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Microclimat

( Apprenez comment et quand supprimer ce message ) Une petite dépression du terrain qui crée une cavité de gel, en raison de conditions atmosphériques localisées. Un microclimat...

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Une petite dépression du terrain qui crée une cavité de gel, en raison de conditions atmosphériques localisées.

Un microclimat désigne les conditions atmosphériques localisées dans la couche superficielle, incluant l'air immédiatement au-dessus d'une surface ainsi que les milieux souterrains (sol et eau) peu profonds. Sa taille peut varier de quelques mètres à quelques kilomètres. Il se caractérise par des différences persistantes et mesurables entre les conditions climatiques et celles des zones environnantes. Ces différences peuvent être subtiles ou marquées selon l' évolution diurne (jour-nuit) ou saisonnière .

Les surfaces associées aux microclimats comprennent des matériaux naturels et artificiels, sur terre comme sur l'eau.

Les microclimats sont directement liés aux processus météorologiques et climatiques. Ces processus peuvent être façonnés ou influencés par divers facteurs, tels que la topographie , la composition du sol , la structure de la végétation et la diversité végétale , ainsi que la masse des objets environnants, naturels ou artificiels.

Les microclimats étant des systèmes hyperlocaux , des instruments scientifiques et des pratiques exemplaires prenant en compte la physique du transfert de chaleur et la mesure des températures de l'air dans les microclimats sont nécessaires pour obtenir des résultats précis.

Les applications importantes des connaissances en microclimat comprennent l'agriculture et l'ingénierie microclimatique, l'impact du changement climatique , la planification du reboisement et la gestion de l'énergie.

Échelles climatiques

Le climat est généralement décrit comme une hiérarchie d’échelles spatiales emboîtées et interdépendantes. Comprendre l’échelle à laquelle le climat est mesuré et les relations entre les classifications apporte un contexte important.

Un macroclimat est le climat d'une vaste région, couvrant généralement une superficie de plusieurs centaines à plusieurs milliers de kilomètres. Il est déterminé par de grandes tendances atmosphériques. Les mésoclimats sont inclus dans le macroclimat et sont définis par la topographie et les caractéristiques de la zone. Leur superficie varie de quelques dizaines à plusieurs centaines de kilomètres. Les microclimats sont présents à des échelles beaucoup plus petites et sont principalement contrôlés par les propriétés de la zone et les échanges d'énergie.

À mesure que l’échelle spatiale diminue du macro au micro, l’influence des surfaces locales, de l’ombre, de l’obstruction du vent et de l’humidité présente devient dominante et a une influence significative sur les propriétés météorologiques associées.

Des microclimats se produisent au sein de la couche limite planétaire , qui est le niveau le plus bas de l'atmosphère directement influencé par la dynamique à la surface de la Terre.

Les fougères arborescentes prospèrent dans une zone de vallon protégée des Jardins Perdus d'Heligan , en Cornouailles , en Angleterre, à la latitude 50° 15'N.

Causes des microclimats

Des microclimats se développent lorsque la température et l'humidité sont modifiées par des échanges de chaleur, d'humidité et d'air entre la surface de la Terre et l'atmosphère.

Ces conditions atmosphériques localisées résultent des différences d'ensoleillement, de chaleur, de vent et d'humidité près de la surface. Le relief, la végétation, le sol, l'eau et les aménagements humains contribuent à façonner et à modifier ces conditions.

processus physiques directs

Les processus physiques fondamentaux qui créent directement des variations microclimatiques sont :

Facteurs environnementaux contribuant à façonner les microclimats

Ce schéma conceptuel illustre comment l'altitude du terrain, la végétation et la masse des bâtiments peuvent créer des conditions abritées qui influencent les propriétés atmosphériques locales telles que la température, le vent et l'humidité.

Outre les processus physiques directs, certaines caractéristiques de l'environnement peuvent influencer le développement et la persistance des microclimats.

