Les températures en altitude

cumulonimbus · 12 août 2014

Combien de fois n’a-t-on pas entendu, dans les bulletins météorologiques, qu’en raison d’une goutte froide en altitude, le temps sera très instable aujourd’hui ? Ou alors : une couche d’air chaud en altitude, au-dessus d’une inversion, est responsable de la mauvaise dispersion des polluants.

Dans les bulletins plus spécialisés, on trouvera même :

– Des températures de –25°C au niveau 500 hPa sont à la base des nombreuses averses que nous connaîtrons aujourd’hui, dont certaines pourront être accompagnées de grêle…

– Grâce à des températures de 12°C au niveau 850 hPa, on pourra espérer des maxima de 27 à 29°C en Basse et Moyenne Belgique…

– Des températures de –7°C au niveau 850 hPa permettront des averses de neige même au centre du pays, avec enneigement possible en cas d’averses plus intenses…

Mais par rapport aux normales, –25°C au niveau 500 hPa, est-ce froid ou chaud ? Et à quelle saison est-ce froid ou chaud ? Et 12°C au niveau 850 hPa, est-ce vraiment chaud pour cette altitude ? Ou est-ce seulement le cas d’une grande différence entre sol et altitude qui donne ces 27 à 29°C en surface ?

Nous essaierons, ici, de répondre à ces questions.

Sans vouloir empiéter sur l’excellent travail de Pierre Hansoul sur les sondages atmosphériques et sur l’utilité de connaître le comportement de l’atmosphère à différentes altitudes, ce travail-ci donnera plutôt une vision statistique de ce qui se passe au-dessus de nos têtes.

Le travail de Pierre Hansoul peut être consulté sous le lien suivant :

http://www.ext-meteobelgium.be/presentatio...ospheriques.pps

Avant de commencer, définissons d’abord ce que ce sont que les niveaux 850 hPa, 500 hPa, etc.

Il s’agit en fait de surfaces isobares, c’est-à-dire des surfaces reliant tous les points de même pression. Si au sol, on mesure la pression atmosphérique pour déterminer la position des anticyclones et des dépressions, en hauteur, on détermine plutôt l’altitude des points de pression égale. Par exemple : plus le niveau 850 hPa est haut en altitude, plus la situation est anticyclonique à ce niveau, et plus le niveau 850 hPa est bas, plus la situation est dépressionnaire. Et c’est vrai, évidemment, pour tous les autres niveaux aussi.

En moyenne, les altitudes des différents niveaux, en atmosphère standard (ISA), sont les suivantes :

850 hPa : 1457 mètres

700 hPa : 3013 mètres

500 hPa : 5574 mètres

Au-dessus d’Uccle, les altitudes de ces mêmes niveaux sont en moyenne (1951-1985) les suivantes :

850 hPa : 1460 mètres (1425 mètres en février, 1504 mètres en juillet)

700 hPa : 3011 mètres (2945 mètres en février, 3088 mètres en juillet)

500 hPa : 5581 mètres (5460 mètres en février, 5717 mètres en juillet)

Dans notre partie du monde, les surfaces isobares, aussi nommées géopotentiels (à 850 hPa, 700 hPa…) sont donc, en moyenne annuelle, très proches de l’atmosphère standard. Nous verrons par la suite que ces géopotentiels ont quelque peu augmenté en altitude à la suite du réchauffement climatique.

Dans les cas extrêmes (1951-1985), les géopotentiels sont déjà monté ou descendu jusqu’au altitudes suivantes :

850 hPa : max = 1686 m ; min = 1068 m

700 hPa : max = 3280 m ; min = 2563 m

500 hPa : max = 5980 m ; min = 5032 m

Dans le contexte actuel de réchauffement climatique, il faudrait rajouter aux géopotentiels environ 25 à 40 mètres en hiver et environ 10 à 15 mètres d’altitude en été, en fonction de l’altitude (le moins pour le niveau 850 hPa, le plus pour le niveau 500 hPa).

Les valeurs citées ci-dessus sont extrêmes, ce qui signifie en d’autres termes qu’elles ne se produisent vraiment pas tous les jours. En règle générale, on peut affirmer sans trop risquer de se tromper que le géopotentiel à 850 hPa se situe entre 1400 et 1500 mètres en hiver et autour des 1500 mètres en été, que le géopotentiel à 700 hPa se situe entre 2900 et 3000 mètres en hiver et autour des 3100 mètres en été et que le géopotentiel à 500 hPa (plus variable) se situe entre 5400 et 5600 mètres en hiver et entre 5600 et 5800 mètres en été.

Maintenant, pourquoi prendre des niveaux de pression, et pas des niveaux d’altitude fixe ?

