Le soleil et l'atmosphère - Interactions

[Patricia]

et oui j'ai essayé de comprendre, pour trouver ces équations, mais bon, je ne sais pas comment m'en dépatouiller

le lien est bien il indique les projets je relève ceci

3.5 - Physique de l'atmosphère neutre et couplage avec l'ionosphère

La physique de l'atmosphère neutre et ionisée présente à hautes latitudes des caractéristiques originales dues aux variations de l'insolation et à un apport important d'énergie d'origine magnétosphérique distribuée de faà§on sporadique sous forme de champs électriques intenses et de particules énergétiques. Celles-ci induisent de nombreuses réactions chimiques, créent des ions et engendrent une circulation de courant. Les champs électriques sont à l'origine d'un chauffage Joule et d'une dérive des particules ionisées qui entraînent avec elles les particules neutres. Des augmentations de température et des modifications de la composition sont en général observées ainsi que des modifications importantes de la circulation générale de l'atmosphère neutre par modification des composantes verticales et horizontales. L'atmosphère subit une suite de régimes transitoires qui engendre la propagation d'ondes observables loin de leur source, TID et ondes de gravité. Ces phénomènes particuliers existants dans la haute atmosphère polaire et dans l'ionosphère aurorale ont un impact sur l'atmosphère moyenne et sur la magnétosphère. De plus, les processus dynamiques qui ont leur origine dans la moyenne et la basse atmosphère, telles les marées et les ondes de gravité, affectent la structure et la dynamique de la mésosphère et de la basse thermosphère à hautes latitudes. Cest dans la mésosphère polaire que les effets du couplage avec la magnétosphère et l'ionosphère s'ajoutent à l'influence de la basse et moyenne atmosphère.



Objectifs scientifiques dans le cadre du Programme:



Les radars EISCAT-ESR, implantés en zone aurorale et polaire sont les instruments privilégiés pour parvenir à une compréhension globale du système atmosphère-ionosphère-magnétosphère parce qu'ils permettent une description fine de la région clef qu'est l'ionosphère. Ils ne sauraient se suffire à eux-màªmes: la mesure des entrées d'énergie d'origine magnétosphérique et la mesure de la circulation et de la température des espèces neutres est indispensable.

Les mesures de flux et de champ des satellites POLAR et INTERBALL AURORAL, lors de coordination satellite et radars, donneront accès aux entrées d'énergie. Les observations de vent et température neutres, jusqu'à 70' de latitude, par l'expérience WINDII du satellite UARS seront sans doute encore disponibles pendant une année. A plus longue échéance d'une part et dans la calotte polaire d'autre part, des observations complémentaires à partir d'instrument sols sont nécessaires.A cet égard, le développement de l'interféromètre SWIM qui permet de mesurer les vents neutres dans la thermosphère et la haute mésosphère constitue l'un des objectifs une prioritaire du présent programme. Enfin, la modélisation est un outil privilégié pour interpréter les observations. Aux outils, développés en France ces dernières années, programme ionosphérique TRANSCAR et programme de couplage Ionosphère -Magnétosphère, il faudrait ajouter des modélisations plus spécifiques de l'atmosphère neutre telles les calculs de marées atmosphériques et la modélisation du transport d'énergie par les ondes de gravité.

et encore

4.1 - Activité solaire et prévision.



Les relations Soleil -Terre mettent en jeu trois vecteurs distincts d'influence de l'activitàˆ solaire sur l'environnement terrestre: les ondes électromagnétiques, le vent solaire et ses perturbations et les particules accélérées lors des éruptions solaires, principalement les protons et les noyaux lourds.



En dehors des éruptions la prévision doit inclure le flux UV et X qui chauffe l'atmosphère, la fait se dilater et augmente sa densité, donc le freinage au niveau des orbites des satellites. La prévision doit aussi prendre en compte l'activité géomagnétique qui gouverne les particules précipitant dans les zones aurorales, source de chauffage supplémentaire dans ces régions. Les orages récurrents déclenchés par les jets de vent rapide issus des trous coronaux font partie de cette prévision. Lors des éruptions, on souhaite prévoir l'augmentation du flux UV et X, qui atteint plusieurs ordres de grandeur, et le déclenchement des orages sporadiques, ' la suite de l'arrivée ' la Terre des ondes de choc et des nuages magnétiques issus des éjections de matière coronale (ou CME : Coronal Mass Ejections).



