Niveau d'explication :
L'étude du comportement des couches atmosphériques
— stabilité , nuages , précipitations , évolution
— à la verticale d'un site donné se fonde sur les
résultats obtenus au-dessus de ce site grâce Ã
l'observation en altitude ou à la prévision ; pour
ce faire, elle s'appuie sur le profil vertical de
température dans la troposphère afin d'apprécier
les ascendances et les subsidences subies à l'
échelle aérologique par une parcelle d' air (Π)
surplombant le site. Pareille parcelle, dans son
mouvement vertical, se meut pratiquement comme un
système adiabatique , c'est-à -dire n'échangeant
pas de chaleur avec le milieu extérieur, du fait
de la mauvaise conductibilité thermique de l'air :
alors, si (Π) ne contenait que de l' air sec , il
existerait, démontre-t-on, une relation univoque
entre sa pression atmosphérique p et sa
température absolue T — égale à t + 273,15 kelvins
, où t figure la température en degrés Celsius — ,
et c'est d'ailleurs cette relation qui explique
qu'une parcelle s'élevant verticalement dans l'
atmosphère s'y refroidit (quand croît l'altitude,
sa pression diminue, donc, d'après la relation, sa
température baisse) et que dans l'autre sens elle
s'y réchauffe ; pour connaître complètement la
relation entre p et T telle qu'appliquée à la
parcelle (Π), il suffit de désigner la température
T 0 qui régnait (ou aurait pu régner) dans cette
parcelle à un moment où sa pression était (ou
aurait pu être) égale à une valeur fixée
arbitraire p 0 . Ainsi, lorsqu'une parcelle d'air
se meut verticalement, et sous l'hypothèse qu'elle
ne contienne pas de vapeur d'eau , alors, chaque
fois que sa pression repasse ou pourrait repasser
par la valeur donnée p 0 , elle reprend ou
reprendrait la même température T 0 kelvins (soit
t 0 = T 0 - 273,15 degrés Celsius), qui devient
ainsi un paramètre caractéristique de la parcelle.
On choisit habituellement pour p 0 la valeur 1 000
hPa , toujours proche de la pression réduite au
niveau de la mer ; dans ce cas, T 0 ou t 0 est le
plus souvent notée par la lettre grecque θ
("thêta") et représente par définition la
température potentielle de la parcelle (Π) : c'est
donc la température qu'acquerrait cette parcelle,
après déperdition préalable de sa vapeur d'eau,
chaque fois qu'elle aurait été ramenée
verticalement au niveau de pression 1 000 hPa sans
avoir échangé de chaleur avec le milieu extérieur.
Dans les cas réels, de la vapeur d'eau se mêle
toujours à l'air sec d'une parcelle (Π) même non
saturée , en une proportion qui peut être
précisée, entre autres, par un nombre sans
dimension, son rapport de mélange r ,
caractéristique de (Π) ; or, on peut démontrer
(voir l'article adiabatique , niveau d'explication
initié ) que la température à laquelle se
trouverait la parcelle d' air humide (Π), une fois
ramenée à 1 000 hPa par transformation adiabatique
, est quasiment indépendante de r et égale à la
température potentielle de (Π), à condition que r
soit suffisamment petit, ce qui est toujours le
cas en pratique, même pour un air très proche de
la saturation : la température potentielle θ est
donc bien, pour toute parcelle d'air donnée (Π),
une grandeur conservative , tant que ne s'est pas
déclenché de condensation dans (Π). Si l'on repère
ou si l'on trace sur un émagramme la courbe
adiabatique (L) passant par le point de
coordonnées T et p qui figure un état de (Π),
alors θ est l'abscisse du point d'intersection de
cette courbe avec l'axe isobare d'ordonnée 1 000
hPa, et dans tous ses déplacements verticaux la
parcelle (Π) sera représentée par un point M de
(L) jusqu'Ã ce que ce point rencontre le point de
condensation P, situé à l'intersection de (L) et
de celle des courbes de rapport de mélange de
saturation constant r w qui correspond à la valeur
r w = r : au-delà , M "emprunte" le chemin de
l'adiabatique saturée (L') passant par P, laquelle
coupe l'axe p = 1 000 hPa en un point d'abscisse
θ' w ou "thêta prime w". La température θ' w est,
de façon analogue à θ, une grandeur conservative
de la parcelle (Π), mais après saturation, et
c'est l'étude conjointe des valeurs de θ et θ' w
qui permet de préciser le comportement des couches
atmosphériques.
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