Introduction
L’air est une substance matérielle tangible et, par conséquent, a une masse. Tout objet ayant une masse est influencé par la force universelle connue sous le nom de gravité. La loi de la gravitation universelle de Newton stipule : deux objets séparés dans l’espace sont attirés l’un vers l’autre par une force proportionnelle au produit de leurs masses et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. Sur la Terre, la gravité peut également être exprimée comme une force d’accélération d’environ 9,8 mètres par seconde et par seconde. En raison de cette force, la vitesse de tout objet tombant vers la surface de la Terre s’accélère (1ère seconde – 9,8 mètres par seconde, 2ème seconde – 19,6 mètres par seconde, 3ème seconde – 29,4 mètres par seconde, et ainsi de suite.) jusqu’à ce que la vitesse terminale soit atteinte.
La gravité façonne et influence tous les processus atmosphériques. Elle entraîne une diminution exponentielle de la densité et de la pression de l’air à mesure que l’on s’éloigne de la surface de la Terre. La figure 7d-1 ci-dessous modélise la variation moyenne de la pression atmosphérique en fonction de la hauteur au-dessus de la surface de la Terre. Dans ce graphique, la pression de l’air à la surface est illustrée comme étant d’environ 1013 millibars (mb) ou 1 kilogramme par centimètre carré de surface.
Figure 7d-1 : Changement de la pression atmosphérique moyenne avec l’altitude.
Mesure de la pression atmosphérique
Tout instrument qui mesure la pression de l’air est appelé baromètre. La première mesure de la pression atmosphérique a commencé par une expérience simple réalisée par Evangelista Torricelli en 1643. Dans son expérience, Torricelli a immergé un tube, scellé à une extrémité, dans un récipient de mercure (voir la figure 7d-2 ci-dessous). La pression atmosphérique a ensuite fait remonter le mercure dans le tube jusqu’à un niveau considérablement plus élevé que le mercure dans le récipient. Torricelli a déterminé à partir de cette expérience que la pression de l’atmosphère est d’environ 30 pouces ou 76 centimètres (un centimètre de mercure est égal à 13,3 millibars). Il a également remarqué que la hauteur du mercure variait avec les changements des conditions météorologiques extérieures.
Le baromètre de Torricelli
Figure 7d-2 : Diagramme montrant la construction du baromètre de Torricelli.
Le type de baromètre le plus communément utilisé dans les maisons est le baromètre anéroïde (figure 7d-3). A l’intérieur de cet instrument se trouve une petite capsule métallique flexible appelée cellule anéroïde. Lors de la construction de l’appareil, un vide est créé à l’intérieur de la capsule de sorte que de petites variations de la pression de l’air extérieur provoquent l’expansion ou la contraction de la capsule. La taille de la cellule anéroïde est alors calibrée et tout changement de son volume est transmis par des ressorts et des leviers à un bras indicateur qui pointe vers la pression atmosphérique correspondante.
Figure 7d-3 : Baromètre anéroïde.
À des fins climatologiques et météorologiques, la pression standard au niveau de la mer est dite de 76,0 cm ou 29,92 pouces ou 1013,2 millibars. Les scientifiques utilisent souvent le kilopascal (kPa) comme unité préférée pour mesurer la pression. 1 kilopascal est égal à 10 millibars. Une autre unité de force parfois utilisée par les scientifiques pour mesurer la pression atmosphérique est le newton. Un millibar est égal à 100 newtons par mètre carré (N/m2).
Pression atmosphérique à la surface de la Terre
La figure 7d-4 décrit la pression moyenne mensuelle au niveau de la mer pour la surface de la Terre. Cette animation indique que la pression atmosphérique à la surface varie à la fois dans l’espace et dans le temps. Au cours des mois d’hiver (décembre à février), des zones de haute pression se développent au-dessus de l’Asie centrale (anticyclone de Sibérie), au large de la côte californienne (anticyclone d’Hawaï), au centre de l’Amérique du Nord (anticyclone canadien), au-dessus de l’Espagne et du nord-ouest de l’Afrique s’étendant dans l’Atlantique Nord subtropical (anticyclone des Açores), et au-dessus des océans de l’hémisphère Sud au niveau des régions subtropicales. Des zones de basse pression se produisent juste au sud des îles Aléoutiennes (dépression des Aléoutiennes), à l’extrémité sud du Groenland (dépression d’Islande), et aux latitudes 50 à 80° Sud.
Pendant les mois d’été (juin à août), un certain nombre de systèmes de pression hivernaux dominants disparaissent. Disparaissent l’anticyclone de Sibérie sur l’Asie centrale et les systèmes de basse pression dominants près des îles Aléoutiennes et à l’extrémité sud du Groenland. Les anticyclones des îles Hawaï et des Açores s’intensifient et s’étendent vers le nord dans leurs bassins océaniques respectifs. Les systèmes de haute pression au-dessus des océans subtropicaux de l’hémisphère sud s’intensifient également et s’étendent vers le nord. De nouvelles zones de haute pression dominantes se développent sur l’Australie et l’Antarctique (anticyclone polaire sud). Des régions de basse pression se forment sur l’Asie centrale et l’Asie du Sud-Ouest (dépression asiatique). Ces systèmes de pression sont responsables des pluies de la mousson d’été en Asie.
Nous examinerons à nouveau ce graphique dans le sujet 7p lorsque la circulation globale sera abordée.
Figure 7d-4 : Moyenne mensuelle de la pression au niveau de la mer et des vents dominants pour la surface de la Terre, 1959-1997. Les valeurs de pression atmosphérique sont ajustées pour l’altitude et sont décrites par rapport au niveau de la mer. Le curseur en bas de l’image permet de changer la période du mois. 05/07/2009 10:08 ombrage des couleurs. Les nuances de bleu indiquent une pression inférieure à la moyenne mondiale, tandis que les nuances de jaune à orange correspondent à des mesures supérieures à la moyenne. (Source : Climate Lab Section of the Environmental Change Research Group, Department of Geography, University of Oregon – Global Climate Animations).
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