Isotherme zéro degré
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Iso 0° en conditions normales.
Iso 0° en conditions normales.

L'isotherme zéro degré, notée isotherme 0 °C ou encore iso 0°, représente l'altitude (en mètre) à laquelle la température (en degré Celsius) vaut 0, dans une atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) libre (en l'absence de réverbération des rayons solaires par de la neige (La neige est une forme de précipitation, constituée de glace cristallisée et agglomérée en flocons pouvant être ramifiés d'une infinité de façons. Puisque les flocons sont...), etc.). Cette mesure est effectuée sur une période de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) relativement courte (de l'ordre de la journée, parfois moins).

L'isotherme 0°C est une frontière (Une frontière est une ligne imaginaire séparant deux territoires, en particulier deux États souverains. Le rôle que joue une frontière peut fortement varier suivant les régions et les...) fictive entre deux masses d'air : au-dessus de l'isotherme 0°C, l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les...) est à une température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid...) négative, en-dessous de l'isotherme, la température est positive. Le profil de cette frontière et ses variations sont étudiées en météorologie (La météorologie a pour objet l'étude des phénomènes atmosphériques tels que les nuages, les précipitations ou le vent dans le...) en vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) de prévisions et recommandations diverses. Elle n'apparaît pas sur les cartes météo générales, mais figure par exemple sur les bulletins de prévisions en montagne (Une montagne est une structure topographique significative en relief positif, située à la surface d'astres de type tellurique (planète tellurique, satellites comme...).

" Isotherme " est un terme féminin, bien que l'usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) consacre souvent le genre masculin par abus. Dans un contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent. Le concept de contexte...) où prévalent les degrés Fahrenheit, l'isotherme 0°C se note iso 32F.

Mesure, modélisation

Pour repérer la structure de température de l'atmosphère, il existe différents moyens:

  • le radiosondage, par lâché de ballon-sondes, est le moyen le plus ancien et le plus courant. De nombreux pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas gallo-romaine. Comme la civitas qui subsiste le plus souvent sous forme...) procèdent à la prise de ces données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) deux fois par jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel....), en différents points distants de plusieurs centaines de kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458 seconde.) l'un de l'autre ;
  • l'usage d'appareillage de mesure de température à bord des avions commerciaux permet de repérer l'isotherme et de signaler sa hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) au trafic aérien ;
  • les satellites (Satellite peut faire référence à :) météorologiques sont munis de capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité, la déviation d'une aiguille…. On fait...) qui peuvent effectuer un sondage ( Un sondage peut désigner une technique d'exploration locale d'un milieu particulier. Un sondage peut également être une méthode statistique d'analyse d'une population humaine ou non humaine...) de l'atmosphère en notant la radiation (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se produire par rayonnement électromagnétique (par exemple :...) infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière...) émise par celle-ci, en utilisant des méthodes de télédétection ;
  • les radars météorologiques notent le phénomène de bande brillante, un rehaussement des échos radars qui se produit juste sous cette isotherme lors de la fonte de neige dans la couche au-dessus de zéro (Le chiffre zéro (de l’italien zero, dérivé de l’arabe sifr, d’abord transcrit zefiro en italien) est un symbole marquant une position vide dans l’écriture des nombres en notation...) Celsius ;
  • le profileur de vents, un radar (Le radar est un système qui utilise les ondes radio pour détecter et déterminer la distance et/ou la vitesse d'objets tels que les avions, bateaux, ou encore la pluie. Un émetteur...) pointé verticalement, en plus des échos radars, note la vitesse (On distingue :) de chute des précipitations qui est différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une...) entre la neige, la pluie (La pluie désigne généralement une précipitation d'eau à l'état liquide tombant de nuages vers le sol. Il s'agit d'un hydrométéore météorologique qui fait partie du cycle de...) et la neige fondante.

Selon la fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le...) et la résolution de prise de données, ces différents moyens permettent de repérer la variation de l'isotherme de manière plus ou moins fine. Les radiosondages, par exemple, ne permettent qu'une vision semi-journalière et très grossière, tandis que les radars météorologiques permettent de voir la variation toutes les cinq ou dix minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte originale, au crayon, levée sur le terrain. ...), s'il y a des précipitations, et ce avec une résolution de un ou deux kilomètres.

