MASTER 2ème année (M2) Océan, Atmosphère, Climat et Observations ...

èmeMASTER 2 année (M2) Océan, Atmosphère, Climat et Observations Spatiales Université Pierre et Marie Curie Ecole Normale Supérieure Ecole Polytechnique Ecole Nationale Supérieure des Techniques Avancées Ecole des Ponts ParisTech 
 Cours C6 – Nuages et précipitations 6 ECTS 
 Responsable 
:
Hélène
Chepfer
(chepfer@lmd.polytechnique.fr) 
 
 Les
nuages
constituent
la
trace
visible
du
cycle
de
l’eau
dans
l’atmosphère.
Il
régulent
la
 vapeur
d’eau,
conditionnent
les
précipitations
et
interagi ssent
avec
le
rayonnement
 (solaire
 et
 tellurique),
 avec
 la
 surface,
 la
 chimie,
 la
 pollution,
 …
 Ils
 sont
 ainsi
 les
 principaux
régulateurs
du
climat
de
la
Terre.
 
 Dans
 ce
 cours,
 nous
 décrirons
 différentes
 facettes
 des
 nuages
 :
 leurs
 propriétés
 physiques
 (mic ro
 et
 macro
 physiques) 
;
 leurs
 modes
 de
 formation,
 maintenance,
 dissipation
 en
 lien
 avec
 la
 dynamique
 atmosphérique 
;
 leurs
 interactions
 avec
 le
 rayonnement 
;
leur
rôle
dans
la
régulation
du
climat
de
la
Terre.
Nous
présenterons
 également
quelques
éléments 
d’observation
et
modélisation
des
nuages
à
différentes
 échelles
spatio ‐temporelles.
 
 
 1
cours
de
2h
est
complété
par
une
séance
de
TD
de
2h. 
 
 Cours
1 
:
Intro duction
 Structure
de
l’atmosphère 
;
échelles
(synoptique,
méso ‐échelle,
convective) 
 Types
de
nuage s
et
caractéristiques 
:
Nuages
bas,
moyens,
hauts,
orographiques
 
 Notions
de 
thermodynamique
 de
l’atmosphère
(Equilibre
Hydrostatique,
 Transformation
adiabatique,
Air
humide/air
saturé,
stabilité/instabilité
verticale,…). 
 Notions
de
dynamique
de
l’atmosphè re
(Force
de
Coriolis,
Forces
de
pression,
Equilibre
 géostrophique,
vent
thermique,…) 
 
 Cours
2 
:
Microphysique
des
Nuages 
 Microphysique
des
nuages
chauds 
 Microphysique
des
nuages
froids 
 Processus
microphysiques 
:
nucléation,
diffusion
de
 vapeur,
collection ,
fragmentation,
 sédimentation,
mélanges
de
phases 
(interactions
entre
ces
processus) 
Les
caté gories
d 
‘eau
nuageuse :
vapeur,
liquide,
liquide
précipit ant,
glace,
glace
 précipitant 
 
 Cours
3 
:
Nuages
et
R ayonnement
 Rayo nnement
solaire
et
tellurique 
(Fonctio n
de
Planck,
Loi
de
Stephan,… )
 Interactions
rayon nement
 –
particules
nuageuses 
:
prop riétés
optiques
des
particules
 nuageuses 
 Equation
de
transfert
radiatif
dans
l’atmosphère 
 Effet
d’albédo
et
effet
de
serre
des
nuages 
 
 Cours
4 
:
Dynamique
des
nuages 
 Les
m écanismes
de
formation
 et
dissipation
 des 
:
 
 1)
cumulus
et
cumulonimbus 
(5‐25km) 

 2)
syst èmes
nuageux
convectifs
méso ‐échelle
(qques
100km
,
6 ‐12h) 
 3)
nuages
stratifiés 
(brouillard,
stratocumulus
marins,
cirrus) 