Comment mesurer les microclimats

La mesure des microclimats présente des défis qui ne se posent pas pour l'observation des conditions atmosphériques régionales à plus grande échelle. Les conditions environnementales varient souvent considérablement sur de courtes distances en raison des différences d'ombrage, de relief, de végétation et de nature des matériaux de surface. Les mesures sont également très sensibles à l'emplacement, à l'exposition et à la conception même du capteur. Les capteurs de température enregistrent leur propre température physique, qui peut être influencée par leurs matériaux, les échanges thermiques et l'exposition au rayonnement solaire. Les instruments placés au-dessus de la couche limite peuvent être soumis à des conditions différentes de celles du microclimat observé. Compte tenu de ces difficultés, la mesure précise des microclimats exige un positionnement judicieux des capteurs, une protection contre les rayonnements et une analyse approfondie des données d'observation.

La météorologie à micro-échelle est le domaine scientifique qui étudie les processus atmosphériques responsables de la formation des microclimats. Elle s'intéresse aux processus qui se produisent à des distances allant de quelques centimètres à quelques kilomètres, soit les mêmes échelles auxquelles les microclimats existent. Ce domaine fournit les méthodes et les techniques permettant une mesure précise des microclimats.

La résolution spatiale est un concept clé pour comprendre la mesure des microclimats. Les conditions environnementales pouvant varier considérablement sur de très courtes distances, l'observation des microclimats repose souvent sur un réseau de capteurs plus dense que celui des stations météorologiques conventionnelles. Ces réseaux permettent d'observer plus précisément la variabilité atmosphérique localisée. Parmi ces réseaux météorologiques, on peut citer les mésonets et les micronets, composés de stations météorologiques automatisées mesurant la température de l'air, l'humidité, le vent et le rayonnement solaire. Les observations sont généralement transmises à intervalles fréquents, souvent toutes les quelques minutes. La proximité des capteurs et la fréquence d'échantillonnage élevée fournissent les données à haute résolution et à fine échelle nécessaires à la caractérisation des microclimats.

La surveillance environnementale consiste en la collecte systématique de données au fil du temps afin de comprendre les conditions environnementales et d'en détecter les changements. En surveillant en continu le microclimat, elle permet aux chercheurs d'observer les fluctuations quotidiennes et saisonnières. Ceci révèle comment les microclimats réagissent aux variations des conditions environnementales.

Importance des microclimats

L'étude des microclimats apporte des informations importantes dans de nombreux domaines scientifiques et appliqués en aidant les chercheurs à comprendre comment les conditions environnementales localisées influencent les systèmes naturels et les systèmes créés par l'homme.

Exemples de microclimats

La surface d'une zone industrielle aménagée peut différer considérablement de celle d'un parc boisé voisin, car la flore naturelle des parcs absorbe la lumière et la chaleur par ses feuilles, lumière que le toit d'un bâtiment ou un parking renvoie dans l'air.

En milieu urbain, les immeubles de grande hauteur créent leur propre microclimat, à la fois en projetant de l'ombre sur de vastes zones et en canalisant les vents forts vers le sol. L'influence du vent autour de ces immeubles est évaluée dans le cadre d'une étude microclimatique.

Le terme « microclimat » peut également désigner des environnements créés spécifiquement à cet effet, comme ceux d'une pièce ou d'un autre espace clos. Dans les musées, les microclimats sont couramment créés et soigneusement maintenus. Ceci peut être réalisé par des méthodes passives, telles que le gel de silice , ou grâce à des dispositifs actifs de contrôle du microclimat.

Généralement, si les régions intérieures connaissent un climat continental humide , les régions côtières bénéficient de hivers beaucoup plus doux, contrairement aux étés plus chauds. C'est le cas, par exemple, en Colombie-Britannique , où Vancouver connaît un hiver océanique humide avec de rares gelées, tandis que les régions intérieures, où les températures estivales sont en moyenne supérieures de plusieurs degrés, connaissent des hivers froids et neigeux.

cratères

La présence de pergélisol près de la surface dans un cratère crée un environnement microclimatique unique.

grottes

Les grottes sont des formations géologiques importantes qui peuvent abriter des environnements géologiques et biologiques uniques et fragiles. La grande majorité des grottes sont composées de carbonates de calcium, comme le calcaire . Dans ces milieux de dissolution, de nombreuses espèces de faune et de flore trouvent refuge. La teneur en eau de l'atmosphère, la pression atmosphérique, la géochimie de la roche et les déchets produits par ces espèces contribuent à créer des microclimats uniques au sein des réseaux de grottes.

