Gyles Lewis
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Vous avez peut-être déjà appris que «l'air chaud monte et l'air frais descend». Mais cela n'est pas toujours vrai.
En effet, la flottabilité de l'air - sa capacité à s'élever - est dictée à la fois par sa température et par la quantité de vapeur d'eau qu'il contient. L'air sec contient principalement les éléments azote et oxygène, assemblés en différentes molécules. La vapeur d'eau est moins dense que ces molécules lourdes; dans l'air humide, la vapeur d'eau occupe un espace qui serait normalement occupé par l'azote et l'oxygène. Connu sous le nom d '"effet de poussée de vapeur", ce phénomène rend l'air humide plus léger que l'air sec de même température, pression et volume.
À grande échelle, l'effet de flottabilité de la vapeur aide à diriger le mouvement de l'air à travers la région la plus basse de l'atmosphère, connue sous le nom de troposphère, et affecte particulièrement l'air des régions tropicales humides. Même sous les tropiques, certaines parcelles d'air restent relativement sèches par rapport à l'air plus humide situé à l'est ou à l'ouest. Désormais, un nouveau modèle climatique suggère que ce cycle d'élévation de l'air humide et de diminution de l'air sec peut quelque peu atténuer les effets du changement climatique dans les tropiques.
«Sans cet effet, le réchauffement climatique [dans les régions tropicales] serait encore pire», a déclaré l'auteur de l'étude Da Yang, professeur adjoint de sciences atmosphériques à l'Université de Californie, Davis et co-enseignant scientifique avec Lawrence Berkeley National Laboratory. Selon le modèle de Yang, publié le 6 mai dans la revue Science Advances, l'effet de flottabilité de la vapeur amplifie la quantité d'énergie thermique (chaleur) libérée dans l'espace par les régions tropicales, de l'ordre d'environ 1 à 3 watts par mètre carré. Le modèle suggère que, à mesure que les climats tropicaux se réchauffent, l'effet pourrait augmenter de manière exponentielle, ce qui signifie que la région dégagerait de plus en plus de chaleur, même si les températures augmenteraient..
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Cela dit, l'effet de flottabilité de la vapeur n'annule en aucun cas les effets du changement climatique, a déclaré Yang. Mais cela pourrait quelque peu stabiliser les climats tropicaux tandis que les températures aux pôles de la Terre grimpent à un rythme comparativement plus rapide, a-t-il déclaré..
Mais comment ça marche, exactement?
Nuages et ciel clair
L'effet de flottabilité de la vapeur "est connu des météorologues depuis très longtemps", a déclaré au moins un siècle Olivier Pauluis, professeur de mathématiques et sciences de l'atmosphère / océan à l'Université de New York qui n'a pas participé à l'étude, dans un courriel . Bien que familière à beaucoup, la notion selon laquelle l'air chaud monte toujours et l'air frais coule toujours est une "hypothèse incorrecte", a-t-il déclaré..
"La" sagesse conventionnelle "correcte remonte au principe d'Archimède et est que l'air léger monte, l'air lourd coule." Cependant, l'air humide est plus léger que l'air sec de même température et pression, a déclaré Pauluis.
Alors que les modèles de changement climatique modernes tiennent compte de cette sagesse, Yang a cherché à étudier comment l'air humide des tropiques influence le réchauffement global dans la région, plus spécifiquement.
Les tropiques se trouvent à environ 20 degrés de l'équateur, enroulés autour de la planète comme une ceinture, selon le National Geographic. Dans les tropiques, les schémas mondiaux de circulation de l'air génèrent des colonnes d'air humide et des colonnes d'air relativement sec qui se côtoient, s'étendant vers le ciel, a déclaré Yang. Le même schéma de colonnes d'air alternées se manifeste également à des échelles plus petites, mais ces poches d'air localisées se dissipent en quelques jours, tandis que les plus grandes restent stables sur de longues périodes et influencent le climat sous les tropiques, a-t-il déclaré..
Les nuages et les orages se forment dans l'air humide, tandis que le ciel clair couvre largement les régions sèches, a déclaré Yang. La vapeur d'eau agit comme un gaz à effet de serre, emprisonnant l'énergie thermique émise par les océans, les terres et les régions inférieures de l'atmosphère; par conséquent, peu d'énergie peut s'échapper dans l'espace à partir de régions plus humides des tropiques. "La plupart de l'énergie serait émise par les régions à ciel clair, pas par les nuages", a déclaré Yang..
C'est là que l'effet de flottabilité de la vapeur entre en jeu.
Selon les modèles informatiques de l'équipe, l'air frais imprégné de vapeur d'eau monte vers le haut, formant des nuages et laissant tomber la pluie au fur et à mesure. Pendant ce temps, l'air relativement sec et chaud s'enfonce dans les régions claires du ciel. Au fur et à mesure que le climat tropical se réchauffe, plus d'eau se réchauffe et prend sa forme vaporeuse, ce qui fait que l'air au-dessus devient de plus en plus humide. Le changement ultérieur de la flottabilité pousse l'air humide vers le haut et entraîne des ondulations dans l'air ambiant; ces ondulations, connues sous le nom d'ondes de gravité atmosphériques, poussent la chaleur hors de l'air humide et dans l'air sec à proximité, a déclaré Yang..
Fondamentalement, les vagues compensent l'augmentation soudaine de la flottabilité de la vapeur en réduisant toute flottabilité supplémentaire fournie par la chaleur, a-t-il déclaré..
Ce cycle entraîne de plus en plus de chaleur dans l'air sec, ce qui laisse échapper de l'énergie thermique dans le ciel clair au-dessus, a déclaré Yang..
"En d'autres termes, [la flottabilité de la vapeur] rendra l'air sec qui coule encore plus chaud", permettant à plus de chaleur d'être émise par les régions à ciel clair, a déclaré Yang. "Si nous n'avons pas cet effet de flottabilité de la vapeur, ce serait probablement l'inverse", ce qui signifie que l'air de plus en plus chaud monterait dans les régions humides où sa chaleur serait emprisonnée sous les nuages, a-t-il ajouté..
La découverte n'est pas «nécessairement révolutionnaire», comme les scientifiques le savent depuis longtemps à propos de l'effet de flottabilité de la vapeur, a déclaré Pauluis. Cependant, cela souligne la nécessité de prendre en compte à la fois la température et l'humidité relative lors de la modélisation du changement climatique, en particulier dans les régions tropicales, a-t-il ajouté..
Tournés vers l'avenir, Yang et ses co-auteurs visent à développer des modèles à grande échelle pour tester leur théorie. Dans l'étude actuelle, ils ont modélisé des systèmes à petite échelle d'air humide et sec qui sont restés stables dans le temps, comme le ferait un système à grande échelle. Pour développer un modèle à grande échelle qui capture l'activité à travers les tropiques, en général, l'équipe aura besoin de beaucoup plus de puissance de calcul. De plus, Yang espère collecter des données d'observation de différentes régions tropicales, pour voir comment les prédictions de l'équipe se maintiennent dans le monde réel..
"Nous voulons également savoir, comment la flottabilité de la vapeur affecte-t-elle les nuages et les vents sur Terre?" il a dit.
"Un défi central dans la prévision des changements climatiques futurs consiste à évaluer correctement les changements des nuages bas, où l'effet [de la flottabilité de la vapeur] est le plus important", a ajouté Pauluis..
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Publié à l'origine le .
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