23 mars 2020

L’Organisation météorologique mondiale (OMM) a été fondée en 1950 substituant ainsi l’Organisation météorologique internationale (OMI) créée en 1873. La Convention de l’OMM, portant création de l’Organisation est entrée en vigueur le 23 mars 1950. Pour commémorer l’entrée en vigueur de cette Convention, il a été décidé d’instituer une Journée Météorologique Mondiale annuelle célébrée le 23 mars. Cette année, la Journée Météorologique Mondiale a pour thème « Climat et Eau ».

À cette occasion, MeteoLux vous propose d’aborder le sujet du cycle de l’eau de la Terre et des mesures de précipitations réalisées à la station météorologique de l’aéroport Luxembourg-Findel.

Cycle de l’eau de la Terre

L’eau se présente sous trois états dans l’atmosphère : solide, liquide et gazeux. Les changements de phase de l’eau dépendent principalement de la température et de la pression. Le cycle de l’eau de la Terre est composé de plusieurs mécanismes survenant conjointement (Fig. 1). Quelques mécanismes importants sont brièvement décrits ci-dessous :

• L’évaporation : passage de la phase liquide à la phase gazeuse.
• L’évapotranspiration : la transpiration de la végétation s’ajoute au processus de l’évaporation.
• La condensation : passage de la phase gazeuse à la phase liquide (par exemple formation de nuages).
• Les précipitations : hydrométéores qui tombent sur la surface de la Terre sous forme liquide (bruine, pluie) et/ou solide (neige, grésil, grêle).
• Le ruissellement : écoulement de l’eau à la surface du sol.
• L’infiltration : l’eau pénètre à travers les fissures naturelles dans les couches superficielles du sol.
• La percolation : mouvement profond de l’eau dans les sols après le processus de l’infiltration.

De manière simplifiée, l’eau est d’abord évaporée des surfaces océaniques et terrestres suite au chauffage par rayonnement solaire, puis transportée par la circulation atmosphérique (par exemple mouvement de dépressions et anticyclones). Les ascendances dans l’atmosphère provoquent la condensation pour former des nuages et des précipitations. Les précipitations sur la surface de la Terre peuvent être stockées temporairement sous forme de neige et glace ou dans le sol comme humidité et eaux souterraines, tandis que l’excès des précipitations s’écoule et forme notamment des rivières, qui rejettent l’eau douce dans les océans, complétant ainsi le cycle global de l’eau (Fig. 1). Par conséquent, l’eau joue un rôle crucial dans le climat, notamment sous sa forme gazeuse (vapeur d’eau), faisant partie des gaz à effet de serre. Le bilan hydrologique de la Terre est indéniablement influencé par les activités anthropiques, sources d’émissions de gaz à effet de serre qui contribuent au réchauffement (rétroactions de la vapeur d’eau → augmentation de la quantité maximale possible de vapeur d’eau avec le réchauffement de l’atmosphère → augmentation potentielle de la quantité moyenne effective de vapeur d’eau) et de modifications de l’environnement naturel au niveau du sol (par exemple déforestation) qui ont un impact sur la capacité en eau du sol.

Fig. 1 : Schéma reprenant le cycle de l’eau et le bilan hydrologique annuel moyen de la Terre. Les flèches noires représentent les mécanismes d’échange d’eau. Les unités sont 103 km³ pour le stockage et 103 km³/année pour les mécanismes d’échange (nombres en italique). À noter que les océans contiennent environ 96.5 % de toute l’eau présente sur la Terre, l’atmosphère compte pour seulement 0.0009 %. Source : [1] (études complémentaires : [2], [3], [4]).

