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Les systèmes à haute pression sont des phénomènes atmosphériques fondamentaux qui jouent un rôle critique dans la création et le maintien de climats désertiques à travers le monde. Ces systèmes météorologiques puissants façonnent certains des environnements les plus extrêmes de la Terre, du Sahara en feu à l'arrière australien aride.

Qu'est-ce que les systèmes haute pression?

Un système à haute pression, aussi connu sous le nom de haute ou anticyclone, est une zone proche de la surface d'une planète où la pression atmosphérique est plus élevée que la pression dans les régions environnantes.

La mécanique de la descente de l'air

Les systèmes à haute pression se forment par un processus de subsidence atmosphérique, où l'air descend de plus haute altitude vers la surface de la Terre. L'air devient assez frais pour précipiter sa vapeur d'eau, et de grandes masses d'air plus sec et plus froid descendent d'en haut.

Dans les zones à haute pression, les vents s'écoulent d'où la pression est la plus élevée, au centre de la zone, vers la périphérie où la pression est la plus basse. Ce flux d'air extérieur crée des schémas de circulation distincts qui varient selon l'hémisphère. Les systèmes à haute pression tournent dans le sens des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère Nord et dans le sens des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère Sud.

Types de systèmes haute pression

Tous les systèmes à haute pression ne sont pas égaux. Les zones à haute pression les plus fortes résultent de masses d'air froid qui s'étendent des régions polaires aux régions voisines froides. Ces systèmes à cœur froid sont particulièrement puissants mais tendent à s'affaiblir en se déplaçant sur des plans d'eau plus chauds.

Les systèmes de haute pression subtropicale, qui sont des systèmes de cœur chaud, sont plus pertinents pour la formation du désert. La crête subtropicale est un système de haute pression de cœur chaud, ce qui signifie qu'elle se renforce avec la hauteur.

La circulation atmosphérique mondiale et la formation du désert

Pour comprendre pourquoi les déserts se forment là où ils se produisent, il faut examiner les schémas de circulation atmosphérique de la Terre. La circulation atmosphérique et la situation géographique sont les principaux agents causaux des déserts. L'atmosphère de la planète est organisée en cellules de circulation à grande échelle qui redistribuent la chaleur et l'humidité dans le monde entier.

La cellule Hadley : moteur de la création du désert

Il y a trois cellules de circulation généralisée de l'air montant et s'enfoncer appelé la cellule Hadley, la cellule Ferrel ou Midlatitude, et la cellule polaire. De ces cellules, la cellule Hadley est la plus directement responsable de la création des principaux déserts chauds du monde.

La cellule Hadley opère par un cycle continu de mouvement de l'air. L'énergie solaire qui tombe sur la ceinture équatoriale réchauffe l'air et la fait monter. L'air qui monte se refroidit et son humidité contenue retombe sur les tropiques comme la pluie.

Cependant, l'histoire ne s'arrête pas là. L'air sec continue alors à se propager vers le nord et le sud où il entre en collision avec la cellule de Ferrel et ils s'enfoncent à environ 30 degrés de latitude nord et sud. Cet air descendant est la clé de la formation du désert.

La ceinture subtropicale haute pression

Ce dégivrage de l'air crée des ceintures de haute pression prédominantes le long desquelles les conditions du désert prévalent dans ce qu'on appelle les « latitudes des chevaux ». Le terme « latitudes des chevaux » a des origines historiques liées aux navires à voile, mais aujourd'hui il se réfère aux régions subtropicales autour de 30 degrés au nord et au sud de l'équateur où dominent les systèmes de haute pression.

Environ 30° au nord et au sud de l'équateur, l'air chaud qui s'est levé à l'équateur descend vers la surface de la Terre. Au fur et à mesure que cet air descend, il se compresse et se réchauffe, augmentant sa capacité à retenir l'humidité sans la libérer comme précipitation.

Regardez le nombre de déserts situés le long de la latitude 30°N/S autour du monde (y compris le sud-ouest américain et le Mexique, l'Afrique du Nord et l'Australie).

