IG
Tableau 80.
Moyennes diurnes de l'humidité relative.
Date
Neuchâtel 488 m
Chaumont 1128 m
Beatenbeig 1150 m
Gâbris
Rigi
suivant nous donnons d'après M. Billwiller pour chaque jour les écarts du baromètre à 7^ A, M. aux moyennes du mois à Genève et au StBernhard. Les moyennes de décembre 1879 ont été pour Genève 737,0 et pour St. Bernhard 564,5 mm. (Tab. 81.)
On voit que la pression était relativement plus haute au St Bernhard qu'à Genève du 16 au 26 décembre, c. à. d. pendant le temps qu'a duré l'inversion de la température et la grande sécheresse de l'air aux sommets des Alpes. M. Billwiller remarque que cet excès de pression aux stations supérieures est trop grand, pour être expliqué de la dilatation de l'air échauffé. Or, la cause en doit être dynamique. Dans un autre mémoire (i)
(i) Die verticale Temperatarvertheilung innerhalb baroraetrischer Maximal- (iebiete zu verschiedenen Jahreszoiten. — Met. Zeitschr. 1881, p. 89.
Tableau 8i.
Date
Genève m.m.
St. Bernhard m.m.
Date
Genève m.m.
St. Bemhard m.m.
M. Billwiller a donné de nombreux exemples de ce phénomène, et il a bien constaté que l'excès de la pression est notablement plus grand aux stations supérieures qu^aux stations inférieures quand le centre d'un maximum barométrique est situé auydessus des Alpes,
Dans ce mémoire M. Billwiller a étudié plusieurs maxima barométriques qui ont passé au dessus des Alpes en i88o. La même inversion de la température a été retrouvée toujours. Cependant, en été elle est seulement observée pendant la nuit. Au milieu du jour quand le sol est fortement échauffé le phénomène disparaît. P. ex. le i6 juillet on a observé les températures suivantes à 7*^ A. M., i^ et 9*^ RM.
Altstâtten . . .
Gâbris ....
Neuchâtel . . .
Chaumont . . .
Il y a une inversion de la température à 7** du matin seulement. Mais pondant la nuit elle devient bien marqué, comme on le voit par les températures miniina suivantes.
— ii6 — Tableau 83.
JuiUet 14
Neuchâtel min 9®.9
Chauraont » 12 .6
Clermont > 15
Puy-de-Dôme » 12
17 Jî
IG
Nous nous sommes étendus assez longuement sur les observations de décembre 1879, mais il est bien rare que les phénomènes dont il s'agit se présentent avec une telle netteté et les recherches faites alors sont par conséquent fondamentales. II fut donc bien constaté qu'il 7 a toujours, à l'exception des jours d'été, une inversion de la température avec la hauteur dans l'intérieur d'un anticyclone, les plaines et surtout les vallées étant plus froides et les sommets plus chauds qu'à l'ordinaire. Par les recherches de M. Hildebrandsson (voir Tab. 74, p. 107) il a été aussi établi que cette inversion a lieu principalement sur le versant occidental, ou à l'ouest du centre d'un maximum, et de plus, qu'au-dessus d'une dépression la température décroit avec la hauteur plus vite qu'à l'ordinaire.
Cette inversion de la température pendant les hautes pressions a été plus tard constaté par des observations de même nature faites indépendamment en plusieurs pays, surtout par les observations intéressantes de M. Clayton en Amérique, (i) et du Rév. P. Marc Dechevrens à Zi-Ka-Wei en Chine. {2)
Nous donnons ici les beaux résultats trouvés par le P. Dechevrens en calculant pour les hivers la température moyenne correspondante à chaque pression barométrique observée à la même station. (Tab. 84.)
(i) Publiées dans le journal Américain Science, août 1886.
(2) L'inclinaison des vents avec un appendice sur les courants verticaux dans les cycloneb. — Zi-Ka-Wei 1886, et Sur les variations de température observées dans les cyclones. — Zi-Ka-Wei 1887.
Tableau 84.
