Laclimatologie est l'étude duclimat et de l'état moyen de l'atmosphère, c'est-à-dire la succession des conditions météorologiques sur de longues périodes dans le temps[1]. Il s'agit d'une branche combinée de lagéographie physique et de lamétéorologie, l'étude dutemps à court terme étant le domaine de la météorologie opérationnelle. Un climatologue, ou climatologiste, est un spécialiste qui fait l'étude des variations locales et temporelles des climats grâce aux statistiques des données provenant de plusieurs domaines qui affectent le climat[2].
Contrairement à lamétéorologie, qui se concentre sur les systèmes et phénomènes météorologiques à court terme pouvant durer jusqu'à quelques semaines, la climatologie étudie la fréquence et les tendances de ces systèmes. Elle étudie la périodicité des évènements météorologiques sur des périodes allant de quelques années à des millénaires, ainsi que les changements dans les régimes météorologiques moyens à long terme, en relation avec les conditions atmosphériques. Les climatologues étudient à la fois la nature des climats — locaux, régionaux ou mondiaux — et les facteurs naturels ou induits par l'homme qui provoquent des changements climatiques.
En règle générale, le climat varie peu, en un endroit donné du globe, sur une durée de l'échelle du siècle. Mais sur des temps géologiques, le climat peut changer considérablement. Par exemple, laScandinavie a connu plusieurs périodes glaciaires dans le dernier million d'années. L'étude des climats passés est lapaléoclimatologie. Cette étude en fonction de l'histoire humaine s'appelleclimatologie historique.
Les phénomènes d'intérêt climatologique comprennent lacouche limite atmosphérique, les schémas de lacirculation atmosphérique, le transfert de chaleur (radiatif, convectif et latent), les interactions entre l'atmosphère, les océans et la surface terrestre (en particulier la végétation, l'utilisation des terres et la topographie), et la composition chimique et physique de l'atmosphère. La connaissance de nombreux paramètres, comme la température à différentes altitudes, l'influence desgaz à effet de serre, l'humidité relative, l'évaporation océanique, est nécessaire pour produire des modèles climatiques numériques et anticiper les changements du climat que l'on peut prévoir à plus ou moins long terme (30 ans).
Avant l'observation systématique du temps, il existait déjà un sens inné du climat dans le sens d'une moyenne auquel il était possible de comparer les évènements climatiques (ex : décrire une tempête comme forte sous-entend de savoir ce qu'est une tempête moyenne). L'agriculture nécessite aussi une connaissance empirique du climat, par exemple, de lamousson.
En Europe, les premières traces écrites de climatologie datent de laGrèce antique. Par exemple,Xenophon décrit précisément le climat d'Athènes dansLes Revenus et s'intéresse auxliens entre plantes et climat,Hérodote s'interroge sur le mécanisme des crues duNil etAristote fait le lien entre une Terre sphérique et une diminution de la température vers le nord et le sud (à cause de l'angle que font les rayons du Soleil avec la Terre)[3]. En 334av. J.-C., ce même auteur publie aussi lesMétéorologiques[4], un traité sur la météorologie qui fera autorité sur le sujet jusque dans les années 1700[5].
L'invention duthermomètre dans les années 1600 en Italie marque le commencement de mesures de température régulières[6], indispensables à la climatologie moderne. L'invention dubaromètre et dupluviomètre suivent rapidement en 1643 et 1639[5]. Le premier réseau de mesures météorologiques fut créé en 1653 parFerdinand II de Médicis en Toscane[5]. Puis, en 1664, commence à Paris la plus longue série d'observations météorologiques connue[5].
En 1683,Edmond Halley publie une carte mondiale des vents basée sur ses expéditions marines. Il décrit en 1686 le principe de lamousson et desalizés[5]. Ensuite,George Hadley lie en 1735 lesalizés et la rotation de la Terre par ce qui s'appelle aujourd'hui la/lescellule(s) de Hadley. En Amérique, en 1785,Benjamin Franklin publie la première carte duGulf Stream et lie ce phénomène à l'action du vent[7].
