La météorologie est l’étude de l’atmosphère terrestre et des variations de température et d’humidité qui produisent différentes conditions météorologiques. Certains des principaux sujets d’étude sont des phénomènes tels que les précipitations (pluie et neige), les orages, les tornades et les ouragans et les typhons.
L’importance des événements météorologiques est ressentie de diverses manières. Par exemple, une sécheresse entraîne des pénuries d’eau, des dommages aux cultures, de faibles débits de rivière et un potentiel accru de feux de forêt., En outre, ces effets peuvent entraîner une restriction des déplacements fluviaux, l’infiltration d’eau salée dans les aquifères et les baies côtières, le stress sur diverses espèces végétales et animales, des déplacements de population, des difficultés économiques et même des troubles politiques. L’impact critique du temps sur l’activité humaine a conduit au développement de la science incertaine des prévisions météorologiques.
Le mot météorologie dérive du mot grec meteoron, qui se réfère à tout phénomène dans le ciel. La Meteorologica d’Aristote (340 Av. J.-C.) concernait tous les phénomènes au-dessus du sol., L’astronomie, y compris l’étude des météores, ou « étoiles filantes », est devenue plus tard une discipline distincte. La science de la météorologie s’est finalement limitée à l’étude de l’atmosphère. Divers phénomènes météorologiques sont encore appelés « météores », tels que les hydrométéors (eau liquide ou gelée — pluie, neige et flocons de neige, nuages, brouillard), les lithométéors (particules sèches — sable, poussière ou fumée), les photométéors (phénomènes optiques — halos, mirages, arcs — en-ciel, coronas) et les électrométéors (phénomènes électriques-foudre, feu de Saint-Elme).,
La météorologie moderne se concentre principalement sur les modèles météorologiques typiques observés, y compris les orages, les cyclones extratropicaux, les fronts, les ouragans, les typhons et diverses vagues d’eau tropicale. La météorologie est généralement considérée pour décrire et étudier la base physique des événements individuels. En revanche, la climatologie décrit et étudie l’origine des patrons atmosphériques observés au fil du temps. Plusieurs phénomènes importants, tels que les moussons et l’Oscillation australe El niño, sont pris en compte en météorologie et en climatologie car ils présentent des changements importants sur les échelles de temps saisonnières.,
Portée
L’effort de comprendre l’atmosphère et de ses processus s’appuie sur de nombreux domaines de la science et de l’ingénierie. L’étude des mouvements atmosphériques est appelée météorologie dynamique. Il utilise des équations décrivant le comportement d’un fluide compressible (air) sur une sphère en rotation (la Terre). Une complication importante dans cette étude est le fait que l’eau dans l’atmosphère change d’avant en arrière entre solide, liquide et gaz de manière très complexe. Ces changements modifient grandement les équations utilisées en météorologie dynamique.,
La météorologie physique, ou physique atmosphérique, traite d’un certain nombre de domaines d’étude spécialisés. Par exemple, l’étude des nuages et des diverses formes de hydrometeors implique des enquêtes sur le comportement de l’eau dans l’atmosphère. L’étude du transfert radiatif concerne la source d’énergie fondamentale qui entraîne les processus atmosphériques, à savoir le rayonnement solaire, et la manière dont l’énergie rayonnante en général est utilisée et dissipée dans l’atmosphère., D’autres disciplines spécialisées traitent des phénomènes impliquant la lumière (optique atmosphérique) et le son (acoustique atmosphérique).
Certaines branches de la météorologie sont définies en termes de taille des phénomènes étudiés. Par exemple, la micrométéorologie est principalement l’étude des interactions à petite échelle entre le niveau le plus bas de l’atmosphère et les surfaces avec lesquelles elle entre en contact. La météorologie à méso-échelle traite des phénomènes de taille intermédiaire-orages et vents de montagne, par exemple., La météorologie synoptique s’intéresse à des processus plus importants tels que les systèmes à haute et basse pression et leurs fronts, et ainsi de suite jusqu’à l’étude de la circulation atmosphérique globale pour des échelles de temps de quelques jours. La prévision météorologique, l’aspect prédictif de la météorologie, découle de ces disciplines.
D’autres branches de la météorologie se concentrent sur les phénomènes dans des endroits spécifiques, tels que les zones équatoriales, les tropiques, les régions maritimes, les zones côtières, les pôles et les montagnes. La haute atmosphère est également étudiée séparément., D’autres disciplines se concentrent sur la prise d’observations avec des technologies particulières, y compris la radio, le radar et les satellites artificiels. La technologie informatique est largement appliquée, y compris la prévision numérique du temps, l’analyse interactive des données et les systèmes d’affichage.