Zi-Ka-Wei
Tshang-kia -tchouang
Clermont
Puy-de
-Dôme
Pic du Midi
Pikee Peak
M. le P. Dechevrens en tire les conclusions suivantes : ^ Durant le passage d'une dépression atmosphérique comptée à partir des plus hautes pressions qui la précèdent immédiatement jusqu'au mu nimum barométrique observé à son centre, la température de l'air subit des variations qui sont de sens opposés au niveau de la mer et dans les couches supérieures à une altitude d'environ 1000 à 2000 mètres. Les froids sont le partage des plaines dans les hautes pressions; ils sont propres aux montagnes dans le centre de la dépressiom^.
Le P. Dechevrens a depuis ce temps publié plusieurs mémoires sur cette question, (i) Aussi à Taide des cartes du Bulletin International de Paris et d'autres documents il prouve »que normalement la température s'élève dans un cyclone et s'abaisse dans un anticyclone, mais que ce n'est pas au centre des basses
(i) Les variatîoos de la température de Tair dans les cyclones et leur cause principale. — Memorie délia Pontif. Accad. dei Nuovi lincei. T. XIV. 1898. — Deux mémoires différents intitulés: Les variations de température de l'air dans les tourbillons atmosphériques et leur véritable cause. — Revue des «juestions scientifiques. Louvain 1898 et 1899.
— ii8 —
pressions qu'on observe le maximum de température, ni au centre des hautes pressions qu'on trouve le minimum de température», résultats tout-à-fait d'accord avec ceux trouvés ailleurs (voir plus haut p.p. 8i — 87). Il se plaiAt que ses résultats n aient pas été apréciés par les météorologistes autant qu'ils l'auraient mérité. S'il y en est ainsi, cela vient probablement de son explication théorique de ces faits si bien observés, explication qu'on ne peut guère admettre.
>L'étude suivie et attentive», dit-il, »des cartes du temps m'a confirmé dans l'opinion que je m'étais faite dès 1886 des mouvements généraux de l'atmosphère dans les cyclones et des conséquences qui en résultent pour la température de l'air dans le sens vertical. J'ai dit à cette époque: 1° que l'air descendant dans Tanticyclone, en sort en courants divergents et que c'est à cette divergence principalement qu'il faut attribuer le froid habituel à ces systèmes de hautes pressions — 2° que Tair ascendant dans le cyclone y arrive en courants convergents et que c'est à cette convergence principalement qu'il faut attribuer la température relativement élevée propres à ces systèmes de basses pressions. Comme conséquence immédiate encore de ces mouvements généraux j'ai avancé qu'au-dessus de 1200 à 1500 m d'altitude la dispersion des masses élevées dans le cyclone devait avoir pour conséquence un abaissement de la température, tandis qu'au-dessus de l'anticyclone l'accumulation des masses d'air appelées à y descendre devait y produire une augmentation de chaleur.» Il a reproduit à diverses reprises cette explication, et dans son mémoire le plus récent (1899, p. 23) il ajoute: »Un tourbillon dans lequel, pour une raison ou pour une autre, les concentrations pour le cyclone, les expansions d'air pour l'anticyclone, perdent de leur intensité première, surtout si elles viennent à cesser presque absolument, est apte aussitôt à prendre la température contraire à celle qui lui convient à l'état normaU.
Évidemment cela n'est pas, comme dit l'auteur, »une application des plus simples des lois de la thermodynamique», au contraire il est en opposition directe avec ces lois. Si les courants convergents à la base d'un cyclone s'échaufiaient de cette manière il faudrait {3^ ils fussent comprimés. Au contraire en réalité ils sont dilates étant aspirés ve^s une pression plus basse. On sait que
— IIQ —
Ferrcl a Considéré le refroidissement catisé par cette dilatation en traitant la théorie des Tornades et des trombes. Dans les grands cyclones ce refroidissement est inappréciable étant masqué par d'autres circonstances causant une élévation de température, mais dans les Tornades et les trombes avec leur gradients énormes c'est précisément ce refroidissement par dilation qui est la cause de la condensation de la vapeur d'eau qui s'étend jusqu'à la surface terrestre.