Méthode de mesure de la quantité de précipitations au Findel

À l’aéroport de Luxembourg-Findel, la quantité de précipitations est mesurée par un pluviomètre équipé d’un auget à basculement situé à une hauteur de 1 mètre au-dessus du sol (Fig. 2). Dès lors que l’un des deux compartiments est entièrement rempli avec une certaine quantité d’eau (correspondant à 0.1 mm de précipitations), il bascule et se vide de l’eau recueillie. L’autre compartiment prend le relais et ainsi de suite. Les basculements sont comptabilisés au moyen d’un interrupteur à lames. Un chauffage à commande thermostatique permet de faire fondre les précipitations solides. Cependant, des erreurs systématiques intrinsèques à l’équipement peuvent se produire lors de la mesure des précipitations par ce type de pluviomètre. Par exemple, pendant des situations très venteuses, le taux mesuré est souvent inférieur à la réalité en raison de la turbulence près de l’ouverture du récipient. Cet effet est plus important avec des hydrométéores plus légers et fins comme les flocons de neige ou la bruine. D’autres sources d’erreurs potentielles sont l’évaporation partielle, le mouillage du récipient et l’inertie des augets. Ainsi, un taux d’erreurs parfois supérieur à 20 % est possible.

Les précipitations peuvent aussi être mesurées selon le principe de pesée. Les hydrométéores tombent dans le récipient qui est pesé par une balance électronique à haute résolution (0.01 mm vs. 0.1 mm du pluviomètre à auget).




Fig. 2 : Le pluviomètre à auget basculant est installé dans le parc météo situé dans l’enceinte aéroportuaire du Findel.

Statistiques des précipitations

Au Luxembourg, les précipitations connaissent une variabilité marquée en raison des changements fréquents des régimes de temps qui sont très caractéristiques pour les latitudes moyennes. Ceci se reflète dans les valeurs extrêmes enregistrées à la station météorologique de l’aéroport Luxembourg-Findel. Le cumul pluviométrique mensuel le plus faible jamais enregistré dans l’histoire de la station depuis 1947 était de 1.6 l/m² en mars 1953. Le mois le plus pluvieux était quant à lui le mois de décembre 1993 avec un cumul de 231.1 l/m². En se référant à l’échelle annuelle (cf. Fig. 3), on constate que l’année la plus pluvieuse jamais observée depuis 1947 était 1988 avec 1202.1 l/m² (le deuxième rang étant occupé par l’année 1987 avec un cumul de 1132.2 l/m²). Le cumul pluviométrique annuel le plus faible date de 1976 avec 541 l/m². En comparant les moyennes des différentes périodes de référence internationales et nationales en vigueur (1961-1990 et 1981-2010), une tendance légèrement positive se révèle. Pour la période 1981-2010, un cumul annuel moyen de 896.9 l/m2 a été enregistré ce qui correspond à une hausse de 22 l/m² par rapport à la période 1961-1990 (874.9 l/m²). En ce qui concerne la durée maximale des périodes sans précipitations, aucune tendance n’a pu être constatée depuis 1947 (cf. Fig. 4). En revanche, une tendance positive se dessine au niveau du nombre de jours avec un cumul pluviométrique supérieur à 20 l/m², avec des pics d’occurrences durant la deuxième moitié des années 1980 (maximum absolu en 1990 avec 12 jours, cf. Fig. 5).
Les données mensuelles de précipitations sont librement accessibles sur le portail Open Data du Gouvernement du Grand-Duché de Luxembourg [5]. À noter que toutes les données présentées ci-dessus sont basées sur les précipitations quotidiennes de 06 UTC (J) à 06 UTC (J+1).

Fig. 3 : Cumuls pluviométriques annuels (en l/m²) mesurés à la station météorologique de l’aéroport Luxembourg-Findel depuis 1947.

Fig. 4 : Nombre maximal de jours secs consécutifs par année mesuré à la station météorologique de l’aéroport Luxembourg-Findel depuis 1947.

Fig. 5 : Nombre de jours avec un cumul pluviométrique supérieur à 20 l/m² mesuré à la station météorologique de l’aéroport Luxembourg-Findel depuis 1947.