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Stratification de l'atmosphère
L’atmosphère, l’enveloppe gazeuse de la Terre, se compose d’azote (~ 78 %), d’oxygène (~ 21 %), de vapeur d’eau et d’autres gaz. Le graphique ci-dessous présente l’évolution moyenne de la température dans l’atmosphère. Il montre clairement qu’elle comprend plusieurs couches de caractéristiques différentes.
La masse de l’atmosphère est essentiellement concentrée dans la troposphère. L’air y est chauffé par le rayonnement calorifique émis par la Terre, si bien que sa température moyenne baisse avec l’altitude – et donc avec la distance au sol. Comme l’air froid est plus dense, donc plus lourd que l’air chaud à volume égal, les masses d’air froid se trouvant en altitude descendent pendant que les masses d’air chauffé par la surface de la Terre montent. On nomme convection cet échange vertical turbulent entre couches d’air de basse et de haute altitude. La convection est l’une des principales caractéristiques de la troposphère. C’est à cause d’elle que la météorologie se joue principalement dans cette couche. La troposphère se termine à la tropopause, à une altitude de dix à quinze kilomètres. La température (de -50° C dans le graphique) remonte depuis cette interface avec la stratosphère, ce qui génère une stratification stable dans laquelle les ascendances d’air sont rapidement freinées.
Dans la stratosphère, la température augmente avec l’altitude. La formation d’ozone sous l’effet du rayonnement solaire ultra-violet très énergétique (photodissociation) y chauffe l’atmosphère. Depuis une cinquantaine de kilomètres d’altitude, la température baisse très rapidement dans la mésosphère, à cause de la forte diminution de la concentration de l’air, puis elle remonte notablement dans l’ionosphère et l’exosphère.
La répartition asymétrique des mers et des terres, la rotation de la Terre et l’inclinaison de son axe de rotation génèrent des circulations atmosphériques caractéristiques qui engendrent et contrôlent les échanges horizontaux de masses d’air.