M. Dechevrens combat l'opinion qui attribue en partie à leur lieu d'origine la température des vents différents. iDans un tourbillon, où toutes les masses sont brassées, les courants n'ont pas», selon lui, »à proprement parler de lieu d'origine; ils dérivent les uns des autres tout naturellement, et acquièrent une température en rapport avec la part qu'ils prennent au tourbillonnement d'ensemble». Selon notre opinion on ne peut pas admettre que le même air soit mené en cercle tout autour le centre d'un minimum en Europe, où les dépressions ont souvent un diamètre de plusieurs degrés. L'air rasant le sol monte rapidement en haut Nous avons aussi vu plus haut (p. 86) comment la distribution de la température selon les gradients différents varie avec les saisons selon les variations dans la direction des isothermes.
D a comparé aussi pour plusieurs stations les variations de la température, de la pression et de la nébulosité en hiver. De là il a trouvé que pendant les plus grands froids accompagnés d'une haute pression le ciel est souvent parfaitement couvert, et il en conclut que la radiation terrestre n'est pas la vraie cause du refroidissement de l'air. Mais on sait que par un froid intense la plaine et les vallées sont couvertes d'un brouillard ou de nuages très bas, mais assez élevés cependant pour que l'observateur à une station basse doive noter »ciel couvert». Mais à une station un pou plus élevée le ciel est à ce moment tout à fait clair. Des recherches nombreuses, faites surtout en Autriche, (i) ont prouvé que le froid est toujours intense pendant le régime d'un maximum barométrique dans les fonds des vallées fermées, à quelque hauteur qu'elles soient situées, et qu'elles sont alors remplies ordinairement de brouillard rappelant un lac.
(i) Voir Met. Zeitschr. 1870, p. 518; 1876, p. i et 132; 1880, p. 78; etc.
Enfin le P. Deschevrens parait négliger systématiquement lefiFet de Pécran de vapeur quand il n'y a pas de nuages. Nous ne pouvons pas partager cette opinion. Sans discuter des expériences de physiques nous citons seulement ici le fait climatologique bien connu que la variarion diurne de la température dépend à un haut degré de la quantité de vapeur d'eau présente en atmosphère. Par exemple M. Strachey{\) a calculé les différences A de la température à 6*^,30 P. M. et à 6^,30 le matin suivant, pour des tensions difi^érentes de la vapeur d'eau, T, pendant les nuits parfaitement claires à Madras:
T 22,4 18,0 15,4 11,0 mm.
De même M. J. R, Sutton(2) a trouvé pour des nuits sereines à Kimberley la relation suivante entre l'humidité relative, P, à 8*» P. M. et la différence de la température à 8^ P. M. et à minuit, A.
A ioO,3
L'influence de la vapeur d'eau sur la variation de la température est en effet très évidente.
M. Hann^i) a trouvé la même relation entre la pression et la température pour les sommets autrichiens Sonnblick et Schafberg pendant l'hiver 1886—87. (Tab. 85.)
Tableau 85.
àSbHcrm'mj •••• 500.x 515.5 523.. 520.
Température correspondante:
Sonnblick — 16^4 — 15M - IRô — 7".7
Schafbeig — 9^0 — 6^6 — 2«.8 + Va
(i) On the action of arjueons vapour on terrestrial radiation. — Philos Mag. T. 32. i866, p. 84.
(2) Aqueous vapour aud température. — Symons Met Mag. 1895, p. 104.
(3) Resultate der meteorologischen Beobachtungen auf dem Sonnblick (3090 m). Januar und Februar 188;. — Meteor. Zeitschr. 1887.
au-deasos
de 70
Ainsi là haut une baisse barométrique est accompagnée d'une baisse thermométrique.
Nous ne discuterons pas ici les objections faites par M. Allen Hazen et d'autres. L'objection la plus grave est celle de M. Hann(\) lui même. »Les températures basses», dit-il, (p. lo), »qui, selon les calculs de M. Dechevrens et de moi-même, accompagnent les basses pressions aux sommets des Alpes signifient en effet seulement qu'il existe aux sommets mêmes une telle concordance entre les températures et les hauteurs barométriques. Mais on sait que la pression barométrique sur un sommet est elle même une fonction de la température des couches inféri* eures, et il en suit qu'une baisse barométrique est, au moins en partie, une suite d'une baisse de la température». Nous avons vu plus haut que M. Kôppen a prouvé que le centre d'une dépression est en haut déplacé vers le coté le plus froid.