Pourquoi l'air coule à 30 degrés Latitude

La question se pose : pourquoi l'air coule-t-il spécifiquement autour de 30 degrés de latitude plutôt que de continuer jusqu'aux pôles ? La réponse implique la rotation de la Terre et la conservation de l'élan angulaire.

Près de 30 degrés de latitude, le flux converge et s'accumule, ajoutant du poids à la colonne d'air ci-dessous. Cette masse supplémentaire augmente la pression de surface, créant une ceinture persistante de systèmes haute pression qui cercles le globe dans les deux hémisphères.

De plus, à mesure que l'air se déplace vers l'équateur à haute altitude, l'effet Coriolis le dévie de plus en plus. À mesure que l'air se déplace vers l'équateur à haute altitude, l'effet Coriolis le dévie de plus en plus jusqu'à ce que l'écoulement devienne presque parallèle aux lignes de latitude d'environ 25-30°.

Comment les systèmes à haute pression suppriment les précipitations

La relation entre les systèmes à haute pression et le manque de précipitations est l'un des aspects les plus importants de la formation du climat désertique.

Capacité de réchauffement et d'humidité adiabatiques

Alors que l'air descend dans un système à haute pression, il subit une pression atmosphérique croissante. Cette compression provoque une élévation de la température de l'air par le réchauffement adiabatique, un processus où la température augmente sans addition de chaleur externe, simplement due à la compression.

Alors que cette masse d'air frais s'approche de la surface terrestre sous le bras descendant d'une cellule Hadley, elle se réchauffe, et sa capacité de transport d'humidité augmente. Ceci est crucial parce que l'air plus chaud peut contenir plus de vapeur d'eau que l'air plus frais.

L'air sec descendant frais est réchauffé à mesure qu'il retourne dans la basse atmosphère, ce qui augmente le potentiel d'absorption de l'humidité. Plutôt que de libérer l'humidité à mesure que les précipitations, l'air réchauffant devient en fait capable d'absorber plus d'humidité de la surface terrestre, ce qui permet de sécher davantage l'environnement.

Suppression de la formation de nuages

La formation de nuages nécessite de l'air pour se lever et refroidir, permettant à la vapeur d'eau de se condenser dans les gouttelettes liquides. Dans les systèmes à haute pression, le mouvement dominant est vers le bas, ce qui s'oppose directement aux conditions nécessaires au développement des nuages.

De toute évidence, les vastes zones de l'air qui coulent dans la ceinture des systèmes de haute pression subtropicales ont un impact sur les précipitations, le réchauffement qui en découle décourageant le développement des nuages.

Le facteur de stabilité

L'air en déclin crée une stabilité atmosphérique qui supprime davantage l'activité météorologique. Les alizés qui soufflent dans ces zones sont des vents évaporants, et, en raison de l'inversion du vent en échange, ils tendent à être des zones de subsidence et de stabilité atmosphériques.

Température extrême dans les zones de haute pression du désert

Les systèmes à haute pression n'affectent pas seulement les précipitations, mais créent aussi les conditions de température extrêmes caractéristiques des climats désertiques.

Chauffage intense de jour

Habituellement, un temps juste et sec/chaude est associé à une pression élevée, tandis que des conditions pluvieuses et orageuses sont associées à une pression basse.

La pénurie de vapeur d'eau et le manque de végétation dans ces déserts éliminent les nuages pour bloquer le soleil et le refroidissement par évaporation près du sol pendant la journée, ouvrant la voie à des températures élevées l'après-midi. Sans l'influence modératrice de la couverture nuageuse ou le refroidissement par évaporation de la végétation, les températures de surface peuvent s'élever à des niveaux extrêmes.

Refroidissement spectaculaire de nuit

Les mêmes conditions qui permettent un chauffage intense pendant la journée permettent également un refroidissement rapide la nuit. La nuit, l'atmosphère sèche, souvent sans nuages transmet facilement l'énergie infrarouge à travers l'atmosphère, permettant un refroidissement rapide, et la mise en scène de variations de température diurnes allant jusqu'à 50 degrés Fahrenheit ou plus!

Cette plage de température quotidienne extrême est l'une des caractéristiques des climats désertiques. L'absence de vapeur d'eau dans l'atmosphère signifie qu'il y a peu à piéger le rayonnement infrarouge sortant la nuit, permettant à la chaleur de s'échapper rapidement dans l'espace.