En 1838Claude Pouillet puis Joseph Tyndall attribuent l'effet de serre naturel à la vapeur d'eau et au gaz carbonique. Pouillet affirme qu'une modification de leurs quantités dans l'atmosphère doit se traduire par un changement climatique[8],[9].
En 1843, Alexandre von Humboldt, dans un effort de réunir des données éparses et de dégager des lois générales, invente le vocable de climatologie : « Depuis un demi-siècle, on a accumulé des observations de température sous les climats divers sans reconnaître les lois dont elles sont l'expression fidèle, lois qui ne peuvent se manifester qu'en groupant les faits d'après des considérations théoriques »[10].
En 1882, dans un des premiers livres sur le sujet[11],Julius von Hann définit la climatologie comme étant « la science des états de l’atmosphère ». Il sépare ainsi la climatologie de lamétéorologie qu'il définit comme la science de l’atmosphère (au moment présent). Dans ce traité, la climatologie se présente sous deux formes: l'étude de l'état moyen de l'atmosphère (classification des climats…) et l'étude des écarts à cette moyenne[12].
En 1895,Svante Arrhenius lie l'augmentation du CO2 dans l'atmosphère et un réchauffement sensible de la Terre. Il se base pour cela sur les observations de la Lune faites dans l’infrarouge qui donnent une estimation des capacités d’absorption de la vapeur d'eau et du CO2. Malgré des calculs inexacts, il énonce une des premières lois sur l'effet de serre :Si la quantité d’acide carbonique augmente en progression géométrique, l’augmentation de la température suivra, presque avec une progression arithmétique[13]. Il donne pour ordre de grandeur4°C en plus pour un doublement du CO2 dans l'air.
Durant la Seconde Guerre mondiale, principalement à cause du développement de l'aviation, le réseau de mesures météorologiques s'améliore. L’intérêt pour lamétéorologie augmente[14] ce qui pousse aussi à un regain d’intérêt pour la climatologie. Le développement de l'informatique permet aussi la création des premiers modèles climatologiques comme celui de Norman Phillps en 1956[15].
Études des climats en fonction de la taille des zones géographiques du climat régional au climat local, de leurs positions sur le globe (Classification des climats).
Création et l'utilisation demodèles climatiques dans le but de comprendre et de prévoir le climat.
L’Atmosphère, terme venant du grecatmos « vapeur humide » et sphère, est l'enveloppe gazeuse qui recouvre la surface terrestre et qui est fondamentale à l'existence des êtres vivants et de la vie en milieu terrestre. Celle-ci joue un rôle majeur dans lecycle de l'eau, l'évaporation donnant les précipitations.
Dans le langage courant, l'atmosphère désigne souvent seulement latroposphère, soit la couche la plus basse qui contient tout le vivant et dans laquelle se jouent les principaux phénomènes météorologiques. Cependant, elle comporte beaucoup plus de niveaux qui sont définis en termes de température, de pression, de charge humide et de mouvements.
L'air, dans cette basse couche est soumis à d'importantes turbulences. Cette instabilité a pour origine les reliefs ainsi que les contrastes thermiques générés par les grands ensembles continentaux et océaniques. Latropopause constitue sa limite supérieure alors que la température se stabilise (en moyenne autour−57 °C là aussi variable avec la latitude et la saison). Lecourant-jet, courant horizontal majeur se retrouve juste sous cette couche.
GérardBeltrando,Les climats : processus, variabilité et risques, Armand Colin,, 286 p.(présentation en ligne).
GérardBeltrando et LaureChémery,Dictionnaire du climat, Paris, Larousse,, 344 p.(ISBN2-03-720233-4).
AndréHufty,Introduction à la climatologie : le rayonnement et la température, l'atmosphère, l'eau, le climat et l'activité humaine, Bruxelles/Laval, De Boeck Université,, 542 p.(ISBN2-8041-3711-2 et978-2-8041-3711-3,présentation en ligne).
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