M1 Circulation Atmosphérique Générale

Topique

La circulation atmosphérique générale (CAG) est le schéma de flux moyen, calculé sur de longues périodes, qui transporte la chaleur, l'humidité et la quantité de mouvement des tropiques vers les pôles. Ce transport permet à l'atmosphère de compenser le déséquilibre radiatif existant entre les différentes latitudes, un déséquilibre qui explique l'organisation de la CAG en trois bandes de circulation méridienne distinctes : la cellule de Hadley, qui occupe les tropiques ; la cellule de Ferrel, qui occupe les latitudes moyennes ; et la cellule polaire, qui occupe les très hautes latitudes.

Le moteur fondamental de cette CAG est précisément ce déséquilibre radiatif latitudinal : les tropiques absorbent plus d'énergie solaire qu'ils n'en émettent dans l'espace, tandis que les pôles émettent plus d'énergie qu'ils n'en reçoivent du Soleil. Cette différence implique que l'atmosphère doit transporter entre cinq et six pétawatts d'énergie des tropiques vers les latitudes moyennes. Ce transport n'est pas assuré par un seul mécanisme, mais se répartit entre deux : la circulation moyenne de la cellule de Hadley, qui domine ce transport sous les tropiques, et les tourbillons baroclines qui se forment aux latitudes moyennes et qui dominent le transport une fois que la chaleur a quitté la zone tropicale.

Ces mêmes tourbillons baroclines des latitudes moyennes, associés au gradient de température, sont également responsables du maintien des courants-jets qui serpentent à travers ces latitudes : la vitesse d'un courant-jet résulte de l'équilibre entre le transport de quantité de mouvement méridien produit par les tourbillons baroclines et le gradient de température méridien qui les alimente. Cette relation suit la loi des vents thermiques : plus le gradient de température méridien entre les tropiques et les pôles est important, plus le courant-jet qu'il engendre est puissant.

Alors que les courants-jets des latitudes moyennes dépendent du gradient de température, l'étendue de la cellule de Hadley est soumise à une autre condition : un critère de stabilité des vents en altitude, près de la limite supérieure de la troposphère, qui détermine jusqu'où la cellule peut s'étendre avant de devenir instable. On prévoit qu'avec le réchauffement climatique, cette limite de stabilité se déplacera vers des latitudes plus élevées, entraînant une expansion de la cellule de Hadley et repoussant sa limite des tropiques plus loin qu'aujourd'hui.

Le réchauffement climatique ne se contente pas de déplacer la limite de la cellule de Hadley ; il devrait également intensifier les courants-jets des latitudes moyennes, et ce indirectement, par le biais du même gradient de température méridien dont dépendent ces courants-jets. Lorsque le réchauffement n'est pas d'intensité égale à toutes les latitudes – lorsque le pôle se réchauffe différemment du reste de l'atmosphère – cette différence modifie le gradient de température méridien. Ce gradient modifié, à nouveau influencé par le vent thermique, détermine si le courant-jet qu'il soutient devient plus fort ou plus faible.

Ainsi, depuis le déséquilibre radiatif qui amorce la circulation atmosphérique générale, en passant par les trois cellules méridiennes qu'elle organise et les courants-jets que le gradient de température entretient entre elles, jusqu'au déplacement de la limite de la cellule de Hadley et à l'intensification des courants-jets sous l'effet du réchauffement climatique, l'ensemble de la circulation atmosphérique générale est régi par une seule et même chaîne d'événements. Dans cette chaîne, la différence de température entre les tropiques et les pôles est ce qui provoque le mouvement, et continue de provoquer, de l'air sur toute la planète.

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