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Le gradient de température désigne généralement la quantité de variation de température de l'atmosphère avec l'altitude. Il s'exprime généralement en °C/100m (variation de température en degrés Celsius par 100 mètres de gain d'altitude). On le détermine à l'aide de sondages de températures effectué par un ballon-sonde que l'on représente sur un émagramme. Entre 0 et 10000 m (troposphère) le gradient moyen est d'environ 0.6°C / 100 m (la température baisse de 60°C entre 0 et 10000 m). Cependant la variation de température est irrégulière et localement on observe rarement ce gradient. La troposphère se divise plutot en couches horizontales ayant chacune son propre gradient de température. Dans la plupart de ces couches le gradient de températures est négatif, c'est à dire que la température diminue avec l'altitude, mais dans certaines couches il peut aussi être nul ou positif (température constante ou augmentant avec l'altitude). On parle alors de couches d'inversions (de température).

On utilise aussi le terme gradient de température lorsqu'on parle de la baisse de température d'une particule d'air ascendante en raison de la diminution de pression avec l'altitude. Il s'agit dans ce cas d'un phénomène thermodynamique reproductible en laboratoire. On distingue en particulier le gradient adiabatique sec (0.98°C/100m) et le gradient pseudo-adiabatique humide (ou saturé) (0.5 à 0.8°C/100m). L'effet de foehn est du à la différence entre ces deux gradients.

Gradient pseudo-adiabatique saturé, table approximative de la FAA
-40°C -20°C 0°C 20°C 40°C
1000 hPa 0,95°C 0,86°C 0,64°C 0,43°C 0,3°C
800 hPa 0,94°C 0,83°C 0,6°C 0,39°C
600 hPa 0,93°C 0,79°C 0,54°C
400 hPa 0,91°C 0,73°C
200 hPa 0,86°C

Une particule d'air ascendante est refroidie par détente adiabiatique selon le gradient adiabatique de l'air sec. Une fois le niveau de condensation atteint, elle est refroidie par détente pseudo-adiabiatique (pseudo- parce que la condensation dégage de la chaleur et le processus n'est plus strictement adiabatique) selon le gradient saturé. La comparaison de la valeur du gradient de l'atmosphère et des gradients adiabatiques permettent de déterminer si la masse d'air est stable ou instable.