Pour modéliser et traiter informatiquement le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit des...) de température dans l'espace, la méthode usuelle est l'utilisation d'un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) scalaire (Un vrai scalaire est un nombre qui est indépendant du choix de la base choisie pour exprimer les vecteurs, par opposition à un pseudoscalaire, qui est un nombre qui peut dépendre de la base.) ou d'un champ vectoriel associés aux valeurs et aux variations.

Caractéristiques

Les données des ballons-sondes permettent d'établir une carte générale de l'isotherme 0°C pour un territoire (La notion de territoire a pris une importance croissante en géographie et notamment en géographie humaine et politique, même si ce concept est...) donné. Ces mesures étant des moyennes, l'isotherme 0°C peut varier selon les conditions locales ; variations faibles en plaines mais souvent importantes en montagne ou aux abords des côtes, notamment.

L'isotherme 0°C varie globalement en même temps que dépressions et anticyclones se forment, se déplacent et disparaissent. Il est assez facile de cartographier l'isotherme 0°C sur de vastes territoires, avec une marge d'erreur assez faible. Par contre, les variations brutales et locales de l'isotherme 0°C, qui ne sont pas hasardeuses mais liées principalement à l'humidité (L'humidité est la présence d'eau ou de vapeur d'eau dans l'air ou dans une substance (linge, pain, produit chimique, etc.).), au vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus ont lieu sur Neptune et sur Saturne. Il est...), et à l'ensoleillement, exigent une étude de terrain plus difficile à mener. Il est bien plus complexe d'établir des prévisions en fonction de ces facteurs, et cela n'est de toute façon possible qu'à court terme.

De plus, si la stricte définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.) de l'isotherme zéro fait référence à une atmosphère libre, les conditions usuelles de mesures ne sont généralement pas aussi parfaites. En réalité, on s'intèressera plutôt précisément à la façon dont l'isotherme zéro est affectée par des conditions météorologiques changeantes et peut apporter des informations utiles sur les variations, parfois très brusques, des facteurs tels que la température, l'ensoleillement, la pluie, l'humidité et la structure des systèmes météorologiques.

La mesure quotidienne de l'isotherme 0°C est importante pour plusieurs raisons. Elle entre en compte dans la détermination du niveau moyen de gel, très utile pour lutter contre le givre (Le givre est un dépôt de micro-gouttelettes d'eau surfondue (= en surfusion) sur une surface lorsque la température est sous le point de congélation...) dans divers milieux. Les alpinistes, les skieurs et les responsables de la sécurité des stations de ski y sont particulièrement attentifs pour appréhender l'état du manteau neigeux, qui varie fortement selon les regels et dégels et conditionne les risques d'avalanches. Une autre utilisation de l'isotherme 0°C consiste en la détermination de la limite pluie/neige, principalement utile en montagne, encore une fois. On peut également mentionner que les pilotes d'avions utilisent des cartes d'isotherme 0°C, tant comme mesure brute que comme indicateur des variations météorologiques locales rapides. Elles sont essentielles pour repérer les zones de givrage dans les nuages et les précipitations avant de se trouver dans ces conditions.

Variations de l'isotherme 0°C

Iso 0° et pente neigeuse, de jour et en conditions normales : élévation moyenne.
Iso 0° et pente neigeuse, de jour et en conditions normales : élévation moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils...).
Iso 0° et pente neigeuse, de nuit et en conditions normales : forte perte d'altitude.
Iso 0° et pente neigeuse, de nuit et en conditions normales : forte perte d'altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et biogéographique qui explique la répartition de la vie sur terre.).