M. Hann a donc calculé l'effet d'une baisse de la température moyenne / d'une colonne d'air de la hauteur h sur la pression barométrique b au point supérieur par la formule
db=:-^.dt,
oii T est la température absolue de la colonne. (2) Pour le Sonn-
blick on a
db = ^ --Î-— . dt — 0,64 dt,
2700 étant la hauteur du Sonnblick au dessus des stations de la plaine. Pour la hauteur absolue au dessus de la mer 3093 m on trouve 0,73 . dt.
Par conséquent une baisse barométrique d'un millimètre au sommet du Sonnblick corresponde à une baisse de la température moyenne des couches inférieures de i®,6 à peu près.
Mais en l'hiver 1886—87 M. Hann avait trouvé qu'une baisse de 20 mm avait été accompagnée d'une baisse thermométrique de 8^,7. Évidemment cette baisse de 20 mm est beaucoup trop
(2) Ueber die Beziehung Zwichen Luftdruck- und Temperatur-Variationen auf Berggipfeln. Meteorol. Zeitschr. 1888, p. 7.
(i) Cette formule a été indiquée par M. Hann déjà en 1879. Met Zeitschr.
grande pour qu'elle puisse être Teffct crun refroidissement de 8^;; même si toute la colonne d*air avait été refroidie à cette température ce qui est impossible, cela aurait donné 5,5 mm tout au plus.
Ainsi, la baisse de la température ne suffit pas à expliquer la baisse barométrique. Or, il s'agit d'un effet dynamique: la baisse de la température est V effet de la dilatation de Voir avr dessus du régime d'un minimum barométrique.
En effet, M. Hann a calculé les températures moyennes correspondantes aux différentes pressions barométriques à la surface de la mer pour les stations Sonnblick (3093 m), Sântis (2500 m), Obir (2044 m), Ischl (467 m). Zell am See (745 m) et Laibach (298 m), pour Tannée oct. 1886 — sept. 1887.
Nous donnons ci-dessous les résultats pour Thiver (Dec, Janvier et Février) et pour l'été (Juin, Juillet et Août).
Tableau 86.
Pression de l'air au niveau do la mer miliim.
Températures à T*- A. M.
Sonnblick
Santis
ZellamSce Ischl
Obir
I^ibach
Hiver
On voit qu'en hiver sur les sommets les plus hauts, Sonnblick et Sântis, la température la plus élevée arrive avec les plus hautes pressions, tandis que les vallées ont en même temps le plus grand froid. La plus haute pression est même accompagnée de la même
température moyenne à 7'^ A. M. sur le Sonnblick et dans la vallée Zell ani See. Celle-ci, comme Ischl et Laibach, ont des températures qui baissent régulièrement quand le baromètre monte. Sur les sommets les températures sont en hiver les plus basses à une pression intermédiaire.
En été la plus basse pression correspond partout à la température la plus basse. Ou voit immédiatement par le tableau précèdent, qu'en été toute la masse d'air depuis le sol jusqu'à une hauteur plus grande que celle du Sonnblick a une température beaucoup plies basse pendant le régime d'un cyclone que pendant celui d'un anticyclone. Par conséquent, la différence de température, ou de poids spécifique de l'air n'est pas la cause de la pression basse dans les minima et haute dans les niaxima. Cette différence de pression dépend donc de causes dynamiques.
Ce résultat important, étant de nature a renverser le fondement do presque toutes les théories admises(2) jusqu'ici relativement la formation et la propagation des dépressions barométriques devait être appuyé par des preuves plus directes.
M. Ha7in les a données. Dans un mémoire classique (i) il a discuté les observations faites pendant le maximum du 14 au 23 novembre 1889 et le minimum du i®' octobre de la même année. (PI. III hors texte.)
