a) mT (maritime tropical) – chaude, humide, instabilité. b) cA ou cP (continental arctique ou polaire) – très froid, stable, sec. c) cT (continental tropical) – chaud, sec, souvent lié aux alizés continentaux. Exercice 2.2 – Calcul du soulèvement orographique et du refroidissement adiabatique Énoncé : Une masse d’air au niveau de la mer (0 m) a une température de 25°C et un point de rosée de 15°C. Le gradient adiabatique sec est de 9,8°C/km, le gradient humide de 5,5°C/km. À quelle altitude la condensation commence-t-elle ? Quelle sera la température au sommet d’une montagne de 3000 m ?
Convertissons ( P ) en mètres : 300 mm = 0,3 m. ( L \cdot P = 2,5 \times 10^6 \times 0,3 = 7,5 \times 10^5 , \text{J/m}^2 ) (par an). Convertissons ( R_n ) annuelle : ( R_n = 50 , \text{W/m}^2 \times (365 \times 24 \times 3600 , \text{s}) = 50 \times 31,536,000 \approx 1,5768 \times 10^9 , \text{J/m}^2/\text{an} ). [ I_a = \frac{1,5768 \times 10^9}{7,5 \times 10^5} \approx 2102 ] C’est énorme ! En réalité, l’indice de Budyko se calcule souvent avec ( P ) en m/an et ( R_n ) en W/m², mais on normalise. En climatologie, on utilise plutôt ( I_a = R_n / (L \cdot P) ) mais avec ( R_n ) en mm d’eau équivalente : ( R_n ) (mm) = ( \frac{R_n(W/m^2) \times 31,536,000}{L} ). Refaisons : ( R_n (mm) = \frac{50 \times 31,536,000}{2,5 \times 10^6} = \frac{1,5768 \times 10^9}{2,5 \times 10^6} \approx 630,7 , \text{mm} ). Alors ( I_a = 630,7 / 300 \approx 2,10 ). Interprétation : ( I_a > 1 ) → aride (déficit hydrique). Le bilan est négatif. Exercice 3.2 – Classification de Köppen pour une station Énoncé : Données : ( T_{moy} ) annuelle = 28°C, précipitations annuelles = 1800 mm, mois le plus sec = 40 mm (en hiver). Déterminez le type climatique selon Köppen. exercices corrigés de climatologie pdf
Voici un texte détaillé proposant une série d’exercices corrigés de climatologie, adaptés à un niveau universitaire (Licence 1-2, Géographie, Sciences de la Terre, Sciences de l’environnement). Ce contenu est conçu pour être directement exporté ou copié vers un traitement de texte pour générer un fichier PDF. Avant-propos Ce recueil couvre les concepts fondamentaux de la climatologie physique : bilan radiatif terrestre, convection, effet de serre, classification des climats (Köppen) et calculs d’indices d’aridité. Chaque exercice est suivi d’une correction détaillée, incluant les formules et les raisonnements. Chapitre 1 : Le bilan radiatif terrestre Exercice 1.1 – Calcul de la température d’équilibre de la Terre sans atmosphère Énoncé : La constante solaire ( S_0 ) est de 1361 W/m². L’albédo terrestre moyen ( \alpha ) est de 0,30. Calculez la température d’équilibre radiatif de la Terre en supposant qu’elle se comporte comme un corps noir (pas d’effet de serre). Constante de Stefan-Boltzmann : ( \sigma = 5,67 \times 10^{-8} , \text{W m}^{-2} \text{K}^{-4} ). a) mT (maritime tropical) – chaude, humide, instabilité
[ \Delta F = 5,35 \times \ln\left(\frac{420}{280}\right) = 5,35 \times \ln(1,5) ] [ \ln(1,5) \approx 0,4055 \quad \Rightarrow \quad \Delta F \approx 5,35 \times 0,4055 \approx 2,17 , \text{W/m}^2 ] Hausse de température : ( \Delta T = \lambda \times \Delta F = 0,8 \times 2,17 \approx 1,74 , K ) Remarque : Cette hausse est un équilibre final ; les rétroactions (vapeur d’eau, glace) peuvent l’amplifier. Chapitre 2 : Les masses d’air et fronts Exercice 2.1 – Classification des masses d’air Énoncé : Identifiez les masses d’air suivantes (origine et propriétés) : a) Chaud et très humide en été sur le golfe du Mexique. b) Très froid et sec sur la Sibérie en hiver. c) Chaud et sec sur le Sahara. Exercice 2
La puissance solaire absorbée par la Terre est ( S_0 \times (1 - \alpha) \times \frac{\pi R^2}{4\pi R^2} = \frac{S_0 (1 - \alpha)}{4} ). À l’équilibre, puissance absorbée = puissance émise : [ \frac{S_0 (1 - \alpha)}{4} = \sigma T^4 ] [ T^4 = \frac{1361 \times (1 - 0,30)}{4 \times 5,67 \times 10^{-8}} ] [ T^4 = \frac{1361 \times 0,7}{2,268 \times 10^{-7}} = \frac{952,7}{2,268 \times 10^{-7}} \approx 4,20 \times 10^9 ] [ T \approx (4,20 \times 10^9)^{1/4} \approx 254 , K \approx -19°C ] Interprétation : Sans effet de serre, la Terre serait glaciale. L’écart (15°C réel) est dû aux gaz à effet de serre. Exercice 1.2 – Calcul du forçage radiatif dû au CO₂ Énoncé : Une formule empirique donne ( \Delta F = 5,35 \times \ln(C/C_0) ) W/m², où ( C ) est la concentration en CO₂. Si ( C_0 = 280 ) ppm (préindustriel) et ( C = 420 ) ppm (actuel), calculez ( \Delta F ). Quelle hausse de température à l’équilibre cela implique-t-il si la sensibilité climatique ( \lambda ) est de 0,8 K/(W/m²) ?