Séquence 4: Le bilan radiatif terrestre

Séquence 4: Le bilan radiatif terrestre

Le bilan radiatif terrestre

Quels sont les paramètres qui déterminent la puissance solaire reçue par la Terre ?

Activité 1

Comment expliquer la différence entre la puissance solaire reçue au sommet de l’atmosphère et la puissance solaire absorbée par le sol ?

Activité 2

Activité 3

Quelle est l’origine de l’effet de serre ?

Activité 4

Bilan radiatif

en images

En cas de difficulté pour répondre aux questions posées, il suffit de passer sur les liens indiqués. Le mieux étant de ne pas en avoir besoin.

Activité 01

Quel sont les paramètres qui déterminent la puissance solaire reçue par la Terre ?

1. En prenant appui sur le schéma ci-dessous, retrouver par le calcul la valeur de la constante solaire (en W.m-2) au niveau de la Terre.

2. Comparer les valeurs des constantes solaires de la Terre, Vénus et la Lune et conclure sur le paramètre qui détermine la valeur de la constante solaire d’une planète.

3. A partir de la valeur de la constante solaire, déterminer la puissance solaire (en W) qui atteint effectivement la Terre. 4. En déduire la valeur de la puissance solaire moyenne reçue sur une surface d’un mètre carré de la sphère terrestre. 5. Cette valeur dépend-t-elle du rayon r de la Terre ? Justifier la réponse.

Activité 02

Comment expliquer la différence entre la puissance solaire reçue au sommet de l’atmosphère et la puissance solaire absorbée par le sol ?

1. Rappeler les valeurs limites en longueur d’onde du domaine visible et faire apparaitre sur le doc 1.b. les domaines de longueur d’onde UV, visible et IR.

2. Identifier le domaine de longueurs d’ondes pour lequel l’absorption par les gaz atmosphériques est minimale. 3. Identifier le gaz qui est responsable de l’absorption dans le domaine UV et celui qui joue le rôle le plus important dans l’absorption par l’atmosphère. 4. L’absorption par l’atmosphère de la puissance solaire reçue est estimée à 20%. Ce phénomène permet-il d’expliquer à lui seul la différence entre les valeurs citées en introduction ? Justifier la réponse par un calcul.

5. Sur un schéma de la Terre et son atmosphère représenter par des flèches les puissances surfaciques (en W.m-2) reçue, absorbé et réfléchie. 6. Estimer la valeur de l’albédo moyen de la Terre. 7. En déduire la valeur de la puissance solaire surfacique qui est réfléchie. 8. Montrer que la puissance surfacique solaire absorbée par les continents et les océans correspond bien à la valeur (170 W.m-2) annoncée dans l’introduction.

Activité 03

Quelle est l'origine de l'effet de serre ?

1. En considérant que la Terre est assimilable à un corps noir, déterminer la valeur de la longueur d’onde qui correspond au maximum d’émission.

2. Préciser le domaine des IR auquel elle appartient.

Remise des copies

Mettre au propre le travail sur la séquence 4 (jusqu'à la question 2 de l'activité 3) et le remettre au professeur mardi 8 février

3. Expliquer pourquoi la vapeur d’eau atmosphérique est un contributeur majeur de l’effet de serre. 4. Identifier le pic d’absorption du dioxyde de carbone qui montre qu’il s’agit bien d’un Gaz à Effet de Serre. 5. Expliquer la différence entre l’effet de serre et le phénomène d’absorption dont il est question dans l’activité 2. 6. Expliquer la différence de température observée entre la Terre et la Lune alors que l’albédo de la Lune a une valeur de 0,07.

7. Calculer la puissance surfacique reçue de l’atmosphère par le sol qui correspond à l’ « effet de serre »

La température moyenne constante de la surface terrestre (15°C) est le résultat d’un équilibre dynamique entre : - l’absorption du rayonnement solaire reçu - la réflexion d’une partie du rayonnement solaire (albedo) - l’émission IR de la surface terrestre - l’absorption par l’atmosphère de ce rayonnement IR (effet de serre) 1. Utiliser les résultats de l’activité précédente ainsi que la question 4 de l’activité 2 pour compléter le schéma ci-dessous :

La température moyenne constante de la surface terrestre (15°C) est le résultat d’un équilibre dynamique entre : - l’absorption du rayonnement solaire reçu 342 W/m² (Act 1_Q4) - la réflexion d’une partie du rayonnement solaire (albedo) 102 W/m² (Act 2_Q6) - l’émission IR de la surface terrestre 390 W/m² (Act 3 doc 4) - l’absorption par l’atmosphère de ce rayonnement IR (effet de serre) 150 W/m² (Act 3 Q7) 1. Utiliser les résultats des activités précédentes pour compléter le schéma ci-dessous :

1. Utiliser les résultats des activités précédentes pour compléter le schéma ci-dessous :

2. Calculer le bilan radiatif terrestre et vérifier qu’il est équilibré.

340 - 100 = 390 - 150

3. Expliquer pourquoi on dit que cet équilibre est dynamique. 4. Décrire les effets respectifs sur la température de surface de la Terre d’une variation de l’albédo et de l’effet de serre.

4. Décrire les effets respectifs sur la température de surface de la Terre d’une variation de l’albédo et de l’effet de serre.