Météorologie - Définition et Explications

Introduction

La météorologie a pour objet l'étude des phénomènes atmosphériques tels que les nuages, les précipitations ou le vent dans le but de comprendre comment ils se forment et évoluent en fonction des paramètres mesurés tels que la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...), la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) et l'humidité (L'humidité est la présence d'eau ou de vapeur d'eau dans l'air ou dans une substance...). Le mot vient du grec antique où meteor désigne les particules en suspension ( Le fait de suspendre des particules En chimie, la suspension désigne une dispersion de...) dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) et logos veut dire discours ou connaissance.

C'est une discipline qui traite principalement de la mécanique des fluides (La mécanique des fluides est la branche de la physique qui étudie les écoulements de fluides...) et de la thermodynamique (On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur...) mais qui fait usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) de différentes autres branches de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...), de la chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) et des mathématiques (Les mathématiques constituent un domaine de connaissances abstraites construites à l'aide...). Purement descriptive à l'origine , la météorologie (La météorologie a pour objet l'étude des phénomènes atmosphériques...) est devenue un lieu d'application de ces disciplines. La météorologie moderne permet d'établir des prévisions de l'évolution du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) en s'appuyant sur des modèles mathématiques à court comme à long terme. La météorologie a des applications dans des domaines très divers comme les besoins militaires, la production d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...), les transports (Le transport, du latin trans, au-delà, et portare, porter, est le fait de porter quelque chose, ou...) maritimes et terrestres, l'agriculture, la médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la...), la construction, la photographie aérienne (La photographie aérienne est un domaine très vaste tant sur le plan de la...) ou le cinéma (On nomme cinéma une projection visuelle en mouvement, le plus souvent sonorisée. Le terme...). Elle est également appliquée pour la prévision de la qualité de l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...).

Arcus à la base d'un cumulonimbus (Le cumulonimbus, de la famille des cumulus, est le nuage qui présente la plus grande extension...) à Enschede, Pays-Bas.

Historique

Antiquité

Aristote (Aristote (en grec ancien...)

Pour toutes les civilisations, en particulier celles agricoles, le temps qu'il fera a toujours été une préoccupation importante. Vers 3000 av. J.-C., le chinois Nei Tsing Sou Wen écrit le premier ouvrage sur la météorologie, comprenant des observations et même des prévisions. En Inde, les périodes de mousson (La mousson est le nom d'un système de vents périodiques des régions tropicales,...) mènent aux premières mesures de quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) de précipitations tombées ainsi qu'à des prévisions vers 400 av. J.-C..

À la même époque, soit en 350 av. J.-C., le terme météorologie est créé par le philosophe grec Aristote pour décrire ce qu'on appellerait les Sciences de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) de façon générale et non le domaine exclusif de l'étude de l'atmosphère. En particulier, il décrit le cycle hydrique ainsi :

Maintenant le soleil, se déplaçant comme il le fait, met en branle un processus de changement, de devenir et de déclin qui par son action élève la plus fine et douce eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) chaque jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...), la dissout en vapeur () et la transporte vers les hauteurs où elle se condense à nouveau par le froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.) et retourne ensuite à la terre.

Un autre philosophe Théophraste (Théophraste, en grec ancien...) publie en 300 av. J.-C. « Les signes du temps », premier ouvrage de prévisions météorologiques en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un...).

Shen Kuo (Shen Kuo (chinois : 沈括, pinyin : Shěn Kuò), Shen K’uo,...) (1031-1095) un lettré ayant vécu durant la dynastie des Song, en Chine, a travaillé entre autres choses en météorologie. Il a écrit plusieurs descriptions de tornades et a donné raison à une théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) de Sun (Sun Microsystems (NASDAQ : SUNW) est un constructeur d'ordinateurs et un éditeur de...) Sikong, expliquant que les arcs-en-ciel qui sont formés par l'ombre (Une ombre est une zone sombre créée par l'interposition d'un objet opaque (ou seulement...) du Soleil sous la pluie (La pluie désigne généralement une précipitation d'eau à l'état...), se produisent lorsque le Soleil brille sur lui. Shen estima que, bien que les arbres étaient de plus en plus rares en raison de la déforestation pour les besoins de l'industrie du fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le...) locale, « le pétrole (Le pétrole est une roche liquide carbonée, ou huile minérale. L'exploitation de...) était produit continuellement au sein de la Terre ».

Renaissance

Galilée (Galilée ou Galileo Galilei (né à Pise le 15 février 1564 et mort à Arcetri près de Florence,...)

Le Moyen Âge, une période de réorganisation après la chute de l'Empire romain, a vu une stagnation du point (Graphie) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et...) scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...). De plus, la religion y a pris une grande importance et ses dogmes laissaient peu de place aux libres penseurs. La période de la Renaissance qui l'a suivi a été très fertile en découvertes et en développements techniques. Les voyages de découverte ont pris de l'essor et avec eux les besoins en météorologie.