L'effet spéléogénétique est un processus observé et étudié de circulation de l'air dans les grottes, induit par la convection. En milieu phréatique , les parois des grottes sont exposées à l'air ambiant (contrairement au milieu vadose où elles sont immergées et en contact avec l'eau de la nappe phréatique ). Cet air entraîne la circulation de particules d'eau qui se condensent sur les parois et forment des spéléothèmes . Cette condensation contribue à l'érosion des parois et à la formation de reliefs. On peut observer ce phénomène sur les parois calcaires de la grotte Giusti , une grotte thermale près de Monsummano , à Lucques, en Italie. Tout processus entraînant une augmentation ou une diminution des paramètres physico-chimiques a un impact sur l'environnement. La densité de l'air dans les grottes, directement liée aux processus de convection, est déterminée par la température, l'humidité et la pression atmosphériques. Dans les grottes, l'introduction de bactéries, d'algues, de plantes, d'animaux ou l'intervention humaine peuvent modifier ces paramètres et, par conséquent, le microenvironnement. Il existe plus de 750 grottes dans le monde ouvertes à la visite. Le passage constant des visiteurs dans ces milieux souterrains peut avoir un impact négatif sur les microclimats ainsi que sur les découvertes géologiques et archéologiques. Parmi les facteurs contribuant à la dégradation de ces environnements, on peut citer la déforestation avoisinante, les activités agricoles, l'exploitation des ressources en eau, l'exploitation minière et les activités touristiques.

L'effet spéléogénétique des grottes classiques se traduit généralement par une circulation d'air lente. Dans des conditions particulières, en présence d'acides, les effets de l'érosion et les modifications du microenvironnement peuvent être considérablement amplifiés. L'effet de l' acide sulfurique ( H₂S ) en est un exemple . Lorsque l'acide sulfurique s'oxyde en acide sulfurique ( H₂SO₄ ) , ce dernier réagit beaucoup plus rapidement avec la roche carbonatée . L'eau impliquée dans cette réaction présente généralement un pH élevé de 3 , ce qui la rend quasiment invivable pour de nombreuses bactéries et algues. On peut observer ce phénomène dans la grotte Grande del Vento à Ancône, en Italie .

Barrages

Les réservoirs artificiels, tout comme les réservoirs naturels, créent des microclimats et influencent souvent aussi le climat macroscopique.

dolines

Des exemples de dolines et de l'effet de la poche d'air froid associée (CAP) sont la doline de Gstettneralm en Autriche (température la plus basse enregistrée −53 °C (−63 °F)) et les dolines de Peter aux États-Unis.

Pentes

Un autre facteur contribuant au microclimat est la pente ou l'exposition d'un lieu. Les versants exposés au sud dans l' hémisphère nord et au nord dans l' hémisphère sud reçoivent un ensoleillement plus direct que les versants opposés et restent donc plus chauds plus longtemps, ce qui leur confère un microclimat plus chaud que les zones environnantes. Le point le plus bas d'un ravin peut parfois geler plus tôt ou plus intensément qu'un endroit situé plus haut, car l'air froid y descend, une brise asséchante peut ne pas atteindre le fond, et l'humidité y stagne, provoquant des précipitations qui gèlent ensuite .

Villes et régions connues pour leurs microclimats

Amériques

Europe

Asie et Océanie

Contexte et autres utilisations

La terminologie « microclimat » est apparue pour la première fois dans les années 1950 dans des publications telles que Climates in Miniature: A Study of Micro-Climate Environment (Thomas Bedford Franklin, 1955).

Le terme microclimat est également utilisé dans le secteur de la santé. Il décrit l’environnement localisé de la peau, notamment la température, l’humidité et les mouvements d’air, et leur impact sur les soins des plaies.