Niveaux d'humidité

L'air descendant dans les systèmes à haute pression crée des niveaux d'humidité exceptionnellement faibles. Au fur et à mesure que l'air se réchauffe par compression, sa capacité de retenir l'humidité augmente alors que la quantité réelle de vapeur d'eau peut rester constante ou même diminuer.

Ces faibles niveaux d'humidité contribuent aux conditions difficiles des environnements désertiques, affectant tout, du confort humain à la survie des plantes. L'air sec augmente également les taux d'évaporation, ce qui rend difficile toute humidité qui arrive à persister dans l'environnement.

Répartition géographique des régions désertiques

En suivant les Tropiques du Cancer et du Capricorne, à trente degrés de chaque côté de l'équateur, vous verrez, distribué avec une régularité suspecte, une bande brune de terres arides qui entourent la planète, une ceinture de séréne qui protège les climats plus verts : les déserts du monde. Ce schéma remarquable reflète l'organisation globale de la circulation atmosphérique.

Principaux déserts subtropicaux

En effet, les déserts de terres chaudes du monde se trouvent principalement dans les ceintures persistantes d'air de naufrage associées aux systèmes de haute pression subtropicales. Les principaux déserts formés par ce mécanisme comprennent:

  • Desert Sahara (Afrique du Nord):[ Les déserts sahraouis et arabes sont principalement situés dans les tropiques. Ce sont des déserts chauds produits par l'air descendant du côté pole vers les cellules d'Hadley, produisant une ceinture de haute pression assez permanente.
  • Désert arabe (Moyen-Orient):[ Une partie de la même ceinture subtropicale haute pression que le Sahara, qui connaît des conditions atmosphériques similaires.
  • Atacama Desert (Amerique du Sud):[ Un des endroits les plus secs de la Terre, influencés à la fois par la haute pression subtropicale et les courants océaniques froids.
  • Outback australien: Ces régions, y compris le désert du Sahara, le désert arabe et l'Outback australien, connaissent de faibles précipitations et des conditions arides.
  • Kalahari Desert (Afrique du Sud): Situé dans la ceinture subtropicale haute pression de l'hémisphère Sud.
  • Deserts de Mojave et de Sonoran (Amérique du Nord): Les conditions constamment chaudes, sèches et ensoleillées des latitudes des chevaux sont la principale cause de l'existence des principaux déserts chauds du monde, tels que le désert du Sahara en Afrique, les déserts arabes et syriens au Moyen-Orient, les déserts de Mojave et de Sonoran dans le sud-ouest des États-Unis et le nord du Mexique.

Déserts intérieurs continentaux

Les déserts d'Asie centrale ne sont pas tous créés uniquement par des systèmes de haute pression subtropicales. Plus au nord, les déserts d'Asie centrale sont aussi causés par une pression élevée persistante, mais ils sont bien clairs des tropiques et beaucoup plus frais. Ces déserts intérieurs continentaux, comme le désert de Gobi, se forment en raison d'une combinaison de haute pression et de distance des sources d'humidité.

Autres mécanismes de formation du désert

Alors que les systèmes à haute pression subtropicales sont la cause principale de la plupart des grands déserts, d'autres mécanismes contribuent également à la formation du désert :

L'air chargé d'humidité s'élève sur les montagnes, il refroidit et libère les précipitations sur les pentes du vent. Au moment où cet air descend du côté opposé, il a perdu la plus grande partie de son humidité et se réchauffe au fur et à mesure qu'il descend, créant des conditions extrêmement sèches.

L'eau froide refroidit l'air au-dessus, empêchant les températures chaudes nécessaires pour les précipitations tout en créant un brouillard fréquent qui fournit un minimum d'humidité aux plantes spécialisées.

La nature semi-permanente des hauts subtropicaux

Ces sommets « subtropicaux » se forment près des franges des tropiques et sont semi-permanents, ce qui signifie qu'ils apparaissent généralement sur des patrons de pression à long terme-moyenne. Comprendre leur persistance et leur mouvement saisonnier est crucial pour comprendre les climats désertiques.