En 1607, Galilée construit un thermoscope, l'ancêtre du thermomètre (Un thermomètre est un appareil qui sert à mesurer et à afficher la valeur des...), bien que la paternité de cette invention soit contestée. Cet instrument change la pensée du temps car il permet de prendre la mesure de ce qu'on pensait un des éléments immuables d'Aristote (feu, eau, air et chaleur). On commence donc à noter les variations du temps de façon limitée. Il faudra attendre la création d'un standard de température par Daniel Gabriel Fahrenheit et Anders Celsius au XVIIIe siècle pour quantifier vraiment les choses.

En 1644, Evangelista Torricelli (Evangelista Torricelli (né le 15 octobre 1608 à Faenza, en Émilie-Romagne...), un contemporain de Galilée, créa le premier vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.) artificiel et utilisa le concept pour créer le premier baromètre (Le baromètre est un instrument de mesure, utilisé en physique et en...). Le tube de Torricelli est un tube de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile...) qu'on a plongé dans le mercure pour enlever l'air puis qu'on redresse sans le sortir complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou...) du liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...). Par son poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la...), le mercure redescend et laisse un vide dans la tête du tube mais la différence de pression entre l'atmosphère, qui presse sur le liquide autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) du tube, et le vide dans celui-ci empêche le mercure de sortir complètement du tube. La hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) restante dans le tube indique la pression atmosphérique (La pression atmosphérique est la pression de l'air en un point quelconque d'une atmosphère.).

Torricelli découvrit avec son invention que la pression de l'atmosphère varie dans le temps. En 1648, Blaise Pascal (Blaise Pascal, né le 19 juin 1623 à Clairmont (aujourd'hui Clermont-Ferrand),...) découvre que la pression diminue également avec l'altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau...) et en déduit qu'il y a un vide au-delà de l'atmosphère.

Du XVII au XIXe siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui...)

En 1667, le scientifique britannique Robert Hooke construit l'anémomètre pour mesurer la vitesse (On distingue :) du vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface...), un instrument essentiel à la navigation (La navigation est la science et l'ensemble des techniques qui permettent de :). En 1686, Edmund Halley cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le...) les alizés et en déduit que les changements atmosphériques sont causés par le réchauffement solaire. Il confirme ainsi les découvertes de Pascal sur la pression atmosphérique.

Benjamin Franklin (Benjamin Franklin (17 janvier 1706 à Boston - 17 avril 1790 à...)

En 1735, George Hadley est le premier à prendre en compte la rotation de la Terre pour expliquer les alizés. Bien que son explication ait été incorrecte, prédisant les vents de moitié moins forts que la réalité, son nom a été donné à la circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles...) dans les tropiques comme cellules de Hadley.

Benjamin Franklin observe quotidiennement le temps qu'il fait de 1743 à 1784. Il remarque que les systèmes météorologiques vont d'ouest (L’ouest est un point cardinal, opposé à l'est. C'est la direction vers laquelle se...) en est en Amérique (L’Amérique est un continent séparé, à l'ouest, de l'Asie et...) du Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.). Il publie la première carte scientifique du Gulf Stream (Le Gulf Stream est un courant océanique qui prend sa source entre la Floride et les Bahamas et se...), prouve que la foudre (La foudre est un phénomène naturel de décharge électrostatique disruptive qui...) est un phénomène électrique, relie les éruptions volcaniques et le comportement de la météo et spécule sur les effets de la déforestation sur le climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une...).

En 1780, Horace-Bénédict de Saussure (Horace Bénédict de Saussure (né le 17 février 1740 à Conches,...) construit un hygromètre (Un hygromètre est un appareil qui sert à mesurer l'hygrométrie (ou humidité relative de l'air).) à cheveu pour mesurer l'humidité de l'air. Il s'agit d'un instrument complémentaire au thermomètre et à l'anémomètre pour quantifier les variables atmosphériques.

En 1802-1803, le britannique Luke Howard écrit On the Modification of Clouds dans lequel il donne les noms que nous connaissons maintenant aux nuages à partir du Latin. En 1806, Francis Beaufort introduit son échelle descriptive des vents destinée aux marins. L'échelle de Beaufort relie les effets du vent sur les vagues (mer étale jusqu'aux vagues déferlantes avec écume) à sa force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) en nœuds.

