CHAPITRE PREMIER

TEMPÉRATURES DE L’AIR ET DU 801-

Les corps célestes qui entourent notre terre lui envoient des rayons de lumière et de chaleur. Cependant les expériences modernes, et particulièrement celles de Melloni, ont montré que les pouvoirs lumineux et caloriGques ne marchent pas parallèlement, cl que certains corps arrêtent les rayons lumineux en laissant passer les rayons caloriGques, ou réciproquement.

En admettant que les corps célestes rayonnent du calorique vers la terre, ce rayonnement doit être si faible, excepté celui qui provient du soleil, qu’il n'est guère appréciable par nos instruments ordinaires. Cette remarque s'applique même à la lune, malgré sa proximité de notre globe. Son degré d'éclairement devient extrêmement sensible, selon scs différentes positions par rapport au soleil et à notre terre, tandis qu’il faut des instruments d’une grande délicatesse pour mettre eu évidence la faible augmentation dans son rayonnement caloriGque; nous pouvons donc nous borner, dans ce qui concerne la météorologie et la physique du globe, à ne considérer que l’action solaire.

Une première remarque dont nous devons tenir compte, c’est que réchauffement produit par le soleil varie & chaque instant de l’année, avant même que scs rayons aient pénétré directement dans notre atmosphère. Notre globe circule dans une ellipse autour de cet astre ; pendant l’été, nous en sommes le plus éloignés, tandis que le contraire a lieu en hiver : la différence est assez sensible. Voici quels sont les écarts, en prenant pour unité la distance

solaire moyenne et en regardant la chaleur comme réciproque au carré de la distance de l'astre échauffant :

ftlSTABCt O- CïtlEM ftOLillE

Ditfjncc moyenne. .

Périgée (baver ) . .

Apogée (é«é) . .

Ainsi, avant de pénétrer dans notre atmosphère, la différence pour le rayonnement est 1,0543 — 0,9673 = 0,0672; ce qui donne à peu près exactement '/us, c'est-à-dire que le rayonnement solaire, pendant l’hiver, est, pour notre globe, environ ’/ts plus grand que pendant l’été. Cette différence est assez notable pour qu’on doive en tenir compte.

Dans ce qui va suivre, nous commencerons par apprécier quelle est la perte qu’éprouvent les rayons du soleil en traversant notre atmosphère sous un angle plus ou moins grand ; puis nous chercherons comment les rayons calorifiques s’éteignent dans l’intérieur de la terre. Nous aurons suivi ainsi la marche d'un rayon, depuis son origine jusqu'à l’instant de son extinction complète.

PASSAGES UES TEMPÉRATURES A TRAVERS l’aTMOSPHÉRE.

Quand les rayons de lumière et de chaleur pénètrent dans notre atmosphère, ils font une première perte en entrant dans ce milieu, et cette perte va en croissant à mesuré que les rayons se rapprochent de la terre; puis l'extinction entière des variations diurnes et annuelles de la chaleur a lieu à des profondeurs du sol, que l'on peut apprécier avec assez d'exactitude.

Cette dernière branche appartient à la physique du globe, tandis que Ira pertes qui se font dans l'atmosphère concernent plus spécialement la météorologie.

Quand un rayon pénètre verticalement dans notre atmosphère, il perd, disons-nous, une partie de sa force avant d'arriver à la surface de la terre. Cette partie donne lieu à des estimations assez différentes, et prouve que la théorie laisse encore à désirer sous ce rapport. L'appréciimon donne d'après

üougucr p are 0,8123

Pouillct p « 0,75 h 0,82

Leslie p *■* 0,7500

Forbes . p — 0,0850

Qnetelet p = 0,0290 *

Lambert p — 0,5889

TEMPERATURES DE L’AIR ET DU SOL

Ainsi, sur 10,000 rayons de chaleur qui entrent dans notre atmosphère, il n’en reste à lu surface de la terre que 5889, d’après Lambert, tandis que, d’après Bougucr, on peut en compter 8123. La perte, d'après ce dernier physicien, serait donc de 1877 sur 10,000; tandis que, d'après Lambert, elle serait de 1111. Cette dernière valeur est plus que double de la première.

Il convient de dire cependant que la perte de chaleur qu'éprouve un faisceau de rayons en traversant l'atmosphère, n’est pas nécessairement la même dans tous les pays: elle subit l’influence non-seulement des lieux , mais encore de l'époque h laquelle les observations ont été faites. Ainsi rien ne prouve que des séries d’observations faites pendant l’hiver donneront les mêmes résultats que d'autres séries recueillies pendant l'été : ce qui peut diversifier le phénomène, selon les temps et les lieux, n’est, du reste, pas assez bien spécifié.

Si, au lieu de descendre verticalement vers la terre, les rayons calorifiques arrivaient obliquement, la perle serait d'autant plus grande que les rayons auraient une obliquité plus prononcée. On a soumis cette perte à différents calculs : les deux formules qui semblent présenter le plus d’accord sont celles de Lambert et du marquis De la Place. En appelant c les épaisseurs des couches d’air traversées, la formule de Lambert donne :

« = Y h* irlt -+- r*cos a ; — rcosz;

r est le rayon de la terre, A la hauteur de l'atmosphère (') et z la distance zénithale du soleil, qui émet des rayons calorifiques.

