Température et altitude

Niveau : débutant

Dans la stratosphère

Dans la stratosphère, qui comporte la couche d'ozone, l'absorption des rayons ultra-violets se transforme en chaleur, donc, l'air y est directement réchauffé par le soleil. C'est notamment la raison pour laquelle la température augmente lorsqu'on s'élève dans la stratosphère.

Dans la troposphère

Source de chaleur

Pour bien comprendre la décroissance de la température avec l'altitude, il faut d'abord se dire que le soleil ne réchauffe (pratiquement) pas l'air directement. Les rayons du soleil touchent le sol ou la mer qu'ils réchauffent. Cette chaleur est ensuite transmise à l'atmosphère. Ce qui veut dire que les couches situées près de la surface de la terre, donc de la source de chaleur, sont en moyenne les plus chaudes. Ensuite, plus on s'éloigne de cette source de chaleur, plus l'air se refroidit.

Pression

Dans la troposphère, siège de la majorité des phénomènes météorologiques, la raison évoquée ci-dessus n'est pas la seule qui explique le refroidissement de l'air avec l'altitude. En effet, la température varie aussi en fonction de la pression. Sans apport ou perte de chaleur externe à la masse d'air, celle-ci se réchauffe néanmoins si elle se compresse et se refroidit lorsqu'elle se détend, on parle alors de gain ou perte de chaleur adiabatique.

Au niveau de la mer (niveau 0), où l'on a la totalité de l'atmosphère sur la tête, la pression est la plus forte (1013 mb en moyenne), ce qui fait que l'air est le plus comprimé. En montant, on a progressivement une moindre part de l'atmosphère au-dessus de la tête, et donc la pression diminue. En moyenne, elle n'est plus que de 850 mb à 1500 mètres d'altitude, 700 mb à 3000 mètres, 500 mb à 5500 mètres, 300 mb à 9200 mètres, etc. Ce qui fait que l'air, à ces altitudes, est moins comprimé qu'au niveau de la mer.
Rappel : la pression varie 1 mb tous les 8 m environ

Mouvements ascendants et descendants

Lorsque l'air est réchauffé par le sol ou la mer, celui-ci a tendance à monter, ce sont les mouvements convectifs. En montant, cet air arrive dans des zones à pression moins élevée et se détend donc. Et par conséquent il se refroidit de façon adiabatique. Comme tout l'air ne peut pas monter indéfiniment, il y a des mouvements descendants de compensation. Là, c'est le contraire qui se passe. L'air descendant se trouve confronté à des pressions de plus en plus fortes et se comprime donc, et se réchauffe de manière adiabatique. Ceci contribue également au fait qu'il fait plus chaud à basse altitude qu'à haute altitude.

Cumulus tentant de percer une nappe de stratocumulus
Une illustration de la superposition de couches d'air instable et d'air (un peu plus) stable
Photo : R. Vimos (Août 2006)

Bien sûr, il ne s’agit ici que de l’explication du mécanisme de base. Les mouvements des masses d'air tout comme le réchauffement diurne et le refroidissement nocturne compliquent les choses. La baisse de température avec l'altitude peut être plus ou moins importante, et parfois même s'inverser. C'est là que réside le degré de stabilité ou d'instabilité de l'air et l'enclenchement ou non des mouvements ascendants de l'air.