C'est dans un article Sur les équations du mouvement relatif des systèmes de corps que Gaspard-Gustave Coriolis (Gaspard-Gustave Coriolis (né le 21 mai 1792 à Paris - mort le 19 septembre 1843 à Paris)...) décrivit mathématiquement en 1835 la force qui porte son nom. Dans cet article, la force de Coriolis (La force de Coriolis est une force inertielle agissant perpendiculairement à la direction du...) apparaît comme une composante supplémentaire à la force centrifuge, ressentie par un corps en mouvement relativement à un référentiel en rotation, comme cela pourrait se produire par exemple dans les rouages d'une machine. Cette force est essentielle dans la description du mouvement des systèmes météorologiques comme Hadley l'avait pressenti un siècle auparavant.

En 1838, William Reid publie sa controversée Law of Storms qui décrit le comportement des dépressions. Son ouvrage divise la communauté scientifique durant dix années. En 1841, l'américain Elias Loomis est le premier à suggérer la présence de fronts pour expliquer la météo mais ce n'est qu'après la Première Guerre mondiale que l'école norvégienne de météorologie développera ce concept.

En 1849, le Smithsonian Institution, sous la direction de Joseph Henry commence à mettre sur pied un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) de stations météorologiques d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) aux États-Unis d'Amérique. Les observations seront disséminées rapidement grâce à l'invention en 1837 par Samuel Morse du télégraphe (Le télégraphe (du grec τηλε têlé, loin et...).

Urbain Le Verrier

Le 14 novembre 1854, une violente tempête (Une tempête est un phénomène météorologique violent à large...) provoque le naufrage de 41 navires français en mer Noire (La mer Noire est une mer située entre l’Europe et l’Anatolie. Large d'environ...), au cours de la guerre de Crimée. Cette tempête avait traversé toute l'Europe de l'Ouest, mais personne ne fut en mesure de signaler, voire prévenir du danger. Face à ce constat, Urbain Le Verrier, directeur de l'observatoire de Paris (L'Observatoire de Paris est né du projet, en 1667, de créer un observatoire astronomique...), décide de mettre en place un vaste réseau de stations météorologiques couvrant l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) de l'Europe et mettant à profit l'innovation technologique que représente le récent télégraphe électrique. Ce réseau regroupe 24 stations dont 13 reliées par télégraphe, puis s'étendra à 59 observatoires répartis sur l'ensemble de l'Europe en 1865.

En 1860, le vice-amiral Robert FitzRoy utilise le télégraphe pour colliger les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) météorologiques quotidiennes venant de toute l'Angleterre (L’Angleterre (England en anglais) est l'une des quatre nations constitutives du Royaume-Uni....) et tracer les premières cartes synoptiques. En utilisant la variation de ces cartes dans le temps, il fait les premières prévisions qu'il commencera à publier dans le journal The Times en 1860. Il développe également un code par cônes hissés dans les ports anglais pour prévenir de l'arrivée de tempêtes.

Tous les réseaux d'observations mentionnés jusqu'à présent étaient indépendants. Une information météorologique cruciale pouvait donc ne pas être transmise. Ceci était particulièrement important en mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.). Le principal promoteur d'échanges internationaux sera l'américain Matthew Fontaine Maury (Matthew Fontaine Maury (1806 - 1873), était un officier de la United States Navy qui a...). En 1853, une première conférence des représentants de dix pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue...) se réunit à Bruxelles pour formaliser une entente et normaliser le codage (De façon générale un codage permet de passer d'une représentation des...) des données météorologique. En 1873, l'Organisation (Une organisation est) météorologique internationale est fondée à Vienne par les pays ayant un service météorologique.

Ère contemporaine

En 1902, après plus de 200 lâchers de ballons, souvent effectués de nuit pour éviter l'effet de radiation (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se...) du soleil, Léon Teisserenc de Bort découvrit la tropopause (La tropopause est la limite supérieure de la troposphère et la limite inférieure de la...). Il en conclut que l'atmosphère terrestre (L'atmosphère terrestre est l'enveloppe gazeuse entourant la Terre solide. L'air sec se compose...) se composait de deux couches, qu'il baptisa troposphère (La troposphère est la partie de l'atmosphère terrestre située entre la surface du globe et une...) et stratosphère (La stratosphère est la seconde couche de l'atmosphère terrestre, se situant au-dessus de la...), une convention qui est toujours valable à ce jour. Richard Aßmann est considéré également comme co-découvreur de la stratosphère car il publia indépendamment la même année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié...) ses résultats sur le sujet.

Les symboles des fronts météorologiques: 1) Front froid 2) Front chaud 3) Occlusion 4) Stationnaire

En 1919, les météorologistes norvégiens, sous la direction de Vilhelm Bjerknes, développent l'idée des masses d'air se rencontrant le long de zones de discontinuité qu'on nomma les fronts (front chaud, front froid et occlusion). Selon cette théorie, il y a trois zones frontales entre les quatre masses d'air:

  • Arctique (L’Arctique est la région entourant le pôle nord de la Terre, à l’intérieur et aux...)
  • Maritime
  • Polaire
  • Tropicale

En alliant la force de Coriolis, ces notions et la force de pression, ils expliquèrent la génération, l'intensification et le déclin des systèmes météorologiques des latitudes moyennes. Le groupe comprenait Carl-Gustaf Rossby qui fut le premier à expliquer la circulation atmosphérique (La circulation atmosphérique est le mouvement à l'échelle planétaire de la...) à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un...) en termes de mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) des fluides, Tor Bergeron qui détermina le mécanisme de formation de la pluie et Jacob Bjerknes.