L'origine de ces perturbations est discutée dans le cadre du thème 2 (voir ci-dessus). Elles correspondent à une large gamme d'échelles temporelles, depuis des phénomènes éruptifs jusqu'aux phénomènes de cyclicité, et d'évolution à long terme. L'Héliosphère apparaît constituée de cellules de grande échelle. Les processus physiques fondamentaux prennent naissance dans les régions de transition entre les différentes cellules, o๠s'effectuent les transferts de masse, d'impulsion et d'énergie. Il existe ainsi une continuité naturelle des phénomènes depuis le soleil jusqu'à notre atmosphère, cependant profondément altérée par les processus d'échanges intercellulaires. Ces derniers font intervenir des échelles spatiales et temporelles très différentes, dans la couronne solaire, le milieu interplanétaire, la magnétosphère, l'ionosphère, la thermosphère et l'atmosphère terrestre. Cette chaîne complexe doit àªtre comprise et modélisée maillon par maillon, afin de remonter au mécanismes physiques de base produisant les effets observés. L'analyse des mécanismes physiques est l'objet des trois thàªmes précédents; une fois ces mécanismes compris et modélisés au niveau de chaque maillon , l'objectif du thàªme 4 est l'identifier les paramètres clés intervenant dans la modèlisation de cette chaîne de processus et d'évaluer les effets de l'activité solaire sur l'environnement terrestre.

4.2 - Couplage magnétosphère, ionosphère, thermosphère.

Il est maintenant clairement établi que le système magnétosphérique est dominé par des couplages forts entre les sous-systèmes magnétosphère, ionosphère et thermosphère et qu'il est soumis ' une grande dynamique caractérisée par des échelles de temps différentes suivant les sous-systèmes : quelques minutes dans la magnétosphère, quelques dizaines de minutes dans l'ionosphère et quelques heures dans la thermosphère. Ces couplages jouent un rà™le crucial dans la redistribution de l'énergie du système magnétosphérique, notamment lors de sous-orages o˘ ils permettent de dissiper l'énergie transférée ' la magnétosphère par le vent solaire.

La manière dont se fait cette redistribution peut avoir une influence notable sur l'activité humaine. Ainsi, l'altération de la structure ionosphérique peut imposer un black-out radio sur une grande étendue du globe (centrée sur les régions polaires), ou impliquer des retards dans la propagation des ondes radios induisant des erreurs sur les calculs de distances ; quant à l'échauffement de la haute atmosphère, il peut modifier sensiblement les effets du frottement atmosphérique sur les satellites ' basse altitude (voir thème 3).

4.3 - Phénomènes thermosphériques.

Les variations du flux de photons et de particules solaires ont une action directe sur la magnétosphère, tandis que la thermosphère subit à la fois des changements engendrés par le flux de photons et de particules selon la latitude. Sa densité, température, composition et dynamique (vent horizontal et vertical) ont des propriétés qui dépendent au premier ordre de l'activité solaire. Toutefois, la signature de cette activité, beaucoup plus pour l'ionosphère que pour l'atmosphère neutre, est d'amplitude décroissante de la haute vers la basse thermosphère. Si les propriétés de la thermosphère sont très fortement conditionnées par les particules et les photons solaires pénétrant par le haut, la température et la dynamique de la basse thermosphère sont dominées par l'effet des ondes de gravité et les marées atmosphériques engendrées par l'absorption du flux solaire par la vapeur d'eau et l'ozone dans la troposphère et la stratosphère. Il en résulte par exemple l'apparition de modes semi-diurne absents à haute altitude et de cellules de convection à basse latitude qui illustrent l'importance des couplages verticaux entre régions.

