Le rayonnement terrestre se manifeste de deux façons opposées selon qu'il se produit le jour ou la nuit.
Le jour, le soleil émet un rayonnement plus ou moins intense en fonction de la couverture nuageuse. Si le ciel est complètement dégagé, le rayonnement solaire est très intense et la température augmente donc très rapidement jusqu'en milieu d'après-midi. Au contraire, si la couverture nuageuse est importante, le rayonnement solaire ricoche sur le sommet des nuages et seule une petite partie de ce rayonnement atteint le sol et la hausse de température est donc faible. Les températures sont donc généralement plus élevées par temps clair que par temps couvert et surtout leur hausse est plus importante par ciel dégagé.
La nuit, on parle logiquement de rayonnement terrestre nocturne. Le sol émet en effet un rayonnement vers l'espace. Par ciel dégagé, le rayonnement est important, et à l'inverse de la journée, la température chute facilement et c'est ainsi que l'on peut observer des gelées blanches au printemps ou en automne au petit matin après une nuit claire. Au contraire, par temps couvert, le rayonnement est très faible, les nuages ont un effet couvercle qui empêche la température de baisser de façon importante et il fait donc plus doux.
L'amplitude thermique (différence entre température minimale et maximale) est donc plus beaucoup plus importante par ciel clair, avec des nuits plus froides et des journées plus chaudes, que par temps couvert où les nuits sont douces et les journées plus fraîches.
L'évolution diurne est due essentiellement au réchauffement du sol par le rayonnement solaire.
Elle se produit pratiquement toute l’année, mais surtout au printemps et en été lorsque le réchauffement est plus intense. L’évolution diurne affectionne particulièrement les ciels de traîne ou les conditions de « marais barométrique ».
Ce phénomène s’explique par la hausse progressive de la température au fil de la journée. En effet, l’air surchauffé au niveau du sol s’élève, l’air chaud étant plus léger que l’air froid. En S’élevant, il se refroidit et le phénomène de condensation intervient, d’où la formation de nuages.
Au lever du jour, le ciel est parfaitement bleu. Entre 9 et 12 heures, la température augmente lentement et les premiers cumulus apparaissent, laissant encore une impression de beau temps.
De 12 à 15 heures, la température continue de grimper grâce au soleil et les cumulus prennent de l’ampleur. Ils se transforment alors en « cumulus congestus ». Ces nuages sont déjà aptes à donner quelques averses.
C’est entre 15 et 18 heures que l’évolution diurne atteint son maximum puisque c’est à ce moment de la journée qu’est atteinte la température la plus élevée. Les cumuls peuvent alors se développer verticalement et dégénérer en cumulonimbus et provoquer des averses et des orages.
Autres mécanismes de formation des nuages
Le cumulus, appelé "nuage de beau temps", est fréquemment observé sur nos régions, notamment au printemps et en été. Il est d'aspect cotonneux, a les contours bien définis et une base sombre lorsqu'il est très développé.
Ce nuage se forme sous l'effet du réchauffement solaire que l'on appelle aussi "évolution diurne". En effet, lorsque l'air s'échauffe au niveau du sol, il devient plus léger que l'air environnant et s'élève. En prenant de l'altitude, il se refroidit et si l'humidité ambiante est suffisamment importante, il y a condensation, c'est-à-dire que des gouttelettes d'eau apparaissent, formant ainsi un cumulus. Si ce nuage est appelé "nuage de beau temps", c'est parce qu'il affectionne les zones de hautes pressions ou encore les ciels de traîne après un passage pluvieux.
Il existe toutefois plusieurs types de cumulus :
- Le cumulus humilis, peu développé, qui ne fait que décorer le ciel et laisse une impression de temps ensoleillé;
- Le cumulus médiocris est un peu plus développé mais il ne donne pas de précipitation. Il a pourtant parfois un aspect assez menaçant;
- Le cumulus congestus est plus développé et peut déjà occasionner de petites averses.
- Enfin, le cumulonimbus calvus, à mi-chemin entre le cumulus congestus et le cumulonimbus, est le plus développé des cumulus et provoque des averses plus importantes.
La formation de l'orage
Dans l'atmosphère, lorsque l'air monte et si le refroidissement de l'air est suffisant, la vapeur d'eau qu'il contient va se condenser et donner naissance à un nuage. La vapeur d'eau se transforme alors en gouttelettes d'eau en libérant de la chaleur. Le réchauffement de l'air qui en résulte va renforcer les mouvements ascendants dans le nuage qui devient de plus en plus épais. Son sommet peut ainsi s'élever progressivement jusqu'à atteindre 8 à15 km de hauteur. Le nuage devient alors un puissant cumulonimbus.
Du courant d'air à l'éclair
Au premier stade de développement, la cellule nuageuse qui va donner un l'orage ne comprend que des mouvements ascendants dont la vitesse peut dans certains cas atteindre 160km/h.
Ces mouvements d'air engendrent une accumulation de charges électriques et de gigantesques étincelles commencent à se produire.
La naissance de pluie
Lorsque la taille des gouttelettes d'eau et des cristaux de glace formés dans la partie haute du nuage est trop importante, ils commencent à tomber.
Dans leur chute, les gouttes d'eau entraînent de l'air et créent un courant descendant.
Un générateur électrique…
La terre et son atmosphère se comportent comme un gigantesque condensateur.