L'isotherme 0°C peut être très stable sur un grand territoire. Elle varie sous deux conditions :

  1. Changement de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force...) d'air, souvent accompagnée de nuages au sein d'une dépression, dans la zone des fronts froids et chauds. Ce changement s'effectue graduellement sur quelques dizaines de kilomètres dans le cas du front froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.) et centaines de kilomètres dans celui des fronts chauds.
  2. À proximité des reliefs, des conditions locales de réchauffement différentiel (Un différentiel est un système mécanique qui a pour fonction de distribuer une vitesse de rotation de façon adaptative aux besoins d'un ensemble mécanique.) dus à la neige, à l'ensoleillement, à la réverbération des rayons lumineux, aux vents et au taux d'humidité, permettent des variations rapides en moins de quelques kilomètres, voir mètres, en hiver (L'hiver est une des quatre saisons des zones tempérées.) aussi bien qu'en été. De plus, les phénomènes de subsidence ou d'ascendance qui s'y produisent vont contribuer à la variation du niveau de l'isotherme 0° C.

On distingue dans ce second cas deux écarts :

  • l'écart entre l'isotherme 0°C moyenne et l'isotherme 0°C " réelle " associé au sol, à une pente ;
  • l'écart entre l'isotherme 0°C " réelle " et le niveau de gel.

Isotherme 0°C moyenne et au sol

De jour et par temps dégagé, l'isotherme 0°C varie à la hausse, faiblement ou moyennement, au niveau des pentes exposées aux rayons du soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de...). Par rapport aux pentes ombragées, où l'isotherme 0°C est en général à peu près égale au niveau moyen calculé, l'élévation de l'isotherme 0°C peut atteindre plusieurs centaines de mètres, ce qui accélère le dégel du manteau neigeux en hiver, le dégagement de chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) en été. La nuit, par temps clair et en l'absence de vent modéré ou fort, l'isotherme 0°C descend rapidement. Cette baisse peut atteindre 1 000 ou 2 000 mètres, voire plus. Une couverture nuageuse stabilise les variations de l'isotherme 0°C, et est souvent accompagnée – en montagne tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) du moins – de vents modérés à forts dans un air humide. Ces variations se produisent en général de façon très localisée, avec des forts écarts – autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis, Kaupifalco,...) d'une dizaine de degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines suivants :) assez souvent – entre les versants exposés au soleil et ceux ombragés, selon l'exposition aux courants d'air, l'humidité ambiante, etc.

Le sol, les vents rasants, l'exposition au soleil sont donc des facteurs qui font varier la température localement. Les écarts à l'isotherme 0°C s'expliquent par analogie à l'effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie électromagnétique, provenant du Soleil (dans le cas des corps du...). Par temps couvert, les nuages retiennent le rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) nocturne du sol. L'écart de température sera faible ; de même en cas de vent modéré ou fort, surtout si l'air est humide – ce qui favorise l'émission de chaleur vers l'espace, donc le refroidissement du sol lui-même. À l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x = 1, si 1...), par temps dégagé, le rayonnement nocturne est efficace et l'écart de température augmente. Ces écarts à la hausse sont favorisés par l'absence de vent (ou vent faible) et par un air sec, et peuvent atteindre une amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) de plusieurs centaines de mètres.

Il s'agit donc du mécanisme de réchauffement climatique (Le réchauffement climatique, également appelé réchauffement planétaire, ou réchauffement global, est un phénomène d'augmentation...) appliqué localement, à une pente, à une vallée (Une vallée est une dépression géographique généralement de forme allongée et façonnée dans le relief par un cours d'eau (vallée fluviale) ou un glacier (vallée...)... En journée, les températures augmentent si le rayonnement du soleil est direct, surtout sur les pentes exposées, et inversement. Définir une isotherme 0°C précise est de ce fait impossible, car elle dépend des confrontations de masses d'air chaudes et froides, constamment en mouvements dans les zones montagneuses.

Niveau de gel

Le niveau de gel représente l'altitude à partir de laquelle le phénomène de congélation (On appelle congélation toutes technique visant à faire passer un produit à l'état solide par des techniques de refroidissement forcé. On...) transforme par exemple la neige superficielle en glace (La glace est de l'eau à l'état solide.). Ce niveau est très proche ou égal à l'isotherme 0°C au sol, sur les pentes, en l'absence de vent fort ou d'une forte humidité ; aussi appelle t-on parfois l'isotherme 0°C le " niveau de congélation. " L'équivalence n'est cependant pas toujours stricte.