D'après le calcul de De la Place, on a

réfraction

58”, 30 X sin. disl. xéniL

En faisant usage de cette formule , on arrive aux résultats suivants, qui ont été calculés par M. Forbes, dans un mémoire Sur la transparence de l'atmosphère, publié dans les Transactions philosophiques de la Société royale de Londres ('). Les nombres de Bougucr sont extraits de son Optique.

(') En prenant pour unité la hauteur de l'atmosphère, on suppose r=8Q dans les applications qui sont faites plus loin.

(«) PuiLOsorincAL Tkausactions or TUE Hovil Socicti or Lo.mkis; i“ partie, in4"; I8ti. On the tr on«parency of the atmosphère and the law of extinction of the sotar raye in paesiny throuyh it; t>y J. Forbes.

Épaisseur des touches d’air pour diverses hauteurs du soleii.

1UCTCCB

DIBTAXCE

sur Ibonion.

■u xèoilb.

De la Pla*r,

Bvuÿurr. ,

ÛO»

If 50

IJ.ISIJ

Un doil à Bouguer d’avoir montré le premier que la lumière et la chaleur, en traversanl les différentes couches d’air, peuvent être représentées, quant à l’intensité, par les ordonnées d’une logarithmique dont les abscisses indiquent les épaisseurs de ces couches. On a donc, en nommant I le degré de température indiqué par un thermomètre ou un actinometre sous la seule influence de la radiation solaire (') :

t est la couche d’air traversée, comme nous l’avons dit, par les rayons du soleil, T et p sont deux constantes que l’on peut déterminer approximativement; quand on fait t' = 0, il v ient I' ■*= T, et, par conséquent, T exprimerait les degrés du thermomètre ou de l’aclinomètre, si l’on pouvait se transporter aux dernières limites des couches atmosphériques.

Si l’on fait e" — I , ce qui répond à l’épaisseur de l’atmosphère dans la direction zénithale, on a l" ■= T p ; cl, par suite, p exprime le rapport de ce qui reste des rayons

C) Traité d'aplii/ue sur la gradation de la lumière, in-t"; Paris, 1760.

TEMPÉRATURES DE L’AIR ET DU SOL

solaires , après avoir traverse notre atmosphère selon la verticale du lieu d'observation : sa valeur est p =•(.

C’est au moyen de la formule ci-dessus, dans laquelle T = SI, 7 et p =• 0,629, que j'ai calculé les nombres inscrits dans les deux colonnes 4 et 6 du tableau ci-après. Les épaisseurs des couches atmosphériques qui entrent dans ces calculs, sont celles qui se trouvent inscrites dons les deux dernières colonnes du même tableau; il faudrait donc admettre que l’actinomèlre, s’il recevait, dans la direction zénithale, les rayons solaires aux confins de notre atmosphère, marquerait 61,7; cl, dans la partie inférieure, ectle quantité serait réduite dans le rapport de 1 à 0,629 , e'est-à-dire que l'actinomctre n’accuserait plus que 32,62.

Pendant l’année 1842 et une partie de l'année 1843, j'ai fait plusieurs séries d’observations qui avaient surtout pour objet de déterminer l'influence des hauteurs du soleil sur l’effet du rayonnement. Les résultats que j’obtins sont imprimés dans la première partie de mon travail sur le Climat de la Belgique ('). Ou les trouvera ci-après avec les résultats calculés par les formules de De la Place et de Lambert. Quoique les données recueillies fussent assez faibles , on remarquera cependant un accord satisfaisant entre la théorie et l'observation. Dans ce premier essai , je ne m’attachai pas encore à déterminer la variation mensuelle, qui devait dépendre d’un plus grand nombre d’observations. La formule que j’ai employée est la suivante :

pour l'épaisseur des couches d’air, j’ai fait usage des deux formules données plus haut.

Influence de la hauteur du soleil tur l'actinométrc et l’épaisseur des couches d’air (18 i2 et 18I3J.

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ACTIMHIftTlir.

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Lambert.

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(*) El dans le tome IV des Annales de l’Observatoire royal de Bruiellesi in-V; 1843.

Sl’R LA PHYSIQUE DU GLOBE.

Je suspendis mes observations pendant l'année 1845, parce qu'il fallut renouveler le liquide de l'instrument; il se trouva d’ailleurs que la force d'absorption calorifique était très-différente de sa valeur première. Je recommençai à observer au mois de mars de la même année 1845, et je continuai mes observations toutes les fois que la pureté du ciel me le permit, pendant les onze années qui suivirent, c’est-à-dire de mars 4845 jusqu'à la lin de 1855.

J'indiquerai les résultats de mes observations analogues aux précédentes. Les nombres ne sont |ias disposés de la même manière : les groupes sont plus distincts: et, en outre, les observations sont en nombre beaucoup plus considérable. Le pouvoir absorbant des deux liquides, enfermés successivement dans le tube, était à peu près, pendant les deux séries d'expériences, dans le rapport de 1,1274 à 1,000: ee qui donnerait pour le cas actuel

< indique, comme ci-dessus, l'épaisseur des coucbcs d’air, cl / le degré de température ou réchauffement qui correspond à cette épaisseur.

Nous emploierons encore les deux formules de Lambert cl de De la Place, pour déterminer l'épaisseur des couches d’air, en faisant dans la première h = 4 et r — 80; et uous calculerons le degré de l'actinomètrc, en substituant aux constantes de la formule /—T/e, les valeurs qui conviennent à l'instrument employé dans la seconde série d'expériences.

Influence de la hauteur du soleil sur l'acliHoinètre et l'épaisseur des couches d’air ( 1815 — 1853 ).

jtirCUN VISON