Le comportement chimique de l’atmosphère, étudié en chimie atmosphérique, a rapidement pris de l’importance en raison de changements involontaires causés par l’homme dans la composition moléculaire de l’atmosphère., Les changements dans les concentrations d’ozone (et de la couche d’ozone) et de dioxyde de carbone, ainsi que l’augmentation des niveaux de pluies acides, ont dépassé le stade des problèmes locaux pour devenir des problèmes régionaux ou mondiaux.
Les études météorologiques sont menées conjointement avec plusieurs domaines liés à l’environnement. Ces inclure l’aéronautique, l’agriculture, l’architecture, la balistique, de l’écologie, de l’énergie, de la production, de la foresterie, de l’hydrologie, de la médecine et de l’océanographie., Beaucoup de ces domaines connexes ont simplement besoin de déterminer les effets du temps à un moment et à un endroit particuliers, mais certains — l’hydrologie et l’océanographie, par exemple — affectent également les événements météorologiques en modifiant les conditions atmosphériques à la surface de la Terre.
Développement de la météorologie moderne
Les origines de la météorologie se trouvent dans les observations qualitatives de la météo locale et la spéculation., Dans l’ensemble, le travail d’Aristote a é tà © la rà © fà © rence standard dans les pà © riodes antiques et mà © dià © vales, jusqu’à ce que Renà © Descartes, Galilà © e Galilà © e, et d’autres commencent à remplacer la spà © lection par des observations instrumentales au début du 17Ãme siÃcle. Les instruments nécessaires à la réalisation de ces mesures — le baromètre, l’hygromètre et le thermomètre — ont été développés entre 1650 et 1750 environ., Les travaux théoriques et expérimentaux correspondants comprenaient les lois du mouvement, du refroidissement et de la réfraction de Sir Isaac Newton; les travaux de Blaise Pascal, Edme Marriotte, Robert Hooke, Edmund Halley et d’autres sur l’hypsométrie (mesure précise des altitudes); les travaux de Robert Boyle sur les gaz; et ceux de Halley, George Hadley et Jean Le Rond d’Alembert sur Au siècle suivant (1750 -1850), les thermomètres ont été standardisés, Benjamin Franklin a étudié la foudre, John Dalton a jeté les bases de la mesure de l’évaporation et de l’humidité et Luke Howard a classé les nuages., Après 1800, des particuliers et des institutions publiques ont commencé à collecter des observations météorologiques.
Après que la flotte française a été endommagée par une tempête pendant la guerre de Crimée (1853-56), de sérieuses tentatives ont été lancées en Europe occidentale et en Amérique du Nord pour collecter simultanément des données météorologiques à partir de nombreux endroits au moyen du télégraphe récemment inventé (1837). Le développement d’horloges fiables a permis l’enregistrement continu des observations. La tasse et les anémomètres de pression ont été inventés, et l’électricité a été exploitée pour enregistrer les lectures d’instruments., Plus tard, des ballons, des cerfs-volants et des avions ont été utilisés pour transporter des instruments météorologiques à travers la troposphère, la couche la plus basse de l’atmosphère terrestre, dans la stratosphère, la deuxième couche atmosphérique la plus basse, qui a été découverte, nommée et décrite peu après 1900. Les observations systématiques en haute altitude ont commencé dans les années 1920 après le développement de radios à piles suffisamment légères pour être transportées par des ballons. La collection de rapports sur la haute atmosphère au-dessus de vastes zones a fourni une description plus complète de l’atmosphère, y compris des caractéristiques telles que le courant-jet.,
La thermodynamique, développée à partir du milieu du XIXe siècle, a fourni une composante majeure dans l’ensemble des formules décrivant les mouvements et les transformations atmosphériques. Au cours du siècle de 1850 à 1950, la météorologie synoptique était la branche dominante, avec un ensemble de principes physiques plus fondamentaux remplaçant des règles empiriques éparses. Vers 1920, l’école de Bergen, dirigée par Vilhelm Bjerknes et son fils Jacob, a synthétisé ces idées dans la théorie du front polaire des cyclones, y compris des concepts clés tels que les fronts et les masses d’air.,
La météorologie dynamique moderne est née en 1948, lorsque Jule Charney a réussi à réduire les équations dynamiques complètes (énoncées pour la première fois par Vilhelm Bjerknes en 1904) à une forme simple mais utile. Le développement simultané de l’ordinateur numérique a permis à la méthode de Charney d’avoir un grand impact pratique, car elle a permis aux prévisions météorologiques d’être basées sur une solution approximative des équations dynamiques en fonction du temps.