Migration saisonnière

Elle suit la trajectoire du soleil au cours de l'année, s'étendant vers le nord (au sud de l'hémisphère sud) au printemps et reculant vers le sud (au nord de l'hémisphère sud) à l'automne.

La crête subtropicale commence à migrer vers la fin du printemps jusqu'à son zénith au début de l'automne avant de se replier vers l'équateur à la fin de l'automne, en hiver et au début du printemps.

Cellules océaniques et cellules continentales à haute pression

La ceinture de haute pression subtropicale n'est pas uniforme dans le monde. Ailleurs, les cellules de haute pression sont perturbées en une série de cellules locales, notamment sur les océans, où l'air se déplaçant dans le sens horaire autour du côté équatorial de la cellule apporte de l'air chargé d'humidité aux marges orientales des continents.

Caractéristiques climatiques des régions du désert à forte pression

Les déserts formés sous des systèmes à haute pression persistants présentent plusieurs caractéristiques climatiques qui les distinguent des autres environnements.

Les précipitations

Par exemple, le paysage désertique de Monument Valley (au sud-est de l'Utah et au nord-est de l'Arizona) est le résultat d'une précipitation annuelle moyenne d'environ cinq pouces. De nombreux déserts subtropicaux reçoivent encore moins de précipitations, certaines régions du désert d'Atacama ayant des stations météorologiques qui n'ont jamais enregistré de précipitations.

Lorsque des précipitations se produisent dans ces régions, elles surviennent souvent pendant de brèves périodes où la position élevée subtropicale s'affaiblit ou change, permettant ainsi aux systèmes météorologiques d'autres latitudes de pénétrer dans la zone normalement sèche.

Modèles de vent

Ils se caractérisent par un ciel ensoleillé, des vents calmes et très peu de précipitations. Le centre des systèmes à haute pression connaît généralement des vents légers en raison du mouvement descendant de l'air. Cependant, autour de la périphérie de ces systèmes, des vents plus forts peuvent se développer.

Les vents de la mer, qui soufflent des hauts subtropicaux vers l'équateur, sont le résultat direct de cette circulation. Ces vents sont généralement secs et contribuent aux conditions d'évaporation dans les régions désertiques.

Intensité des rayonnements solaires

Le ciel dégagé associé aux systèmes à haute pression permet d'atteindre la surface avec un rayonnement solaire maximal. Combiné à la faible latitude de nombreux déserts subtropicaux, cela donne lieu à certains des niveaux de rayonnement solaire les plus élevés sur Terre. Cette insolation intense entraîne les températures diurnes extrêmes et rend ces régions idéales pour la production d'énergie solaire.

Le rôle de l'effet de la coriolis

La rotation de la Terre joue un rôle crucial dans la formation des systèmes à haute pression et de leurs modèles météorologiques associés par l'effet Coriolis.

Modèles de circulation

Ces résultats découlent de l'effet Coriolis. L'effet Coriolis provoque un déplacement de l'air vers la droite dans l'hémisphère Nord et vers la gauche dans l'hémisphère Sud. Cette déviation crée la rotation caractéristique des systèmes à haute pression.

Dans l'hémisphère Nord, l'air s'enroule dans le sens des aiguilles d'une montre autour des systèmes à haute pression (anticyclones) et dans le sens des aiguilles d'une montre vers les systèmes à basse pression (cyclones).

Impact sur les limites du désert

L'effet Coriolis influence également l'endroit où se trouvent les régions désertiques. La déflexion de l'air qui s'éloigne des hauts subtropicals aide à déterminer l'emplacement des alizés et des omeles, ce qui affecte à son tour le transport de l'humidité et les modèles de précipitations aux marges des zones désertiques.

Stabilité à long terme et changements climatiques

La régularité de ces systèmes de pression signifie que les déserts subtropicaux sont remarquablement stables à l'échelle géologique, bien que le changement climatique perturbe maintenant ces modèles établis depuis longtemps.

Extension de la cellule Hadley

L'expansion de la circulation de Hadley due au changement climatique est liée aux changements des conditions météorologiques régionales et mondiales. Un élargissement des tropiques pourrait déplacer la ceinture tropicale de pluie, étendre les déserts subtropicaux, exacerber les feux de forêt et la sécheresse.

