Note sur l’énergie dans l’atmosphère

Elle se présente sous plusieurs formes.

L'énergie radiante entrante (principalement du soleil) est transformée lorsqu'elle est absorbée en énergie sensible, communément appelée chaleur.

À la surface, la chaleur peut se manifester par une augmentation de la température ou par une augmentation de l'évaporation, dont la répartition dépend de l'humidité disponible et de la nature de la couverture végétale du sol.

L'augmentation de l'évaporation compense la chaleur par le refroidissement par évaporation, mais ajoute de l'humidité à l'atmosphère, ce qui est souvent appelé énergie latente, car elle est réalisée sous forme de chauffage latent lorsque l'humidité est ensuite condensée en nuages et en précipitations.

Les hausses de température augmentent l'énergie interne de l'atmosphère, ce qui entraîne également son expansion. Par conséquent, elles modifient l'altitude de l'air et augmentent l'énergie potentielle. Il existe donc une relation étroite entre l'énergie interne et l'énergie potentielle de l'atmosphère, qui sont combinées dans le concept d'enthalpie, ou chaleur sensible.

Lorsque l'air commence à se déplacer, généralement parce que les gradients de température donnent lieu à des gradients de pression, une partie de l'énergie est convertie en énergie cinétique et se manifeste sous forme de vents. La somme des énergies interne, potentielle, cinétique et latente est une constante en l'absence de transfert de chaleur ou de perte de masse vers un autre endroit.

Les principaux changements de masse se produisent lors des précipitations, car les gouttes de pluie ont leur propre enthalpie. Par conséquent, une pluie chaude peut transférer de la chaleur de l'atmosphère à la surface, ou une pluie froide peut provoquer un "lac" d'eau fraîche au-dessus des océans tropicaux. Les eaux fraîches peuvent flotter si elles sont fraîches et donc moins denses que l'eau salée.

Les nombreuses possibilités de conversions entre toutes ces formes d'énergie atmosphérique sont une partie essentielle des phénomènes atmosphériques.

Quand aux transferts d'énergie, ils peuvent se produire sous forme de rayonnement, comme celui du Soleil. Ils peuvent aussi se produire par conduction, qui est le transfert de chaleur d'une substance à une autre par contact.

Si la conduction fonctionne bien pour les métaux, elle est très inefficace pour l'atmosphère et les terres. Pour l'atmosphère et les océans, un autre moyen de déplacer la chaleur est la convection. Il s'agit du transfert d'énergie au sein d'un fluide lorsque celui-ci se déplace. La convection peut prendre plusieurs formes, mais toutes impliquent que l'air chaud (ou l'eau dans l'océan) monte et que l'air froid descend. Une autre façon de déplacer l'énergie est l'advection, où l'énergie est transportée par le vent.