En général, on sait que la température diminue avec l'altitude. Cette variation est appelée gradient thermique vertical et s'explique par le fait que la source de chaleur rayonnant dans l'atmosphère se situe au niveau du sol. Ainsi, plus on s'éloigne de la source, plus l'air est froid.
Ce gradient peut être modifié par plusieurs phénomènes : une chute ou une hausse soudaine de la température au sol, ou des vents violents. Pour mieux comprendre cela, nous allons examiner dans ce numéro spécial la structure de l’atmosphère et les raisons pour lesquelles la température varie avec l’altitude.
Structure de l'atmosphère
L'atmosphère est composée de 5 couches : la troposphère , la stratosphère , la mésosphère , la thermosphère et l' exosphère.
- Troposphère: c'est là que nous sommes, et a une altitude d'environ 12km. C'est là que les nuages se forment, les plantes et les animaux vivent, on retrouve l'océan et les déserts, etc.
- Stratosphère: située entre la 12 et 50 km d'altitude, là nous verrons les avions supersoniques.
- Mésosphère: située entre la 50 et 80 km d'altitude. C'est là que les ondes radio «naviguent» et où les rayons cosmiques arrivent.
- Thermosphère: parmi 80 et 690 km d'altitude les aurores boréales apparaîtront, en plus du vaisseau spatial en orbite terrestre.
- Exosphère: et enfin, à partir de 690km altitude, nous trouverons Spoutnik I.
Gradient thermique vertical
Comme nous l'avons mentionné, la température diminue généralement avec l'altitude. Dans la troposphère, elle diminue d'environ six degrés par kilomètre . Cela signifie que si, par exemple, la température au niveau de la mer est de 15 degrés, à une altitude d'environ cinq kilomètres, elle atteindra -15 degrés (soit une baisse de 30 degrés).
Les rayons du soleil n'atteignent pas toutes les parties du globe de manière égale, et leur intensité ne varie pas non plus selon les saisons. Ainsi, dans les zones tempérées, le gradient de température est beaucoup plus important que dans les zones tropicales, de l'ordre de 1 °C tous les 155 mètres d'altitude , en raison d'un ensoleillement plus faible et d'une atmosphère plus ténue. Même au sein de ces mêmes zones, des variations apparaissent en fonction de l'orientation du terrain et de la distance à l'équateur et aux pôles.
Dans la zone intertropicale, la température diminue d' environ un degré Celsius tous les 180 mètres d'altitude, car l'atmosphère y est plus dense et très proche de l'équateur. Ce phénomène, combiné à la rotation de la Terre, crée un climat chaud.
Mais dans certaines régions de l'atmosphère, c'est l'inverse qui se produit : la température augmente avec l'altitude. Dans ce cas, le gradient vertical de température est dit négatif . Par exemple, si la température augmente de 21 °C pour une différence d'altitude de 1 km, le gradient vertical de température est de -2 °C par km. Ce phénomène peut même se produire dans certaines couches de la troposphère, engendrant une inversion de température.
Des inversions de température se produisent également dans la partie supérieure de la stratosphère. Au contraire, dans la mésosphère la température diminue en moyenne lorsqu'elle monte, c'est-à-dire que le gradient thermique vertical est positif.
Dans la thermosphère, la température augmente avec la hauteur et, par conséquent, le gradient thermique vertical redevient négatif dans cette région de l'atmosphère.
Qu'est-ce que l'inversion thermique?
Ce phénomène se produit lorsque le sol se refroidit rapidement par rayonnement, ce qui refroidit l'air à son contact. L'air plus froid et plus dense situé au-dessus se refroidit alors encore davantage. Il en résulte une diminution brutale du mélange des deux couches d'air.
Ce phénomène se produit généralement, surtout en hiver, et entraîne un brouillard et un gel persistants. Bien que l'inversion de température se dissipe généralement après quelques heures, elle peut, dans des conditions défavorables, durer plusieurs jours, jusqu'à ce que l'air au contact du sol se réchauffe et rétablisse la circulation dans la troposphère.
Un exemple très clair de cette inversion thermique est visible à Lima , en raison du courant de Humboldt. Ce courant océanique refroidit la côte, et les couches supérieures plus chaudes de l'atmosphère provoquent une forte nébulosité, ce qui engendre un climat plus frais et plus sec que ce à quoi on pourrait s'attendre compte tenu de sa latitude.
Néanmoins, en l'absence de changements dans les masses d'air, c'est-à-dire en l'absence d'instabilité atmosphérique ou de fronts actifs, la température augmentera avec l'altitude , à certains endroits plus qu'à d'autres.
Saviez-vous ce qu'était le gradient thermique vertical et en quoi il consistait? Cela vous a-t-il été utile?