Température

Qu'est ce que la température?

La Température est une quantité physique qui décrit la chaleur et le froid et est proportionnelle à l'énergie cinétique moyenne d'une masse.
Les thermomètres sont utilisés pour mesurer la température. Ceux-ci peuvent être standardisés à l'une des trois échelles suivantes:

  • l'échelle Fahrenheit (°F), qui est particulièrement populaire aux États-Unis
  • l'échelle Celsius (°C), qui est la plus utilisée
  • l'échelle Kelvin (K), qui représente l'unité SI pour la température.

Les échelles Kelvin et Celsius ont exactement les mêmes intervalles pour une différence de température de 1°, elles ne diffèrent que par leur point zéro.

En météorologie, on distingue la température de l'air, la température de surface, la température du sol, la température de l'eau et la température en altitude. En météorologie, en règle générale, la température de l'air est prise en compte, de sorte que tous les autres détails se rapportent à cette température ambiante, mais ne sont mentionnés que brièvement ci-après avec la température. Souvent, les températures diurnes ou nocturnes sont données pour décrire les conditions météorologiques d’une journée.

En outre, il convient de noter que la température dépend fortement de l’altitude. Cela signifie que l'air se refroidit d'environ 1°C par 100 m de hauteur. Par conséquent, il est important de savoir à quelle altitude se trouve la station de mesure et à quelle hauteur le capteur de température est fixé, de sorte que la hauteur et donc aussi la différence de température par rapport aux autres capteurs ou stations puissent être correctement prises en compte.

Comment la température est-elle mesurée?

Tous les thermomètres tirent parti des diverses propriétés physiques des tissus qui changent avec les changements de température. Cela peut être, par exemple, l'augmentation du volume d'un liquide, la résistance électrique d'un métal ou la modification du volume d'un métal.

Selon l’Organisation Météorologique Mondiale (OMM), les stations météorologiques servant à mesurer la température de l’air sont les dispositifs les plus couramment utilisés pour la résistance électrique. La température est mesurée dans un intervalle de quelques secondes, à partir de laquelle une moyenne de 5 minutes est formée. À l'heure entière, ces fonds de 5 minutes sont ensuite agrégés à une moyenne horaire. Pour les stations non automatisées - principalement privées -, l'intervalle de mesure peut également être d'une heure ou même d'un jour.

Comment installer un thermomètre d'une station météo?

Figure 1: Weather station in <a href=\Cham, Switzerland">

Un thermomètre pour mesurer la température de l'air doit être placé sur une surface plane (idéalement de l'herbe courte) et à deux mètres du sol, conformément aux normes de l'OMM. L'environnement de mesure doit pouvoir être éclairé directement par le soleil et aucun obstacle majeur (arbres, bâtiments) affectant la circulation de l'air ne doit se trouver à proximité. Pour mesurer réellement la température de l'air, le thermomètre doit être placé dans un boîtier de protection blanc bien ventilé. Cette protection garantit qu'aucun rayonnement direct ne peut frapper l'appareil, ce qui le réchauffe plus que l'air ambiant. La ventilation peut être fournie naturellement à l'aide de lattes ou artificiellement à l'aide de ventilateurs. Pour mesurer la température à différentes hauteurs, les mâts de mesure sont utilisés jusqu'à environ 300 m de hauteur. Pour les mesures au-dessus de ces 300 m, des ballons météorologiques sont utilisés.

Quels instruments de mesure sont utilisés pour mesurer la température de l'air?

Les services météorologiques nationaux (tels que MétéoSwiss) utilisent principalement l'un des deux dispositifs suivants pour mesurer la température:

Figure 2: Protective white box of a temperature sensor

  • Un instrument avec un thermocouple constantan en cuivre
  • Un instrument avec un thermomètre à résistance de platine (PT100)

L'appareil avec le capteur PT100 est le plus récent des deux utilisés et déplace lentement le thermocouple en cuivre constantan.

Les mesures des deux appareils sont basées sur la modification de la conductivité d'un métal avec l'augmentation ou la diminution de la température et peuvent donc enregistrer les plus petites variations de température. La sortie est alors une conversion par ordinateur et se produit automatiquement.

Quelles autres méthodes de mesure sont disponibles?

Figure 3: High precision mercury thermometer

Les capteurs présents dans tout thermomètre domestique numérique sont basés sur la même technologie que l'équipement professionnel, mais avec des matériaux beaucoup moins chers. C'est un matériel conducteur utilisé dont la résistance dépend de la température.

Les thermomètres classiques à l'ancienne utilisent du mercure qui, grâce à sa faible capacité calorifique, peut augmenter ou diminuer son volume même à basse température. Cependant, ces thermomètres ne peuvent pas être automatisés et la précision dépend fortement de l'observateur.

Une autre méthode obsolète de détermination de la température est la méthode bilame. Deux plaques métalliques avec une capacité calorifique différente sont agrafées ensemble. Lorsqu'elles sont chauffées, les plaques se déforment différemment et vous pouvez calculer la différence de température par la différence des plaques.

Difficultés de mesurer la température

Les plus grandes erreurs de mesure sont dues à une mauvaise installation des instruments. Si les instruments de mesure sont fixés trop près du sol, ils mesurent non seulement la température de l'air, mais aussi la chaleur émise par la terre. Lorsqu'un appareil est irradié directement du soleil, les mesures de cet appareil sont beaucoup trop élevées. La ventilation garantie ne doit pas être négligée, car l'air sans mouvement chauffe beaucoup plus vite que l'air en mouvement. Ainsi, en cas de calme total dans la boîte de l’instrument de mesure, les valeurs mesurées sont toujours trop élevées en cas d’irradiation solaire.

Si le capteur de température est installé sur une surface en goudron ou en asphalte, les résultats de la mesure seront également faussés, car ces surfaces (contrairement à l'herbe) se réchaufferont extrêmement sous l'effet du rayonnement solaire. Pour des résultats de mesure uniformes et donc comparables, il est donc essentiel de suivre les règles de l’OMM.

Combien de stations de mesure y a-t-il?

En Suisse, MeteoSwiss dispose de 154 stations de mesure officielles qui mesurent la température de l'air. Cependant, cela ne suffit pas pour un réseau de mesure national, qui pourrait représenter la Suisse, car il existe de grandes différences d'altitude en Suisse et la température change considérablement avec l'altitude.

Par conséquent, meteoblue utilise également de nombreuses stations de mesure privées, qui sont évaluées et vérifiées pour vérifier si les données sont complètes afin d’offrir des services tels que Nowcast ou les cartes météo de manière plus détaillée. Cependant, ces stations de comptage peuvent échouer car elles ne sont pas nécessairement conformes aux normes de l'OMM, de sorte que toutes les mesures sont soumises à un contrôle de qualité automatisé avant d'être utilisées à des fins de prévision ou autres.

Figure 4: Worldwide distribution of <a href=\WMO-Weather Stations">

Selon l'Administration Nationale des Océans et de l'Atmosphère (NOAA), plus de 14 000 stations météorologiques actives sont actuellement mises à jour quotidiennement et répondent à toutes les normes de l'OMM. La plupart d'entre eux sont aux États-Unis et en Europe. meteoblue utilise environ 70 000 stations météorologiques dans le monde entier, où sont utilisés, outre les stations de l'OMM, d'autres réseaux publics et privés. Plus de 100 000 stations météorologiques privées mesurent et enregistrent des données météorologiques. En regardant tous les capteurs de température installés dans les voitures, les smartphones et autres appareils électroniques, plusieurs millions de capteurs de température sont en circulation, avec une forte tendance à la hausse.