En effet, un écoulement turbulent (Le HMS Turbulent (n° de coque : S 87) est un bâtiment de la classe Trafalgar de sept sous-marins nucléaires d'attaque de la Royal Navy.) du vent ou un rayonnement solaire (En plus des rayons cosmiques (particules animées d'une vitesse et d'une énergie extrêmement élevées), le Soleil rayonne des ondes...) intense peuvent faire varier (faiblement) le niveau de gel via les hausses et baisses rapides de température. Tout comme la température ressentie peut être très inférieure à la température mesurée en cas de vent fort, la neige peut se changer en glace en-dessous ou au-dessus de 0°C si des facteurs favorisent la transformation. C'est notamment le cas sur les versants nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) des cols, goulots d'étranglement où le vent s'accélère et tourbillonne en redescendant.

Le niveau de gel est très important en montagne, car l'état et la stabilité du manteau neigeux est tributaire de ses variations (regel nocturne et dégel diurne). Même si les écarts entre ce niveau et l'isotherme 0°C restent faibles et sans réel danger, ils peuvent tromper un alpiniste sur l'état du manteau neigeux à un endroit crucial, et favoriser les accidents.

Zéros multiples

Large échelle dite synotique

Dans les zones de fronts chauds, l'air doux est forcé de monter le long du front par l'air froid des couches inférieures. Il s'établira une stratification des températures qui pourra être isotherme ou même réchauffer depuis la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet...) jusqu'à une certaine hauteur puis diminuera selon un gradient thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents...) normal. Dans certaines conditions où la circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles sur une route.) des vents canalise une masse d'air au sol de température inférieure au point (Graphie) de congélation, la température de l'air soulevé pourra être au-dessus de 0°C et le rester sur une certaine épaisseur avant de retomber sous zéro. Ceci mène à des situations où des précipitations givrantes se développent: verglas (Le verglas est un dépôt de glace compacte et lisse, généralement transparent, provenant d'une pluie ou d'une bruine d'eau surfondue, en état de surfusion, qui se congèle en entrant en contact avec une...), grésil, neige en grains et neige roulée.

Petite échelle dite méso-échelle

En montagne, plusieurs isothermes 0°C peuvent coexister. Il peut par exemple arriver que trois masses d'air se superposent, formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est haute et...) trois couches distinctes. Par subsidence, une masse d'air froide chute et emplit la vallée, tandis que de l'air chaud se place au-dessus. Une troisième couche d'air, froide, surplombe les deux premières. Il fait alors plus chaud au-dessus de la vallée, mais moins qu'en haute altitude.

Un ballon-sonde (Le ballon-sonde a été inventé par Gustave Hermite en 1892. Un ballon-sonde (sounding balloon en anglais), dans les domaines de la météorologie et de l'astronautique, est un ballon libre non habité,...) lâché depuis la vallée traverserait successivement ces trois couches d'air en équilibre. Dans la première, la température chuterait avec l'altitude, à raison de 0,65°C tous les 100m (le gradient de température moyen). Une première isotherme 0°C pourrait être est atteinte. À l'approche de la seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La...) couche d'air, plus chaude, le ballon-sonde enregistrerait une élévation des températures, redevenant petit à petit positives, ce qui définirait une deuxième isotherme 0°C. Dans la troisième couche d'air, une nouvelle chute des températures serait enregistrée, avec une troisième isotherme 0°C et des températures toujours négatives par la suite.

Ce cas de figure se produit assez fréquemment lorsque de l'air froid se retrouve à basse altitude, même sans atteindre des températures négatives. Typiquement, cela est possible lorsqu'un courant froid se retrouve emprisonné dans une vallée à cause d'un coup de vent soudain ou de basses pressions. Chassant l'air chaud, qui s'élève au-dessus, il provoque la formation d'une couche nuageuse qui sépare les deux masses d'air. Cette couche de nuages, bien souvent des stratus, peut avoir une épaisseur de plusieurs centaines de mètres et forme un plafond (Par extension, un plafond représente le maximum de quelque chose :) qui contribue à la stabilité du phénomène. Cette configuration des masses d'air, cloisonnées et superposées, se maintient alors jusqu'à ce qu'une dépression viennent chambouler les équilibres thermiques ou que les températures s'égalisent (le soir et la nuit, par exemple).

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