Couche limite atmosphérique

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1 Couche limite atmosphérique Bruno Sportisse, CEREA, Joint Laboratory Ecole des Ponts/EDF R&D INRIA/ENPC CLIME project 2007 B. Sportisse Couche limite atmosphérique / 17

2 Définition de la CLA (m) Altitude Température( C) t= 6 heures t= 15 heures t= 24 heures FIG.: Évolution typique du profil de température au cours d une journée. B. Sportisse Couche limite atmosphérique / 17

3 CLA neutre angle(degré) 1 vitesse(ms ) altitude (m) vitesse du vent ou angle du vent FIG.: CLA neutre. B. Sportisse Couche limite atmosphérique / 17

4 CLA instable Atmosphère libre Température potentielle Couche d entraînement Couche mélangée Module du vent Couche de surface FIG.: CLA instable. Source : [DMV]. B. Sportisse Couche limite atmosphérique / 17

5 CLA stable Température potentielle Couche non turbulente Module du vent Jet de basse couche Couche d inversion Couche de surface FIG.: CLA stable. Source : [DMV]. B. Sportisse Couche limite atmosphérique / 17

6 Évolution de la stabilité z atmosphère libre inversion (stable) stable instable isotherme adiabatique nuit matin après midi T FIG.: Profil idéalisé de température et évolution de la stabilité de la CLA au cours d une journée. La température au sol augmente en cours de journée puis diminue au cours de la nuit. Les profils à «gauche» (respectivement à «droite») du profil adiabatique correspondent à des situations stables (respectivement instables). B. Sportisse Couche limite atmosphérique / 17

7 Évolution de la CLA Troposphère libre Couche résiduelle Couche convective Couche convective Couche de surface Couche stable midi coucher du Soleil lever du Soleil temps FIG.: Évolution de la stabilité de la CLA au cours de la journée. Source : [Stu88] (crédit : Vivien Mallet, CEREA). B. Sportisse Couche limite atmosphérique / 17

8 Turbulence FIG.: Visualisation de la turbulence. Écoulement dans la soufflerie de l École centrale de Lyon autour de la maquette de la centrale nucléaire du Bugey. Crédit : École centrale de Lyon et Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire (Olivier Isnard). B. Sportisse Couche limite atmosphérique / 17

9 Turbulence Concentration Temps (s) FIG.: Évolution de la concentration d un traceur dans un écoulement turbulent. La concentration est mesurée en un point de l écoulement présenté à la figure 7. Crédit : École centrale de Lyon et Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire. B. Sportisse Couche limite atmosphérique / 17

10 Hauteur de mélange FIG.: Évolution de la hauteur de mélange diagnostiquée par le système POLYPHEMUS sur la base des données de l ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts). Moyenne sur l Europe à compter du 22 avril Crédit : Vivien Mallet, CEREA. B. Sportisse Couche limite atmosphérique / 17

11 CLS m) (en z cas instable cas neutre cas stable u/u FIG.: Profil adimensionné de vitesse horizontale dans la couche limite de surface (milieu rural : z 0 = 0.1 m). B. Sportisse Couche limite atmosphérique / 17

12 CLS Ville Rural Prairie m) (en z u/u FIG.: Profil adimensionné de vitesse horizontale dans le cas neutre pour diverses hauteurs de rugosité. B. Sportisse Couche limite atmosphérique / 17

13 Brise urbaine brise de mer (jour) brise de terre (nuit) cellule de brise cellule de brise TERRE MER TERRE MER FIG.: Brises de mer et de terre. Les flèches indiquent le sens de la circulation atmosphérique. B. Sportisse Couche limite atmosphérique / 17

14 Sources urbaines s ource (Wm 2 ) Q Gaz Trafic Electricite Total Heure s ource (Wm 2 ) Q Gaz Trafic Electricite Total Heure FIG.: Évolution journalière de Q source pour la ville de Téhéran. À gauche : en été ; à droite : en hiver. Crédit : Hossein Malakooti, CEREA. B. Sportisse Couche limite atmosphérique / 17

15 Îlot de chaleur urbain Ville T Ville T Barcelone 8.2 K Calgary 8.1 K Mexico 9.4 K Montréal 10 K Moscou 9.8 K New York 11.6 K Tokyo 8.1 K Vancouver 11.6 K TAB.: Valeurs mesurées depuis une trentaine d années pour qualifier l îlot de chaleur urbain (écarts maximaux de température). Source : [Qua04]. B. Sportisse Couche limite atmosphérique / 17

16 Îlot de chaleur urbain FIG.: Mesures infrarouges (capteur NOAA-AVHRR) de l îlot de chaleur urbain sur l Île-de-France, du 4 au 13 août Température de brillance moyennée à la surface. En haut : à partir de 7 images captées entre 20 et 23 heures (TU). En bas : à partir de 10 images captées entre 12 et 14 heures (TU). Les données n étant pas corrigées pour l absorption et l émission atmosphérique et l émissivité de surface, les valeurs sont relatives (différence de température entre le milieu urbain et le milieu rural). Les échelles de température sont en degrés Celsius. Les étoiles (*) correspondent respectivement à une zone industrielle (au nord), à Paris (au centre) et au bois de Boulogne (à l ouest). Crédit : Bénédicte Dousset (laboratoire Géomer et université d Hawaii). Source : [DGM07]. B. Sportisse Couche limite atmosphérique / 17

17 Références B. Sportisse Couche limite atmosphérique / 17