Depuis 1948, les technologies de télédétection de l’atmosphère se sont multipliées., En 1950, le radar avait été développé au point où il pouvait être utilisé pour délimiter les nuages par leurs gouttelettes d’eau en suspension et indiquer ainsi la structure interne des orages, en particulier les orages. À partir du milieu des années 1960, des unités radar qui mesurent le décalage Doppler ont été développées pour fournir également des informations sur la vitesse. Après 1960, les satellites ont commencé à fournir des observations détaillées de la Terre entière.,
La première activité gouvernementale soutenue en météorologie aux États-Unis a eu lieu en 1870, lorsque le Congrès a demandé à l’armée d’organiser un service météorologique pour prévoir les tempêtes sur les Grands Lacs et les côtes. Après deux décennies sous le Corps des signaux, cette activité a été transférée à un nouveau Bureau météorologique civil du ministère de l’Agriculture parce que les agriculteurs étaient particulièrement préoccupés par les prévisions météorologiques à venir et les tendances climatiques à long terme., Un demi-siècle plus tard, le besoin croissant des aviateurs d’observations fréquentes et de prévisions à court terme a conduit au transfert du bureau au département du Commerce. En 1965, le Weather Bureau est devenu une partie de la nouvelle Environmental Science Services Administration (ESSA), avec la climatologie séparée dans le nouveau Environmental Data Service (EDS); cinq ans plus tard ESSA a été abandonné et le bureau est devenu le National Weather Service, une partie de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).,
Météorologie contemporaine
Le domaine de la météorologie est de plus en plus informatisé et automatisé à mesure que les scientifiques cherchent la meilleure façon d’utiliser le flot d’observations à partir d’une grande variété d’instruments traditionnels et nouveaux. Par exemple, le traitement rapide des données radar Doppler est crucial pour maximiser le temps d’alerte pour les tornades et autres phénomènes météorologiques locaux graves. La préparation des observations pour une utilisation dans de grands modèles de prévision numérique globale, le « timestepping » de ces modèles et le traitement de la sortie résultante sont trop laborieux pour n’importe quel ordinateur, sauf les plus puissants., Le développement du World Wide Web a ouvert une toute nouvelle gamme d’options pour diffuser les données et les informations prévisionnelles qui en résultent d’une manière qui est encore à l’étude.
Les États-Unis ont investi dans d’importantes nouvelles générations de systèmes d’observation, notamment le réseau radar WSR-88D (Weather Surveillance Radar-1988, Doppler), des GO stabilisés à trois axes et des capteurs micro-ondes en orbite terrestre basse. Les capteurs satellites actifs, tels que le scattéromètre, qui peut mesurer la vitesse du vent à la surface de l’océan, sont poussés à l’état opérationnel., Parallèlement, la fusion des sources de données existantes à l’aide de systèmes informatiques devrait accroître l’utilité de toutes les sources de données, anciennes et nouvelles.
Une grande partie de ces informations sont transmises dans le monde entier sur le Système mondial de télécommunications, organisé par l’Organisation météorologique mondiale dans les limites des contraintes commerciales, de sécurité nationale et logistiques de certains pays. À leur tour, quelques centres dans le monde développent de grandes simulations de modèles informatiques à partir des conditions observées et envoient les prévisions météorologiques résultantes à travers le réseau., Deux de ces centres sont les National Centers for Environmental Prediction (Suitland, Md.) et le European Centre for Medium-Range Weather Forecasting (Bracknell, Angleterre).
une Autre forme de coopération internationale est vu dans divers programmes de recherche. Par exemple, le Global Energy and Water Exchange Program cherche à développer des observations et des théories révélant le cycle de l’énergie et de l’eau à travers l’atmosphère terrestre, les océans, la surface terrestre et la cryosphère. La Mission de mesure des précipitations tropicales est une mission conjointe des États-Unis.,- Satellite de recherche japonais lancé en 1997 comme « pluviomètre volant » au-dessus des régions tropicales. Cette coopération internationale est cruciale pour faire face à des phénomènes à l’échelle mondiale.
par George J. Huffman