Une atmosphère dynamique

L'atmosphère terrestre est loin d'être immobile. Tout d'abord, celle-ci tourne en bloc autour de notre planète durant son mouvement de rotation, à la même vitesse qu'elle. On peut alors facilement calculer la vitesse de rotation de la Terre dans les régions équatoriales : la circonférence terrestre étant de 40 000 km, la vitesse est de 1 700 km/h. On se rend donc compte que si la couche d'air dans laquelle nous sommes immergés était immobile, tout ce qui existe à la surface de la Terre serait violemment balayé !... Ensuite, l'atmosphère est parcourue par de très complexes mouvements, aussi bien horizontaux (liés aux différences de pression au niveau du sol) que verticaux (liés aux différences de températures).

Le bilan énergétique de la Terre

Le schéma ci-dessous montre une situation globalement équilibrée entre les entrées et les sorties de flux énergétiques. Cependant, à une échelle plus locale, cela n'est plus le cas : le bilan est tantôt excédentaire (les apports sont supérieurs aux pertes), tantôt déficitaire (les pertes sont supérieures aux apports). Ces variations sont dues essentiellement à deux facteurs : la latitude et l'albédo de la zone concernée.

  Le bilan radiatif du système terre-atmosphère : l'apport solaire a pour base 100, et les diverses destinations de cette énergie sont exprimées en pourcentage. Au final, la quantité d'énergie renvoyée dans l'espace est égale à celle qui est reçue du Soleil. Grâce à l'effet de serre joué par l'atmosphère, notre planète est habitable...

 La circulation générale

Ce sont les courants marins, mais surtout les grands mouvements atmosphériques qui redistribuent la chaleur entre les zones excédentaires et les zones déficitaires.

  Représentation très simplifiée de la circulation atmosphérique générale (hémisphère Nord, hiver)

 La circulation zonale

La circulation générale s'organise en trois grandes bandes zonales par hémisphère : une intertropicale, une tempérée et une polaire; des échanges thermiques se produisent cependant entre celles-ci. Ainsi, la zone tempérée reçoit de l'air chaud et de l'air froid de manière constante.
Pourquoi une telle disposition ? On devrait en effet s'attendre à ce que les échanges thermiques s'effectuent selon des trajectoires méridiennes, étant donné que l'air chaud de la zone intertropicale doit se déplacer vers la zone polaire, et vice-versa. En fait, les principales trajectoires se font dans le sens est-ouest ou ouest-est. Cela s'explique par le fait que la Terre tourne sur elle-même, et donc que ce mouvement de rotation dévie les flux, vers la droite dans l'hémisphère Nord, et vers la gauche dans l'hémisphère Sud : c'est la force de Coriolis. Le jet-stream, ou courant-jet, est ainsi un puissant courant aérien soufflant d'Ouest en Est à plusieurs milliers de kilomètres d'altitude au-dessus des latitudes moyennes.
En fonction de la saison, on observe un glissement en latitude des zones de circulation, correspondant à la position apparente du Soleil dans le ciel. Ainsi, l'hémisphère Nord reçoit par exemple davantage d'air polaire l'hiver, car l'ensemble des bandes s'est décalé vers les basses latitudes. En été, l'air chaud est plus abondant, car la bande intertropicale s'est davantage étendue vers des latitudes plus élevées.

 La circulation verticale

Le schéma ci-dessus met en évidence l'organisation en anneaux verticaux de chacune de ces bandes de circulation. Ces vastes anneaux sont appelés "cellules de circulation", et sont, du Nord au Sud de la planète :
        - la cellule polaire boréale
        - la cellule boréale de Ferrel
        - la cellule boréale équatoriale de Hadley
        - la cellule australe équatoriale de Hadley
        - la cellule australe de Ferrel
        - la cellule polaire australe

Il y a deux sortes de zones de contact entre les cellules :

        - La première : l'air descend vers la surface terrestre. On parle alors de mouvement de subsidence. Cet air, provenant d'une altitude élevée, est lourd et a tendance à se tasser au sol. Cette compression et ce réchauffement entraînent le dépassement du point de saturation et la diminution de l'humidité relative : on parle alors de situation anticyclonique (hautes pressions) et le temps est généralement ensoleillé et sec. Ce phénomène s'observe en particulier au contact des cellules intertropicale et tempérée.

        - La seconde : l'air monte en altitude. On parle alors de mouvement d'ascendance et il se crée un déficit de pression dans les basses couches de la troposphère. Cette détente et ce refroidissement permettent la condensation de la vapeur d'eau contenue dans la masse d'air ascendante et la formation de nuages : on parle dans ce cas de situation dépressionnaire (basses pressions) et le temps est instable et humide. On trouve ce type de phénomène au contact des deux cellules intertropicales (équateur météorologique) et entre les cellules tempérée et polaire (front polaire).

  La circulation atmosphérique générale en janvier

  La circulation atmosphérique générale en juillet