Si les grands processus régissant la structure de la thermosphère sont maintenant bien identifiés, le couplage entre régions, le couplage entre espèces, le rà´le des ondes de gravité et des marées atmosphériques et les forà§ages solaires sont des phénomènes à prendre en compte de faà§on globale et synthétique. Ceci devra àtre l'objet d'études à venir.

et mĂŞme

4.5 - Pollution électromagnétique et environnement radioélectrique terrestre.

Les émissions électromagnétiques consécutives aux activités humaines participent aux relations Soleil-Terre en masquant, modifiant ou créant des phénomènes liés au transfert du flux du vent solaire vers la Terre. Ces aspects, bien que connus depuis longtemps, apparaissent désormais comme critiques, en conséquence de l'accroissement considérable de la pollution électromagnétique de l'environnement terrestre : une variation d'un facteur 300 en puissance a été observée au cours des 20 dernières années. Ceci débouche sur tout un programme d'études, mettant en jeu moyens sols (radars) et spatiaux (surveillance).

4.6 - Modélisations en Météorologie de l'Espace.

Le premier point pour lequel l'approche théorique est envisagée est la prévision des éruptions elles-màmes. L'approche théorique doit s'étendre ' la chaà“ne de processus qui, partant des éjections de matière coronale, modélisables par la MHD, aboutit aux orages géomagnétiques par l'intermédiaire du vent solaire. Hors éruption, le lien entre structures coronales et l'activité géomagnétique se pràte aussi ' modélisation. Quant au rayonnement électromagnétique, son impact sur l'atmosphère et sur l'orbitographie, peut àªtre pris en compte par des modèles empiriques comme ceux développés par Barlier et son équipe. Il reste de grandes zones d'ombre quant ' la manière dont est transférée l'énergie du vent solaire vers la magnétosphère, la manière dont sont déclenchés les sous-orages et les processus d'accélération des particules, vecteurs de cette énergie. Les efforts de modélisation doivent s'intensifier et s'accompagner d'efforts expérimentaux et théoriques suffisants pour que les mécanismes de couplages principaux soient intégrés dans les modèles numériques. Enfin, la représentation globale manque encore.

En parallèle au développement d'outils numériques nouveaux, il est nécessaire de constituer des bases de données sol et spatiales pour construire les modèles empiriques complémentaires, spécialement ceux concernant l'évolution du système magnétosphérique.

4.7 - Prospective



Le thème de la Météorologie Spatiale recouvre les trois autres thèmes du programme SETH, en en faisant la synthèse et en orientant l'ensemble des études vers un domaine applicatif o˘ l'intéràt des concepteurs et opérateurs de systèmes spatiaux est marqué. Trois approches complémentaires peuvent àtre envisagées :



(1) Analyse des mécanismes de l'activité solaire, en ayant pour objectif la prévision de l'activité et des événements solaires, c'est-à -dire la compréhension de leurs causes, des événements précurseurs, permettant de modéliser leurs effets, au niveau du soleil et de son atmosphère (voir thème 2). Un deuxième aspect de cette approche réside dans l'étude de la cyclicité solaire, liée aux phénomènes à plus long terme, mais qui fournit probablement une des clés des mécanismes solaires (voir thème 1). Ceci inclut le cycle de 11 ans aussi bien que son évolution à plus long terme.



(2) Analyse de la propagation des perturbations solaires du soleil jusqu'au Géoespace, et de leur effet sur l'environnement terrestre. Il s'agit d'étudier les transferts de masse, d'impulsion et d'énergie entre les différentes cellules allant des événements solaires à l'environnement terrestre. Cette étude est une des composantes principales du Programme International de Physique Soleil-Terre (ISTP), maintenant appelé Sun Earth Connection (SEC) qui avec les sondes spatiales GEOTAIL, WIND, INTERBALL, SOHO, POLAR, ULYSSES, IMP-8 et les grands programmes au sol (EISCAT, SUPERDARN, CANOPUS, Radiohéliographe et Réseau Décamétrique de Nanà§ay, interféromètre MICADO, etc.), correspond à un effort majeur et à ce jour unique de la communauté internationale de physique soleil-terre. C'est également l'objet du programme "Space Weather " américain, soutenu par la NSF et la NASA, programme qui bénéficie d'un important soutien, pour son démarrage (un million de dollars US). Ces programmes ont des liens très étroits entre eux, ainsi qu'avec le SCOSTEP ("Scientific Committee on Solar-Terrestrial Research ").



