrophique : • Force de pression = Force de Coriolis • Vent perpendiculaire aux forces de Coriolis et de pression avec : • Basses pressions à gauche du vecteur vent dans l’Hémisphère Nord • Basses pressions à droite du vecteur vent dans l’Hémisphère Sud

  23. 4. Circulation atmosphérique générale (http://chez.mana.pf/~pascalrene/ventgeo.GIF)

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