Cette école de pensée se répandit mondialement. Encore aujourd'hui, les explications météorologiques simplifiées que l'on voit dans les médias (On nomme média un moyen impersonnel de diffusion d'informations (comme la presse, la radio, la...) utilisent le vocabulaire de l'école norvégienne.

La météorologie est en fait reliée à la mécanique des fluides (voir section science météorologique ci-dessous). En 1922, Lewis Fry Richardson publie Weather prediction by numerical process qui décrit comment les termes mineurs des équations de mouvement de l'air peuvent être négligés. Cette simplification permet de les résoudre plus facilement. Cependant ce ne sera qu'avec la venue des ordinateurs que son idée sera vraiment mise en pratique.

Le développement des ordinateurs à la fin de la Seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...) Guerre mondiale et durant les années 1950 mènera à la formulation (La formulation est une activité industrielle consistant à fabriquer des produits...) de programmes informatiques pour résoudre les équations météorologiques. C'est le début de la prévision numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information...) du temps.

En 1951, l'Organisation météorologique mondiale (L'Organisation météorologique mondiale (OMM, en anglais World Meteorological Organization...) (OMM) est fondée par l'ONU en remplacement de l'Organisation météorologique internationale.

Le radar météorologique (Un radar météorologique est un type de radar utilisé en météorologie pour...) est développé à partir des études faites durant la guerre sur les échos de bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son....) causés par les précipitations :

  • Aux États-Unis : développement des premiers radars météorologiques opérationnels grâce à plusieurs chercheurs, dont entre autres David Atlas.
  • Au Canada : J. Stewart Marshall et R.H. Douglas forment le « Stormy Weather Group » à l’Université McGill de Montréal (Montréal est à la fois région administrative et métropole du Québec[2]. Cette grande...) qui travailla sur la relation entre la réflectivité (Z), le retour d’intensité de la précipitation (En météorologie, le terme précipitation désigne des cristaux de glace ou des...), et le taux de précipitation (R).
  • En Grande-Bretagne (La Grande-Bretagne (en anglais Great Britain) est une île bordant la côte nord-ouest de...), les recherches portent sur les caractéristiques des patrons des précipitations et sur les possibilités qu’offrent les différentes longueurs d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation...) entre 1 et 10 centimètres.
Première image de TIROS-1 (TIROS-1 (ou TIROS-I) fut le premier satellite météorologique ayant été lançé et opéré avec...) de la Terre depuis l'espace

En 1960, TIROS-1 est le premier satellite (Satellite peut faire référence à :) météorologique lancé avec succès. Celui-ci marque le début de la collecte de données météorologiques depuis l'espace à une résolution de beaucoup supérieure aux stations terrestres. De plus il permet de sonder des endroits peu ou pas couverts comme les océans (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par...), les déserts et les Pôles.

La théorie du chaos va être appliquée à l'atmosphère par Edward Lorenz au cours des années 1960. Ce concept va être développé plus tard (à partir des années 1990) dans les modèles de prévision d'ensembles qui utilisent des variations des données initiales dans plusieurs passes pour voir la variabilité des résultats.

Ensuite

Le développement des ordinateurs plus puissants dans les années 1970 et des superordinateurs dans les années 1980 mène à une meilleure résolution des modèles numériques. Les recherches sur l'atmosphère, les océans et leurs inter-relations, de phénomènes tels El Nino et les cyclones tropicaux améliorent les connaissances des phénomènes météorologiques et il s'en suit une meilleure paramétrisation des équations.

Les instruments de collecte de données ont grandement évolués depuis 1960 : automatisation de cette collecte et amélioration des radars et des satellites météorologiques ainsi que de leur résolution amenant des sondages directs de l'atmosphère. Le développement des communications (veille météorologique mondiale) a permis de répandre mondialement les prévisions ainsi que les alertes météorologiques.

Plus récemment, l'étude des tendances de températures et de la concentration de CO2 a pris de l'essor. À partir de la fin XXe siècle, la majorité des scientifiques ont reconnu le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) d'un réchauffement climatique (Le réchauffement climatique, également appelé réchauffement planétaire, ou...) depuis le début de l'ère industrielle. Au début du XXIe siècle, un rapport d'experts internationaux a reconnu l'action humaine comme étant le plus probable responsable et a prédit une poursuite de celui-ci.

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