(3) L'analyse de l'impact effectif de l'activité solaire et de ses perturbations sur les activités humaines et la biosphère au sens large est certainement le dernier maillon de la chaîne et un des buts ultimes d'un tel programme. Nous insisterons particulièrement sur les effets sur les engins spatiaux, en développant les collaborations avec le CNES et l'ONERA. Le rà´le des géophysiciens y est important, et c'est sans aucun doute le maillon le plus complexe, faisant appel à une large interdisciplinarité. C'est aussi le moins avancé et celui qui demandera une importante coordination des efforts, déjà regroupés dans le cadre de programmes tels que SEC (Sun Earth Connection). L'INSU est certainement l'instance la mieux adaptée ' la mise en place d'une coordination interdisciplinaire requise pour l'étude de nombreux autres aspects (en particulier la climatologie, mais aussi les effets biologiques, etc.).

Enfin, une réflexion globale sur l'orientation de ce thème a été largement souhaitée. En plus d'un forum sur les différentes approches : observations, théorie, modèles, besoins (par exemple pour assurer la protection des satellites), la réflexion portera sur le bilan des moyens expérimentaux et théoriques mis en oeuvre actuellement et souhaités pour le futur, ainsi que sur l'interaction avec les centres et bases de données (MEDOC, BASS2000, CDPP, etc.).

Apparemment ce document daterait de 1997 il n'y a pas de date mais dans l'adresse apparaît le chiffre 97
http://pnst.obspm.fr/Docs/pnprog97.htm


un lien avec des Ă©quations pour Williams http://www.lmd.jussieu.fr/~flott/polyte ... uction.pdf

[cartesien66]

Autre article,sur les UV,montrant les limites des connaissances sur le binôme soleil-atmosphère !
http://www.larecherche.fr/content/reche ... e?id=24402

[Patricia]

Sur les fiches pédagogiques de Meteo France le titre : le soleil moteur du climat lève tous les doutes
http://education.meteofrance.com/educat ... climatique

j'ouvre une parenthèse qui a lien avec l'atmosphère tout de même pour avoir ton avis cartesien
sur ce site un graphique m'interpelle http://www.u-picardie.fr/~beaucham/mbg6/atmos.htm
ce graphique en particulier


ne dit-on pas que l'air léger et chaud monte et l'air froid descend logiquement il devrait être plus lourd,

N'y aurait-il pas dans les choix des termes des notions qui portent à la confusion et aux éternelles disputes des scientifiques ou de ceux qui s'intéressent au sujet

[cartesien66]

A première vue,il s'agit de la circulation des hautes pressions vers les basses pressions et inversement,l'air dense et plus froid descend dans les HP ,se réchauffe et la circulation le ramène vers les basses pressions où il repars en altitude et se refroidit . Je dirais pour simplifier, ascendance des basses pressions pour l'air "chaud" et de subsidence pour les hautes pressions de l'air"froid". Enfin,je crois que c'est ça !
Voila un lien qui explique en partie ce graphique !
http://comprendre.meteofrance.com/jsp/s ... et_id=1790
En fait les dépressions sont comme des aspirateurs en basses couches de l'air chaud et humide,s'en suit condensation,nuages et le plus souvent précipitations,les hautes pressions font l'inverse en rejetant l'air plus frais d'altitude vers les basses couches,la subsidence créant un réchauffement de l'air descendant en l’asséchant d'où peu ou pas de nébulosité .

[PierreGeorges]

Je me dis en examinant le croquis présenté par Patricia que l'on peut dire tout et son contraire.
En effet, il me semble que ce qui est important est la t° relative de l'air et non la t° absolue.
Pour moi, lorsque l'air monte dans la dépression il ne se refroidit pas mais au contraire "il se réchauffe" par rapport à l'air environnant puisqu'il y a condensation et que la condensation est une réaction exothermique.
C'est cet air chaud en altitude qui pourrait être à l'origine de la formation des A après le passage des D.
Mais il y a sans doute une autre explication.