En effet, entre la surface de notre planète et l'ionosphère (zone de l'atmosphère située à 80km d'altitude), existe une tension électrique relativement constante. Les orages agissent globalement comme des générateurs électriques, créant un courant dirigé du sol vers le nuage. Ainsi, à chaque seconde, se produisent 1000 à 2000 éclairs qui suffisent à équilibrer ce circuit électrique planétaire
… qui fait des étincelles
Brassées au sein d'un nuage orageux, les particules d'eau et de glace s'entrechoquent avant de suivre des trajectoires différentes. Ces innombrables collisions provoquent l'électrisation du nuage. Il s'ensuit des microdécharges qui se propagent et finissent par établir une liaison électrique entre le nuage et le sol ( et entre nuages) qui forme l'étincelle de l'éclair, génératrice d'un réchauffement intense de l'air. Celui ci se dilate donc très rapidement en créant une onde de choc : c'est le tonnerre. La foudre désigne l'association de l'éclair et du tonnerre.
La brise de mer est un vent qui souffle la journée de la mer vers la terre et qui se produit principalement au printemps et en été, de préférence les jours de beau temps.
En effet, c'est le soleil qui est le principal acteur de ce phénomène. Sous l'effet du soleil, la terre se réchauffe beaucoup plus vite que la mer. L'air chaud étant léger, il s'élève alors en altitude. Pour combler sa place près du sol sur le rivage, c'est l'air frais maritime qui le remplace, d'où un courant d'air venant de la mer le jour. Cet air réalise en fait un circuit : l'air chaud s'élève au-dessus de la terre; une fois en altitude, il se dirige vers la mer pour remplacer l'air frais plus lourd qui descend. Cet air frais se dirige donc vers le rivage où l'air chaud lui laisse la place. Ce phénomène de brise de mer n'intéresse que les premiers kilomètres de côtes, où par conséquent il fait souvent beaucoup plus frais que dans l'intérieur.
Le phénomène inverse de la brise de mer se produit la nuit, et on l'appelle donc la brise de terre.
En cours de nuit, et surtout par ciel clair, la température descend rapidement au-dessus de la terre alors qu'au contraire cette baisse se fait lentement au-dessus de la mer. La mer est en effet un fluide qui se refroidit extrêmement lentement. Cette fois-ci, c'est donc au-dessus de la mer que l'air est le plus chaud. Il s'élève alors puis se dirige alors en altitude vers la terre où il se refroidit. En se refroidissant, il s'alourdit et redescend vers la Côte pour regagner ensuite la mer, d'où une petite brise soufflant cette fois-ci de la terre vers la mer.
Le brouillard est un phénomène silencieux et dangereux qui peut mettre en péril la vie de l'homme moderne. En effet, lorsque la visibilité s'abaisse de manière importante, toute circulation (routière, aérienne, maritime...) peut devenir dangereuse si des précautions ne sont pas prises.
Le brouillard est constitué de fines gouttelettes d'eau en suspension dans l'air, identiques à celles qui constituent les nuages. Il s'agit en fait d'un nuage, un stratus, en contact avec le sol. Le brouillard se présente sous la forme d'un voile opaque, parfois très dense, mais il peut aussi se présenter sous la forme de bancs, circulant à travers les campagnes. En météorologie, on parle de brouillard lorsque la visibilité est inférieure ou égale à 1.000 mètres. Au delà, on parle de brume jusqu'à une visibilité de 5 kilomètres.
Pour se former, le brouillard nécessite un taux d'humidité élevé, permettant la condensation de la vapeur d'eau par un refroidissement ou encore par un apport en humidité. Le vent ne doit être ni trop fort, pour éviter la dispersion des gouttelettes d'eau, ni trop faible pour empêcher leur suspension dans l'air. Il existe plusieurs types de brouillard :
- Le brouillard d'advection, lorsqu'une masse d'air chaud et humide se refroidit par contact avec une surface froide (par exemple en bord de mer lorsqu'un vent faible apporte de l'humidité vers les terres plus froides). Ce type de brouillard est souvent tenace même si la visibilité n'est pas particulièrement réduite.
- Le brouillard d'évaporation lorsque de l'air froid s'humidifie au contact de surface chaude et humide (par exemple au-dessus des fleuves ou des lacs lorsque la température de l'eau est plus élevée que celle de l'air). Ce type de brouillard n'est pas très dense et il se présente souvent sous la forme de bancs.
- Le brouillard de rayonnement, lorsque la baisse de la température en cours de nuit refroidit la masse d'air, d'où condensation. Il nécessite un ciel peu nuageux et un vent faible, et des surfaces dégagées ( champs, clairières dans une forêt, extérieurs des villes). Il se présente sous forme de bancs mais peut aussi se généraliser à de grandes étendues.
- Le brouillard de mélange se produit par le refroidissement d'une masse d'air chaud par mélange avec une masse d'air plus froid. Ce processus est assez limité car plusieurs conditions sont indispensables: un brassage important des deux masses d'air, un fort écart de température entre les masses d'air et une forte humidité. Ce type de brouillard est plutôt rare et peu dense.
- Le brouillard de détente: une masse d'air humide se soulève et se refroidit, par exemple d'une vallée vers une colline, d'où la condensation de la vapeur d'eau.