 
 Cours
5 
:
Nuages
et
Climat 
 Notion
de
força ge
(naturel,
anthropique)
 ‐
Notion
de
rétroaction 
 La
sensibilité
climatique
des
nuages
et
de
la
vapeur
d’eau 
 Les
nuages
au
cœur
des
incertitudes
de
prévision
d’évolution
du
climat
global 
 
 Cours
6
:
Observer
les
nuages
et
les
précipitations 
 Les
capteurs
in ‐situ
pour
observer 
les
particules 
nuageuses
 
 La
télédétection
passive
(radiomètre),
active
(lidar,
radar),
pour
observer
les
nuages
et
 leurs
propriétés
radiatives 
 Les
vecteurs 
:
sol,
avion,
satellites
(orbite) 
 

 Cours
7
 :
Modéliser
les
nuages
et
les
précip itations
 La
description
des
nuages
et
précipitations
dans 
les
 modèles
 de
météorologie
régionale 

 La
description
des
 nuages
 et
précipitations
 dans
les
modèles
 climatiques 
globaux
 
 
 Cours
8
:
Quelques
exemples
de
questions
ouvertes
sur
les
nuages
 
 Nuages
de
 glace
et
vapeur
d’eau
dans
la
haute
troposphère 
 Petits
cumulus
fractionnés
dans
les
régions
océaniques
tropicales 
 …
 
 Cours
9
(séminaire) 
:
 Les
évènements
extrêmes
de
précipitations 
:
impacts,
prévisibilité 
 
 
 Travaux
pratiques
(séances
de
8h) 
 H.
Chepfer
et
 J.C.
Dupont 
 
 TP1
:
Observation
des
nuages
par
télédétection
active
(lidar/radar)
sur
le
SIRTA 
 Manipulation
d’instrument s
et
acquisition
(4h) 
 Analyse
et
traitement
des
observations
(4h) 
 
 TP2
:
Observation
des
nuages
par
satellite
en
télédétection
passive
(P ARASOL
ou
 MODIS) 
Ecriture
de
l’équation
de
transfert
radiatif
simplifiée
pour
ce
capteur,
principe
des
 méthode s
de
restitution
des
variables
nuages
(2h) 
 Traitement
et
analyse
des
observations
(6h) 
 
 TP3 
:
Modélisation
simple
de
la
sensibilité
de
la
températ ure
d
‘équilibre
de
la
 Terre
aux
propriétés
nuageuses 
 Définition
d’un
modèle
conceptuel
simple
de
l’équilibre
radiatif
de
la
Terre
(2h) 
 Programmation
numérique
de
ce
modèle,
et
étude
de
sensibilité
aux
propriétés
 nuageuses
(6h) 
 
 TP4
:
Modélisation
numériqu e
et
observations
routinières
des
nuages
à
partir
de
 la
plateforme
COSY
(modèle
WRF,
observations
SIRTA) 
 Comparaison s
statistiques
modèles
 –
observations. 
 
 
 Hélène
Chepfer 
 est
 enseignant
 chercheur
 à
 l’Université
 Pierre
 et
 Marie
 Curie.
 Ses
 activités
de
rech erche
visent
à
mieux
comprendre
le
rôle
des
nuages
dans
le
système
 climatique.
Elle
est
spécialiste
en
modélisation
du
transfert
radiatif
dans
l’atmosphère,
 modélisation
des
propriétés
optiques
et
radiatives
des
nuages,
et
analyse
d’observations
 des
nuages 
par
télédétection. 
 Elle
a
participé
à
la
préparation
et
à
l’exploitation
scientifique
de
plusieurs
missions
 spatiales
françaises
et
américaines
(POLDER,
PARASOL,
CALIPSO,
MODIS/CERES)
ainsi
 qu’au
développement
du
Site
Instrumenté
Régional
de
Télédétection 
Atmosphérique
 (SIRTA),
et
à
plusieurs
projets
Européens
dédiés
à
l’étude
des
nuages. 
 Elle
est
membre
de
l’équipe
InTro
 
du
Laboratoire
de
Météorologie
Dynamique
de
 l’Institut
Pierre
Simon
Laplace
( http://www.lmd.polytechnique.fr/intro/ )