[cartesien66]

PierreGeorges,c'est une idée mais avec une limite,peut-on considérer que l'air n'est composé que de vapeur d'eau,car cette réaction exothermique de condensation ne concerne que la vapeur d'eau ? ! Il me semble que ce schéma est plus général,pour ce qui est des températures,il ne faut pas négliger l’existence du gradient thermique altimétrique qui fait partie entière du cycle de condensation !

[cartesien66]

Pour en revenir à ce dont on parle,c à d l’interaction entre soleil et atmosphère,curieusement on trouve facilement des explications pour la haute atmosphère,pour la basse atmosphère mais rien permettant d'établir des connexions entre les deux,comme si la mésosphère était une barrière infranchissable entre thermosphère et stratosphère,j'ai bien lu que la circulation atmosphérique de très haute altitude était une résultante de l'ionisation des molécules gazeuses ( effets thermiques,chimiques et électriques ) mais comment se passe le transfert,si transfert il y a,vers les couches plus basses ?? Ou alors il n'y a aucune relation et chaque couche réagit indépendamment en fonction de l'irradiance solaire qu'elle reçoit . Si c'est le cas,nous devrions concentrer nos "recherches" sur la stratosphère dont la nébulosité,la température,les écarts barométriques et la circulation sont les pendants saisonniers du climat !
Pour résumer soleil à tous les étages,oui,mais avec ou sans ascenseur Là est la question ??????

[PierreGeorges]

PierreGeorges,c'est une idée mais avec une limite,peut-on considérer que l'air n'est composé que de vapeur d'eau,car cette réaction exothermique de condensation ne concerne que la vapeur d'eau ? ! Il me semble que ce schéma est plus général,pour ce qui est des températures,il ne faut pas négliger l’existence du gradient thermique altimétrique qui fait partie entière du cycle de condensation !

C'est pourquoi je parlais de t° relative.
Je suppose que le gradient thermique altimétrique que tu évoques est lié à la décroissance de t° d'une masse d'air qui s’élève, et qui par suite se "détend" et se refroidit. Il est donc lié à la transformation adiabatique de cette masse d'air c'est à dire sans qu'aucun transfert thermique ne s'effectue entre celle-ci et l'air environnant.
[Si l'air environnant est plus froid, le temps est instable, s'il est plus chaud, le temps est sable; là intervient sans doute la notion de gradient thermique altimétrique].
Or, la condensation apporte de la chaleur Ă  la masse d'air qui devient donc plus chaude qu'elle n'Ă©tait Ă  l'origine.
C'est ce que je voulais indiquer.

Pour en revenir au sujet, il me semblait que pour certains, l'analyse de la stratosphère conduisait à des prévisions météorologiques à moyenne et longue échéance (la vague de froid de février 2012 avait été plus ou moins prévue de cette façon).
Donc pour ces prévisionnistes, il doit bien y avoir une interaction entre les différentes couches de l'atmosphère?

[Patricia]

dans un état gazeux (réputé instable) il serait étonnant que chaque couche soit indépendante l'une de l'autre que les barrières soient complètement hermétiques ou qu'elles n'occasionnent pas des turbulences non dépourvues de conséquences.

Pour appréhender cela 2 études sont possibles au niveau de nos connaissances actuelles et sûres :

1° - Se pencher sur la zone de l'ionosphère qui s'ouvrant à chaque fois que le soleil disparaît (la tombée de la nuit) change le comportement de notre atmosphère et modifie l'échange entre les couches.

2° - Les variations du jet stream qui se font aussi en fonction des saisons, donc de l'activité solaire

3° - La couche d'ozone qui elle aussi fluctue selon l'activité solaire saisonnière

Je pense qu'il faut commencer par étudier ces variations pour peut-être avoir une meilleure compréhension.

[cartesien66]

PierreGeorges merci pour le cours,comme je disais Ă  Aliane,il y a peu,plus j'apprends,plus je me rends compte de mon ignorance !!