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L'atmosphère terrestre comporte quatre couches distinctes, ainsi qu'une couche externe raréfiée pouvant s'étendre jusqu'à 10 000 kilomètres (6 214 milles) de la planète en l'absence de vent solaire. La couche atmosphérique la plus basse est la troposphère et la couche juste au-dessus est la stratosphère. Les différences de pression atmosphérique, de température, de gradient de température, de vitesse du vent et de direction du vent sont parmi les facteurs qui les définissent comme deux couches distinctes.
Une limite changeante
La limite entre la troposphère et la stratosphère s'appelle la tropopause et n'est pas constante. Il est à environ 8 kilomètres du sol aux pôles et environ le double de celui de l’équateur. La tropopause est un isotherme, une région où la température est stable, au-dessous de laquelle toutes les conditions météorologiques des planètes ont lieu. La tropopause marque généralement la limite ultime d'activité des nuages; Au lieu de s'élever au-dessus de cet isotherme, de gros nuages d'orage se propagent généralement horizontalement sous la forme d'une enclume. Certains types de nuages, appelés nuages nacrés ou nacrés, se forment dans la stratosphère, mais généralement uniquement à des latitudes comprises entre 60 et 90 degrés et uniquement en hiver.
Gradients de température
Les phénomènes météorologiques se produisent dans la troposphère, car l'air près du sol est plus chaud que celui des hautes altitudes. Ce phénomène est dû au fait que le sol absorbe et émet de la chaleur du soleil. En raison de ce gradient de température négatif par rapport à l'altitude, l'air chaud peut s'élever et créer un courant de convection qui produit des vents et des nuages. Dans la stratosphère, qui s'étend sur environ 50 km d'altitude, la température augmente avec l'altitude, du fait que la couche d'ozone dans la stratosphère supérieure absorbe les rayons du soleil et émet de la chaleur vers le bas. La tropopause est la région de température constante dans laquelle la direction du gradient change.
Activité du vent
La propension de l'air chaud et chargé d'humidité à monter et de l'air froid à tomber dans la troposphère crée des vents, des nuages et des précipitations. En raison des variations locales de la température et de la pression atmosphérique, ces vents peuvent être irréguliers et parfois extrêmes. Dans la stratosphère, où la pression atmosphérique est beaucoup plus basse et où un plafond d'air plus chaud empêche la formation de courants de convection, les conditions sont plus stables. Il n'y a pratiquement aucune turbulence ici, qui est causée par des mouvements d'air verticaux, et les vents qui existent, bien que puissants, sont stables et soufflent dans une direction horizontale. Les avions commerciaux volent dans la basse stratosphère pour éviter les turbulences.
Pression atmosphérique stratosphérique
La troposphère contient environ 75% des gaz présents dans l'atmosphère et la stratosphère, dont le volume est plus important, en contient environ 19%. La pression atmosphérique dans la stratosphère est donc plus basse: en moyenne, la pression dans la stratosphère n’est que de 10% environ ou moins de la pression au niveau de la mer. La couche d'ozone, située au sommet de la stratosphère, est l'une des caractéristiques les plus importantes de cette couche atmosphérique. En plus de créer un plafond d'air chaud qui empêche la formation de courants de convection, il filtre les rayons ultraviolets du soleil qui pourraient être dommageables pour la vie à la surface.