Déjà le 6 novembre un maximum régnait sur l'Atlantique et
les côtes de la France et de l'Angleterre. Il resta dans cette
position jusqu'au 10 novembre en s'étendant peu à peu vers le
centre de l'Europe. Au 12 le centre était sur les Alpes de la
Suisse et de l'Autriche, et il restait presque immobile pendant
13 jours. La carte ci-jointe fait voir les isobares moyennes du
14 — 23 novembre. Les observatoires des sommets du Sonnblick
et de rObir se trouvaient dans la région centrale entourées de
Fisobare 780 mm an niveau de la mer. Comme à l'ordinaire il
régna à la surface terrestre une température beaucoup plus bjisse
([lie la moyenne du mois. La moyenne des joui-s en question à
(i) Das Luftdruck Maxmum vom November 1889. Mémoires de TAcad. Jnip. et Roy. des Sciences à Vienne, 1890.
(2) 11 faut en excepter celles qui ont été prononcées en Fi-ance depuis les travaux de l'observatoire de Paris (1864) et suivant lesquelles les cyclones sont des tourbillons formés dans les courants généraux de Tatmosphore.
7*^ du matin était -|- i® à Turin, Florence, Zurich, Prague, Vienne et Szegedin, + 2» à Kieff et St. Pétersborg, + 3<> à Rorae et Beriin. Dans les vallées alpestres, à une altitude de 400 m environ, près du centre de Tanticyclone, la température moyenne était à peu près — 2®. Le tableau suivant contient les observations faites à 12 stations de montagne, et les dernières colonnes donnent les pressions barométriques et les températures réduites à la hauteur de 2500 m.
Tableau 87.
Stations
«Quant.
de nuages
Réd. à 2500 m
Pic du Midi
So
Puy de Dôme ....
Sa
Si Bemhard ....
NEo
St Gotthard ....
No •
Schneeberg (Tirol) . .
El
Sàntis
Wo
Wendelstein
SSEo
Schaf beig
Wi
Sonnblick
NNEi
Obir
Nî
Schneeberg (Autriche).
WSWo
Schneekoppe ....
WNWs
On voit immédiatement par ce tableau deux choses importantes: i^ le centre du maximum barométrique qui régnait à la surface terrestre se retrouvait aussi à la hauteur de 2500 m au-dessus des Alpes et 2^ il y avait une inversion des températures de l'air avec la hauteur. En effet, la température moyenne dans les vallées était, comme nous Tavons dit, environ — 2^^ et à 2500 m elle n'était que — 1^ à peu près, sauf à quelques sommets situés vers les bords de l'anticyclone.
Ce maximum était remarquable à un autre point de vue. Le sol était encore sans neige, même dans les vallées alpestres, et sa température ne baissait que sous Tinfluence du maximum qui
J. Hann: /soàanes iruHfens ^u. ^i-23 NovJ889.
puir.
J. ff£uut.- /s&6aMs xicb ^^ Ocio&re /S89
— us —
s'approcha graduellement de l'océan. Par conséquent il est impossible cette fois d'admettre que le refroidissement du sol couvert de neige ait causé le maximum barométrique. Au contraire, immédiatement avant la hausse barométrique la terapératui-e avait été considérablement au-dessus de la moyenne, et c'était la radiation à travers l'air pur et très sec, qui a causé le refroidissement du sol.
En effet, il régnait presque dans toutes les stations une sécheresse très grande. Seulement sur le sol fortement refroidi il se formait une mer de brouillard d'une épaisseur relativement petite. Voici quelques exemples:
Tableau 88.
Stations
dite
Tension mm
Hum. Relative
(moyenne)
Chaamont Genève . .
Glarus . . .
Wendelstein Munich . .
Sonnblick . .
Ischl. . . .
L'air froid et humide qui couvrait le sol à une hauteur, qui ne dépassait guère quelques centaines de mètres, était bien limité à sa surface supérieure qui formait en même temps la surface de la mer de brouillard. Elle subit des oscillations lentes et les stations situées justement à cette hauteur, comme Heiden à l'altitude de 8oo m au dessus de la mer, près du Lac de Constance, montrèrent des variations brusques de température. On notait à cette station — i^ quand elle était enfoncée dans le brouillard, et immédiatement après -j-5® quand le niveau de la mer brumeuse s'était abaissé au-dessous de la station. De telles variations brusques ont été observées plusieurs fois à d'autres
occasions. Les observations faites à Trogen (890 m) par M. Wanner pendant le grand maximum qui régnait sur la Suisse en décembre 1869 sont très intéressantes à cet égard.
