Troposphère (Français)

CompositionEdit

En volume, l’air sec contient 78,08% d’azote, 20,95% d’oxygène, 0,93% d’argon, 0,04% de dioxyde de carbone, et de petites quantités d’autres gaz. L’Air contient une quantité variable de vapeur d’eau. À l’exception de la teneur en vapeur d’eau, la composition de la troposphère est essentiellement uniforme. La source de vapeur d’eau est à la surface de la Terre par le processus d’évaporation. La température de la troposphère diminue avec l’altitude., Et, la pression de vapeur saturante diminue fortement à mesure que la température baisse. Par conséquent, la quantité de vapeur d’eau qui peut exister dans l’atmosphère diminue fortement avec l’altitude et la proportion de vapeur d’eau est normalement plus près de la surface de la Terre.

Pressuredit

La Pression atmosphérique est maximale au niveau de la mer et diminue avec l’altitude. En effet, l’atmosphère est presque en équilibre hydrostatique, de sorte que la pression est égale au poids de l’air au-dessus d’un point donné.,il a de la densité à l’équation hydrostatique

d P d z = − ρ g n = − m P g n R T {\displaystyle {\frac {dP}{dz}}=-\rho g_{n}=-{\frac {mPg_{n}}{RT}}}

où:

• gn est la gravité standard
• ρ est la densité

• z est l’altitude
• P est la pression
• R est la constante des gaz
• T est la thermodynamique (absolue) température
• m est la masse molaire

Depuis la température en principe dépend aussi de l’altitude, on a besoin d’une deuxième équation pour déterminer la pression en fonction de l’altitude, comme discuté dans la section suivante.,

Temperaturedit

La température de la troposphère diminue généralement à mesure que l’altitude augmente., La vitesse à laquelle la température diminue, − d T / d z {\displaystyle-dT/dz} , est appelée la vitesse de déchéance environnementale (ELR). L’ELR n’est rien de plus que la différence de température entre la surface et la tropopause divisée par la hauteur. L’ELR suppose que l’air est parfaitement immobile, c’est-à-dire qu’il n’y a pas de mélange des couches d’air provenant de la convection verticale, ni de vents qui créeraient des turbulences et donc un mélange des couches d’air., La raison de cette différence de température est que le sol absorbe la majeure partie de l’énergie du soleil, qui chauffe ensuite les niveaux inférieurs de l’atmosphère avec laquelle il est en contact. Pendant ce temps, le rayonnement de chaleur au sommet de l’atmosphère entraîne le refroidissement de cette partie de l’atmosphère.

L’ELR suppose que l’atmosphère est immobile, mais à mesure que l’air est chauffé, il devient flottant et monte., Le taux d’écoulement adiabatique sec explique l’effet de l’expansion de l’air sec lorsqu’il monte dans l’atmosphère et les taux d’écoulement adiabatique humide incluent l’effet de la condensation de la vapeur d’eau sur le taux d’écoulement.

lorsqu’une parcelle d’air monte, elle se dilate parce que la pression est plus basse à des altitudes plus élevées. Lorsque la parcelle d’air se dilate, elle pousse l’air environnant vers l’extérieur, transférant l’énergie sous forme de travail de cette parcelle à l’atmosphère. Comme le transfert d’énergie à une parcelle d’air par voie de chaleur est très lent, on suppose qu’il n’échange pas d’énergie par voie de chaleur avec l’environnement., Un tel processus est appelé un processus adiabatique (pas de transfert d’énergie par chaleur). Étant donné que la parcelle d’air montante perd de l’énergie car elle travaille sur l’atmosphère environnante et qu’aucune énergie n’y est transférée sous forme de chaleur de l’atmosphère pour compenser la perte, la parcelle d’air perd de l’énergie, ce qui se manifeste par une diminution de la température de la parcelle d’air. L’inverse, bien sûr, sera vrai pour une parcelle d’air qui coule et qui est comprimée.,

