La convection atmosphérique et l'effet de serre

On vient de voir qu'une première différence essentielle entre la serre et l'atmosphèreatmosphère est que l'atmosphère n'est que partiellement opaque et que cette opacité dépend de la longueur d'onde. La deuxième différence, c'est que l'air peut bouger et transporter de la chaleur depuis la surface vers le haut : c'est la convection atmosphériqueconvection atmosphérique.

Niveau intermédiaire 

Dans cette partie, on précise les échanges d'énergie entre la surface, l'atmosphère et l'espace. Cette fois, il faut tenir compte de tous les échanges de chaleur, c'est-à-dire par convection aussi bien que par rayonnement.

l'effet de serre chauffe-t-il l'atmosphère ou la surface ?

Dire que l'effet de serreeffet de serre chauffe n'est peut être pas très judicieux. En tout cas, il ne chauffe pas l'atmosphère. En réalité, à lui seul, l'effet de serre refroidit l'atmosphère.

Un petit volume d'atmosphère émet de façon isotropeisotrope, c'est à dire qu'il émet la même luminanceluminance dans toutes les directions. Une partie de ce rayonnement est donc émis vers la surface et vient compléter le rayonnement solairerayonnement solaire ou se substituer à lui la nuit. C'est pour cette raison que les nuagesnuages, surtout les nuages bas, rendent les nuits moins fraîches ! Ce rayonnement est mesuré par l'instrument ASSIST.

Bilan énergétique et échanges d'énergie à l'échelle globale dans les conditions actuelles. Les flux d'énergie sont indiqués en W/m2, tout en restant dans les limites de leur marge d'incertitude, ils sont ajustés de façon à clore les bilans individuels. Les marges d'incertitude déduites des observations sont précisées entre parenthèses. (Fifure adaptée de Wild et al (2013) Wild, M., D. Folini, C. Schär, N. Loeb, E. G. Dutton, and G. König-Langlo, 2013: The global energy balance from a surface perspective. Clim. Dyn., 40, 3107-3134). © IPCC Report Graphics - DR

Bilan énergétique de l'atmosphère

En émettant ce rayonnement, l'atmosphère se refroidirait si il n'y avait pas des apports de chaleur non radiatifs. Quand on fait le bilan énergétique de l'atmosphère, on constate qu'elle est fortement déficitaire du point de vue radiatif : elle émet une centaine de W/m² de plus qu'elle n'absorbe.

Ce sont les mouvements convectifsmouvements convectifs qui apportent à l'atmosphère la chaleur manquante depuis la surface. À noter que, sur la figure ci-dessus, le bilan radiatif présente un déséquilibre de 1 W/m² qui résulte de l'augmentation de l'effet de serre.