Il s’agit de conventions issues d’accords internationaux concernant au départ l’aéronautique, où ces niveaux de pression correspondent à des altitudes indiquées par l’altimètre barométrique. C’est sur cette base qu’ont été définis les niveaux de vol (flight levels ou FL). Pour les niveaux qui nous intéressent ici (mais il en existe un tas d’autres), les correspondances sont les suivantes :

Niveau 850 hPa = FL50 ≈ 5.000 pieds

Niveau 700 hPa = FL100 ≈ 10.000 pieds

Niveau 500 hPa = FL180 ≈ 18.000 pieds

(Niveau 300 hPa = FL300 ≈ 30.000 pieds, etc.)

Encore de nos jours, ces niveaux de pression sont, au niveau pratique, les plus efficaces pour assurer la sécurité aérienne, notamment à partir d’une certaine altitude et pour les vols de longue durée.

Venons-en à présent aux statistiques.

Le tableau suivant donne les statistiques de températures à trois niveaux standards de l’atmosphère au-dessus d’Uccle, ramenées à la période 1981-2010 pour coller au plus près à la réalité d’aujourd’hui.

| TEMPÉRATURES MOYENNES ET ALTITUDES CORRESPONDANTES. |

| --- | ------------- | ------------- | ------------- |

| Mois| .. 850 hPa .. | .. 700 hPa .. | .. 500 hPa .. |

| --- | ------------- | ------------- | ------------- |

| JAN |-01°C (1450 m) |-09°C (2980 m) |-25°C (5510 m) |

| FEB |-02°C (1450 m) |-09°C (2980 m) |-26°C (5500 m) |

| MAR |–00°C (1450 m) |-08°C (2990 m) |-25°C (5520 m) |

| APR | 02°C (1460 m) |-07°C (3000 m) |-23°C (5550 m) |

| MAY | 05°C (1480 m) |-04°C (3040 m) |-20°C (5620 m) |

| JUN | 08°C (1500 m) |-00°C (3080 m) |-16°C (5700 m) |

| JUL | 10°C (1510 m) | 02°C (3100 m) |-13°C (5740 m) |

| AUG | 10°C (1500 m) | 02°C (3090 m) |-14°C (5720 m) |

| SEP | 08°C (1500 m) | 00°C (3080 m) |-15°C (5700 m) |

| OCT | 06°C (1480 m) |-01°C (3050 m) |-17°C (5650 m) |

| NOV | 02°C (1450 m) |-06°C (2990 m) |-22°C (5550 m) |

| DEC |–00°C (1440 m) |-08°C (2980 m) |-24°C (5530 m) |

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L’extrapolation a été faite, d’une part, à partir de l’évolution des températures en surface à Uccle et, d’autre part, à partir d’une étude aérologique réalisée à Trappes (près de Paris) pour déterminer le réchauffement climatique en altitude.

Il a été notamment constaté que le réchauffement climatique s’est répercuté de façon presque homogène sur toute l’épaisseur de la troposphère, tandis que la stratosphère s’est au contraire refroidie. Schématiquement, on peut le représenter ainsi (intervention sur MB par « Paix », avec un petit mot d’explication) :

paix a dit :

La hausse de concentration du CO₂ se produit dans la troposphère et la stratosphère. Dans la stratosphère, le CO₂ a un retard d'environ 1 à 6 ans avec la troposphère, le temps que tout cela s'homogénéise (l'âge du CO₂ augmente avec l'altitude évidemment, il est de 1 an en basse stratosphère, 4 ans en moyenne, 6 en haute).

Puisque le CO₂ absorbe bien les IRs, il les émet facilement aussi (loi de Kirchoff). Donc la stratosphère émet plus facilement des IRs, mais comme elle en reçoit aussi moins de la troposphère et que son gradient de T est positif, elle se refroidit.

Cependant, l’augmentation de température pour les différente surfaces isobares (ou géopotentiels) ne représente que de 80% environ de l’augmentation de température constatée au sol. C’est normal. Les géopotentiels ont gagné en altitude à la suite du réchauffement climatique (dilatation de l’air). Si l’on ramène les températures à des altitudes fixes, on retrouvera, à très peu de choses près, le même réchauffement climatique en altitude qu’en surface.

Pourquoi pas des statistiques directes, belges, portant sur la période 1981-2010 ?

Malheureusement, les séries aérologiques d’Uccle – Beauvechain sont trop incomplètes pour procéder à des statistiques fiables.

Ce qui revient à dire qu’il n’est pas possible non plus d’établir des records comme pour les mesures au sol. Cependant, les chiffres qui suivent représentent des situations extrêmes, et même s’il n’est pas possible d’établir si ce sont des records (purs et durs) ou non, les valeurs sont en tout cas proches du maximum/minimum possible au-dessus d’Uccle et Beauvechain. Cependant, il n’est pas à exclure que quelques valeurs extrêmes récentes (notamment du point de vue chaleur) soient passées entre les mailles du filet en raison de données manquantes.

À noter que du point de vue aérologique, les deux stations sont suffisamment semblables pour être combinées entre elles. Les valeurs postérieures à 2003 proviennent des sondages de Beauvechain ; les autres, des sondages d’Uccle.

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