étant donné que le processus de compression et d’expansion d’une parcelle d’air peut être considéré comme réversible et qu’aucune énergie n’est transférée dans ou hors de la parcelle, un tel processus est considéré comme isentropique, ce qui signifie qu’il n’y a pas de changement d’entropie lorsque la parcelle d’air monte et, Depuis l’échange de chaleur d Q = 0 {\displaystyle dQ=0} est lié à l’entropie de changement d S {\displaystyle dS} par d Q = T d S {\displaystyle dQ=TdS} , l’équation régissant la température en fonction de la hauteur pour un bien mélangé atmosphère est

d S d z = 0 {\displaystyle {\frac {\dS\,}{dz}}=0}

où S est l’entropie. L’équation ci-dessus stipule que l’entropie de l’atmosphère ne change pas avec la hauteur. La vitesse à laquelle la température diminue avec la hauteur dans de telles conditions est appelée taux de déchéance adiabatique.,

pour l’air sec, qui est à peu près un gaz idéal, nous pouvons aller plus loin. L’équation adiabatique pour un gaz idéal est

p ( z ) − γ γ – 1 = constante {\displaystyle p (z) {\Bigl} ^{- {\frac {\gamma} {\, \ gamma \,-\,1\,}}}={\Je ne sais pas si c’est le cas,mais si c’est le cas, je ne sais pas si c’est le cas, mais je ne sais pas si c’est le cas.\,-\,1\;}{\ gamma}} =-9.8^{\circ} \ mathrm {C/km}}

Si l’air contient de la vapeur d’eau, le refroidissement de l’air peut provoquer la condensation de l’eau, et le comportement n’est plus celui d’un gaz idéal., Si l’air est à la pression de vapeur saturée, alors la vitesse à laquelle la température baisse avec la hauteur est appelée la vitesse de chute adiabatique saturée. Plus généralement, le taux réel auquel la température baisse avec l’altitude est appelé taux de déchéance environnementale. Dans la troposphère, le taux moyen de déchéance environnementale est une baisse d’environ 6,5°C pour chaque 1 km (1 000 mètres) de hauteur accrue.,

le taux de déchéance dans l’environnement (le taux réel auquel la température baisse avec la hauteur, d T / d Z {\displaystyle dT/dz} ) n’est généralement pas égal au taux de déchéance adiabatique (ou en conséquence, d S / d Z ≠ 0 {\displaystyle dS/dz\neq 0} ). Si l’air supérieur est plus chaud que prévu par le taux de déchéance adiabatique (d S / d z > 0 {\displaystyle dS/dz>0} ), alors lorsqu’une parcelle d’air monte et se dilate, elle arrive à la nouvelle hauteur à une température plus basse que son environnement., Dans ce cas, la parcelle d’air est plus dense que son environnement, elle s’enfonce donc à sa hauteur d’origine et l’air est stable contre le soulèvement. Si, au contraire, l’air supérieur est plus frais que prévu par le taux de déchéance adiabatique, alors lorsque la parcelle d’air atteindra sa nouvelle hauteur, elle aura une température plus élevée et une densité plus faible que son environnement et continuera à accélérer vers le haut.

la troposphère est chauffée par le bas par la chaleur latente, le rayonnement à ondes longues et la chaleur sensible. Le chauffage excédentaire et l’expansion verticale de la troposphère se produisent dans les tropiques., Aux latitudes moyennes, les températures troposphériques diminuent d’une moyenne de 15°C (59°F) au niveau de la mer à environ -55°C (-67°F) à la tropopause. Aux pôles, la température troposphérique ne diminue que d’une moyenne de 0°C (32°F) au niveau de la mer à environ -45°C (-49 ° F) à la tropopause. À l’Équateur, Les températures troposphériques diminuent d’une moyenne de 20°C (68°F) au niveau de la mer à environ -70°C à -75°C (-94 à -103°F) à la tropopause. La troposphère est plus mince aux pôles et plus épaisse à l’Équateur., L’épaisseur moyenne de la troposphère tropicale est d’environ 7 kilomètres supérieure à l’épaisseur moyenne de la troposphère aux pôles.

Tropopausemodifier

la tropopause est la région limite entre la troposphère et la stratosphère.

la mesure du changement de température avec la hauteur à travers la troposphère et la stratosphère identifie l’emplacement de la tropopause. Dans la troposphère, la température diminue avec l’altitude. Dans la stratosphère, cependant, la température reste constante pendant un certain temps, puis augmente avec l’altitude., Cette couche la plus froide de l’atmosphère, où le taux de déchéance passe de positif (dans la troposphère) à négatif (dans la stratosphère), est définie comme la tropopause. Ainsi, la tropopause est une couche d’inversion, et il y a peu de mélange entre les deux couches de l’atmosphère.