Tableau 88.
18G9, G dôc. . 7»'A.M. Midi PP.M. 2" 3* 4" 5" 6^ 7*
Temporature. . -f7°.8 +10*2 +10^0 — 4'.6 +4^3 -|-4°.i —4^3 -|-8°.8 — 4".5
Humidité 7o. . 40 30 30 100 85 41 100 29 96
Le 26 février 1892 pendant un temps analogue on observa — 14^,5 au bord de la rivière, le Fyris, à Upsal, — 13% à Pobservatoire à une hauteur de 24 m et — 4^,0 au château quelque mètres plus haut mais justement au dessus de la couche mince de brouillard.
Pendant le maximum qui nous occupe Tanomalie thermique était environ — 3® aux stations basses entre Genève et Vienne et presque partout aux sommets les plus hautes -|- 8^, c'est à dire une différence de 11^ entre les sommets et les plaines. Mais comme la couche froide n'avait qu'une épaisseur de 300 à 500 m il est évident que la masse d'air située entre le sol et une hauteur de 3100 m avait en moyen une température de 6^ au dessus de la moyenne. Par conséquent il faut que la haute pression et le mouvement descendant soit V effet de causes dynamiques. Le poids spécifique de l'air, étant plus petit qu'à l'ordinaire, aurait dû produire un mouvement ascendant cyclonique.
Les dépressions barométriques passent rarement au dessus des Alpes. Cependant au i®' octobre 1889 une grande dépression, couvrant toute la partie centrale de l'Europe, (PL IIL) avait son centre exactement au-dessus de cette régions. Les températures moyennes du i°* octobre étaient les suivantes. (Tab. 89.)
Comme dans les recherches antérieures la plus grande anomalie se trouve vers les hauteurs de 1700 m.
Tableau 89.
Stations
Altitude mètres
Température
Anoroalio
Rremsmiimter .
Salzburg . . .
ZeU am See . .
Baaris ....
Kolm Saigum .
Schafberg . . .
Schmittenhôhe . Scheeberg (Tirol) Sonnblick . . .
D'après ce tableau et le précèdent M. Hann a calculé les températures suivantes.
Tableau 90.
Altitude (Hectomètres) ... 5 10 15 20 25 30 35
Cyclone du 1 octobre . . . +7^9 +5®.i +2°.3 -0^6 — 3".4 —6^2 — 9".i
Anticyclone du 19—23 nov. — 2°.7 4-6^3 +4".4 4-2^6 +0".G — r.3 — 3«.2(i)
De là il trouve pour la température moyenne d'une colonne d'air entre 500 et 3500 m de hauteur
minimum du 1" Octobre — 0°.6
maximum du 19 — 23 Novembre + l°.6
Ainsi Vair dans le maximum était plus chaud que Vair dans le minimum.
En réalité la différence est plus grande encore, car pour le minimum il a employé les températures moyennes du jour et pour le maximum les températures à y'^ du matin. De plus le maximum est arrivé un mois et demi plus tard, c'est à dire pendant une saison plus froide.
(i) M. Omond a recomment prouvé que cette anomalie de la température est la cause principale de la variation dans la hauteur d'une montagne calculoe par la formule bai'omôtrique. Évidemment la température moyenne de la colonne d'air diffère alore considérablement de la tempémture moyenne de la base et du sommet. — (Change of température with height during anticyclones on Ben Nevis, and at some continental stations. -— Journal of the Scottish Met. Soc., ser. III. V. XI. N" XIII, p. 65.)
M. Hann conclut de ces recherches que les cyclones et les anticyclones sont produits par des causes dynamiques, par les grands mouvements de l'atmosphère, et non par des différences thermiques des masses d'air mises en mouvement, ces différences étant elles mêmes Pefiet des mouvements ascendents et descendants dans les cyclones et dans les anticyclones. Cet important travail a apporté un appui très considérable à ceux qui soutiennent comme presque tous les météorologistes français depuis Marié-Davy, SonreL de Tastes, etc. que les cyclones sont des tourbillons formés dans les courants généraux (voir T. L Chap. VI).