Le déplacement et l'expansion documentés des crêtes subtropicales sont associés à des changements dans la circulation de Hadley, y compris une extension vers l'ouest du haut subtropical au-dessus du nord-ouest du Pacifique, des changements dans l'intensité et la position du haut des Açores, ainsi que le déplacement et l'intensification de la ceinture de haute pression subtropicale dans l'hémisphère Sud, qui ont influencé les quantités de précipitations et la variabilité régionales, y compris les tendances de séchage au-dessus du sud de l'Australie, du nord-est de la Chine et du nord de l'Asie du Sud.

Variations climatiques historiques

Lorsque les calottes glaciaires étendent les ceintures de circulation atmosphérique, elles sont poussées et comprimées vers l'équateur, et elles l'ont fait à plusieurs reprises dans les maxima glaciaires du mode climatique actuel de la glacière. La compression en équateur augmente l'intensité de la circulation atmosphérique et modifie la distribution latitudinale des ceintures climatiques.

Interactions avec les courants océaniques

Les systèmes à haute pression ne fonctionnent pas isolément, ils interagissent avec les modes de circulation océanique pour influencer le climat.

Déserts côtiers à courant froid

Ces courants apportent de l'eau froide le long des côtes ouest de l'Amérique du Nord et du Sud, contribuant aux climats plus secs de l'Atacama et de la Californie centrale et du Sud. La combinaison de courants subtropicaux à haute pression et de courants océaniques froids crée certaines des conditions les plus extrêmes du désert terrestre.

Les courants océaniques froids stabilisent la basse atmosphère, empêchant ainsi le mouvement vertical nécessaire à la formation des nuages et aux précipitations, ce qui renforce l'effet de séchage du système de haute pression qui surplombe, créant des conditions hyperarides le long de certaines côtes.

Couplage océan-atmosphère

La position et la force des systèmes subtropicaux à haute pression influencent les courants océaniques, qui à leur tour affectent les conditions atmosphériques. Ce couplage crée des boucles de rétroaction qui peuvent renforcer ou modifier les climats désertiques à différentes échelles de temps.

Incidences écologiques et humaines

Les systèmes de haute pression qui créent des climats désertiques ont de profondes répercussions sur les écosystèmes et les sociétés humaines.

Adaptations des écosystèmes

La vie dans les zones désertiques à haute pression a évolué de façon remarquable pour faire face à l'extrême aridité, aux fluctuations de température et aux rayonnements solaires intenses. Les plantes ont développé des stratégies de conservation de l'eau, tandis que les animaux ont adapté des mécanismes comportementaux et physiologiques pour survivre avec une eau minimale.

La nature prévisible des systèmes à haute pression permet aux organismes désertiques d'élaborer des stratégies adaptées à des conditions de sécheresse constantes plutôt que de devoir faire face à des régimes de précipitations très variables.

Ressources en eau et agriculture

La compréhension des systèmes à haute pression est essentielle pour la gestion des ressources en eau dans les régions désertiques. La persistance des hauts niveaux subtropicaux signifie que ces zones sont confrontées à une pénurie chronique d'eau, nécessitant une gestion soigneuse des ressources en eaux souterraines et des approches novatrices de l'agriculture.

L'irrigation dans les régions désertiques doit tenir compte des taux d'évaporation élevés entraînés par l'air chaud et sec des systèmes à haute pression. Le ciel dégagé rend également ces régions idéales pour le dessalement à énergie solaire et d'autres technologies de traitement de l'eau.

Planification urbaine et infrastructures

Les villes des régions désertiques doivent être conçues en tenant compte des caractéristiques des climats à haute pression, notamment la gestion de la chaleur extrême, la conception de précipitations minimales et de tempêtes intenses occasionnelles, et la prise en compte des taux élevés d'évaporation dans les infrastructures d'eau.

Systèmes de surveillance et de prévision à haute pression

La météorologie moderne repose sur des outils sophistiqués pour suivre et prédire le comportement des systèmes à haute pression.

