06/10/2008

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METEOROLOGIE AERONAUTIQUEPar RAKOTOVAO Tahinjanahary Gaël

Prélude

• Définition:Science de l’atmosphère et des prévisions du temps, études des mouvements atmosphériques.

• Principe:Les phénomènes du temps sont liés au mouvement de l’atmosphère.

• Aspects:Météorologie synoptique � évolution des phénomène à grande échelle.

Météorologie aéronautique � domaine de la navigation aérienne � SECURITE DU VOL.

Météorologie agricole.

Météorologie maritime.

Météorologie spatiale � satellite et observation spatiale.

• Echelle du temps:La situation actuelle � le temps présent

Climatologie� aspect du temps sur une longue durée

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L’atmosphère terrestre

• La Terre:Vitesse angulaire: 7,292.10

-5 rad/s

Rayons: grand rayon: 6378 km à l’équateur

petit rayon: 6357 km aux pôles

Superficie des Océans: 3,61.1014 m2

Superficie des continents: 1,49.1014m2

Plan de l’elliptique: Courbe en ellipse décrit par la Terre. L’axe de rotation de la Terre fait un ange de 23°27’ avec le plan de l’elliptique

• L’Atmosphère: Mince péninsule gazeuse recouvrant la croûte terrestre, siège des phénomènes principaux.

Composition: � Air sec: composé par l’Azote (78,09%), Oxygène (20,95%), Argon (0,93%), Gaz carbonique (0,03%), et

gaz rares (He, Kr, H, Xe, …) jusqu’à 25km d’altitude.

� Vapeur d’eau: décroit avec l’altitude.

� Impureté: particule microscopique ou aérosols � noyaux (d’Aitken<0,1µ; géant si>1µ; gros ∈ 0,1µ-1µ).

� Porteurs de charge électrique �conductivité électrique et ionisation.

Vent: mouvement propre de l’atmosphère que l’on peut repérer par rapport à la surface terrestre considérer comme fixe.

L’atmosphère terrestre

Les couches de l’atmosphère:La troposphère: observation des plus grandes parties des phénomènes météorologiques.

� Couche turbulente: comprend des mouvements turbulents provoqué par les convections mécanique (relief) et les convections thermiques (chaleur du sol) � jusqu’à 2000m

� Couche atmosphère libre: écoulement linéaire du vent.

Au fur et à mesure qu'on s'élève dans la troposphère la température décroît de façon régulière d'environ 6 degrés Celsius tous les 1000m

--<La tropopause>--

La stratosphère: Altitude ∈ [tropopause-50km], T°= Cte ∈[tropopause-20km] puis croit légèrement jusqu’à 30km �lieu de la couche d’ozone (à -54°C).

--<La Stratopause>--

La Mésosphère: Altitude =80km(T° atteint-80°C)

--<La Mésopause>--

La Thermosphère: Altitude= 500km; T° augmente avec Z (T° atteint 100°C) � Lieu de l’Ionosphère.

http://www.ffme.fr/technique/meteorologie/theorie/atmosphere/composition.htm

ftCmCZ

T1000/21000/6 °−=°−=

∆∆

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Loi des gaz

Dans l’atmosphère la masse (δM) et la composition d’un particule sont constante, c’est son volume(δV), sa pression(P) et sa température (T) qui varient.

Volume massique:

Masse volumique:

• Loi de Charles:« A Pression constante, le volume massique est directement proportionnelle à la Température absolue »

• Loi de Boyle-Mariotte: à T cste:

• Loi de Charles-Boyle:

• Equation d’état d’un gaz parfait: relation entre P, a et T:

tel que R=287 J/Kg. °K

M

Vaδδ=

a

1ρ

kT

a

T

a ==0

0

csteaP =⋅

CteT

VP

T

PV ==0

00

TRP ⋅⋅= ρ

Outils météorologique

• Les échelles: dimensions du domaine.

Echelle A (Echelle synoptique): adopté pour les problèmes de prévision de temps

1000km ≤L<10000km, 3j ≤t<8j.

Echelle P (Echelle planétaire ou climatologique): échelle de la circulation générale qui étudie les grands trait de l’écoulement d’air à la surface de la Terre.

L≥10000km, t≥8j

Echelle B (Echelle aérologique): 100km≤L<1000km, 12h ≤t<3j

Echelle C (Macro-Echelle): 10km ≤L<100km, 2h ≤t<12h

Echelle D (Micro-Echelle):1km≤L<10km, 30mn≤t<2h

Echelle E (Echelle de laboratoire): L<1km, t<30mn.

• Les moyens d’investigations:Observation au sol.

Observation en altitude: Radar, fusées, Avion, Ballon sonde, Satellites(système d’étude de l’environnement)

Satellite opérationnelle: sur orbite terrestre basse (800-1500km).

Satellite géostationnaire: fixe par rapport au sol (36000km).

Satellite de Recherche et développement.

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Pression Atmosphérique

• Définitions: Poids d’une colonne d’air de section unitaire uniforme, de hauteur infini qui surmonte le lieu

considéré.

Force par Unité de Surface: P=F/S.

• Types:Baromètre à mercure,

Baromètre métallique (capsule de Vidie

ou Holostérique): constitué par une capsule anéroïde.

• Unités:Pascal(Pa), hPa=mb, 1013,25hPa=760 mm Hg=29,92 in Hg

Variation de la Pression Atmosphérique

• Variation régulière: En fonction de l’heure locale �marrée barométrique.

• Variation irrégulière: dues : aux alternances de zones de pressions relativement basses et hautesaux passages des orages et des cyclones tropicaux

• Variation en altitude:Equilibre hydrostatique: équilibre verticale à laquelle l’accélération est négligeable devant la pesanteur et la pression.

• Loi de variation: La pression décroit vers le haut:Equation hydrostatique:

�

Loi différentielle des détentes:

tel que le gradient adiabatique est:

gdZ

dP ρ−=1

2lnP

PT

g

RZ ⋅=∆

T

dT

g

C

P

dP p ⋅= mC

g

dZ

dT

p

/01,0 °−=−=

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L’altimétrie barométrique

Définitions: Baromètre anéroïde gradué directement en altitude.

Cause d’erreurs altimétriques:Atmosphère réel # atmosphère standard � lorsque l’atmosphère est plus chaude que

l’atmosphère standard, l’altimètre sous estime l’altitude et inversement.Equation hydrostatique non valable � Condition physique s’éloigne de l’équilibre

hydrostatique.

Calages altimétriques: opération de substituer dans les formules de l’atmosphère standard P

et T réel au niveau de la mer.QFE (Atmospheric pressure (Q) at Field Elevation): Pression au niveau du sol � Zsol=0 mLecture puis correction.

Avantage: Donne la hauteur vraie de l’avion au dessu de la piste.

QNH( Atmospheric Pressure (Q) at Nautical Height): Lecture sur le baromètre– Calcul pression au niveau de la station – lecture Zstd en face P –calcul D= Zstd-Zt – Pqnh�Dstd.

Avantage: donne l’altitude vraie de l’avion

Champs de pression