Observations par satellite

Les satellites assurent une surveillance continue des systèmes à haute pression, en suivant leur position, leur force et leur mouvement, ce qui est crucial pour la prévision météorologique et la surveillance du climat dans les régions désertiques.

Modèles climatiques

Les modèles informatiques simulent le comportement des systèmes à haute pression et leur rôle dans les modes de circulation mondiaux. Ces modèles aident les scientifiques à comprendre comment les climats désertiques peuvent changer en réponse au réchauffement climatique et à d'autres forçages climatiques.

Contexte du système climatique élargi

La circulation de Hadley est également un mécanisme clé pour le transport méridien de la chaleur, de l'élan angulaire et de l'humidité, contribuant au jet subtropical, aux tropiques humides et au maintien d'un équilibre thermique global.

Transport thermique

Sans mécanisme d'échange de chaleur méridional, les régions équatoriales seraient chaudes et les latitudes plus élevées se refroidiraient progressivement en déséquilibre. La montée et la descente de l'air à grande échelle entraînent une force de gradient de pression qui entraîne la circulation de Hadley et d'autres flux à grande échelle dans l'atmosphère et l'océan, distribuant la chaleur et maintenant un équilibre thermique global à long terme et sous-saisonnel.

L'air descendant dans les zones subtropicales à haute pression représente une partie de ce système de transport de chaleur mondial, qui déplace l'énergie des tropiques vers des latitudes plus élevées et contribue au maintien de l'équilibre énergétique global de la Terre.

Distribution de l'humidité

Le schéma global de précipitations élevées dans les tropiques et l'absence de précipitations aux latitudes plus élevées sont une conséquence du positionnement des branches montantes et descendantes des cellules Hadley, respectivement. Près de l'équateur, l'ascension de l'air humide entraîne la précipitation la plus lourde sur Terre. Le mouvement descendant complémentaire dans les zones subtropicales à haute pression crée les régions les plus sèches du monde.

Applications pratiques et recherche future

Comprendre le rôle des systèmes à haute pression dans la création de climats désertiques a de nombreuses applications pratiques et continue d'être un domaine de recherche actif.

Prédiction météorologique

Il est essentiel de prévoir avec précision le comportement des systèmes à haute pression pour prévoir les conditions météorologiques dans les régions désertiques et adjacentes. La compréhension du moment où ces systèmes renforceront, affaibliront ou changeront de position aide les prévisionnistes à prévoir les vagues de chaleur, les conditions de sécheresse et les précipitations occasionnelles qui se produisent.

adaptation aux changements climatiques

Comme le changement climatique peut modifier la position et l'intensité des systèmes de haute pression subtropicale, il devient crucial de comprendre leur dynamique pour planifier l'adaptation.

Énergies renouvelables

Le ciel clair et le rayonnement solaire intense associés aux zones désertiques à haute pression font de ces régions des lieux privilégiés pour le développement de l'énergie solaire. Comprendre la persistance et la prévisibilité de ces conditions aide à planifier et à exploiter les installations solaires.

Conclusion

Les systèmes à haute pression sont le principal mécanisme atmosphérique responsable de la création et du maintien des principaux climats désertiques du monde. Grâce au processus de descente de l'air, de réchauffement adiabatique et de stabilité atmosphérique, ces systèmes suppriment la formation de nuages et les précipitations tout en créant les plages de températures extrêmes caractéristiques des environnements désertiques.

La ceinture de haute pression subtropicale, formée par la branche descendante de la circulation de la cellule Hadley, à environ 30 degrés de latitude nord et sud, crée un motif remarquablement constant d'aridité qui tourne autour du globe.

La compréhension de ces systèmes permet de mieux comprendre les modèles climatiques mondiaux, d'expliquer la répartition des écosystèmes terrestres et est essentielle pour gérer les ressources en eau, planifier les établissements humains et prévoir comment les régions désertiques peuvent changer à l'avenir.

Pour plus d'information sur les modes de circulation atmosphérique, consultez le Guide de l'Administration nationale de l'océan et de l'atmosphère sur les circulations atmosphériques mondiales. Pour explorer les écosystèmes du désert et leur formation, voir cette ressource complète sur les origines du désert.