Couche limite atmosphérique - CEREA-ENPC

Couche limite atmosphérique
Bruno Sportisse, [email protected]
CEREA, Joint Laboratory Ecole des Ponts/EDF R&D
INRIA/ENPC CLIME project
2007
B. Sportisse
Couche limite atmosphérique
2007
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Définition de la CLA
1800
t= 6 heures
t= 15 heures
t= 24 heures
1600
Altitude (m)
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
◦
Température ( C)
F IG .: Évolution typique du profil de température au cours d’une journée.
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CLA neutre
1200
angle (degré)
altitude (m)
1000
vitesse (m s− 1)
800
600
400
200
0
0
5
10
15
20
25
vitesse du vent ou angle du vent
F IG .: CLA neutre.
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CLA instable
Température
potentielle
Atmosphère libre
Couche d’entraînement
Module du vent
Couche mélangée
Couche de surface
F IG .: CLA instable. Source : [DMV].
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CLA stable
Température potentielle
Module du vent
Couche
non turbulente
Jet de basse couche
Couche d’inversion
Couche de surface
F IG .: CLA stable. Source : [DMV].
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Évolution de la stabilité
z
atmosphère libre
inversion (stable)
instable
stable
isotherme adiabatique
nuit
matin
après−midi
T
F IG .: 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).
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Évolution de la CLA
Troposphère libre
Couche résiduelle
Couche convective
Couche convective
Couche stable
Couche de surface
midi
coucher du Soleil
lever du Soleil
temps
F IG .: Évolution de la stabilité de la CLA au cours de la journée. Source : [Stu88] (crédit :
Vivien Mallet, CEREA).
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Turbulence
F IG .: 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).
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Turbulence
400
Concentration
350
300
250
200
150
100
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Temps (s)
F IG .: 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.
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Hauteur de mélange
F IG .: Évolution de la hauteur de mélange diagnostiquée par le système
P OLYPHEMUS sur la base des données de l’ECMWF (European Centre for
Medium-Range Weather Forecasts). Moyenne sur l’Europe à compter du 22
avril 2001. Crédit : Vivien Mallet, CEREA.
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CLS
50
z (en m)
40
30
20
10
0
0
cas instable
cas neutre
cas stable
5
10
15
20
25
30
u/u∗
F IG .: Profil adimensionné de vitesse horizontale dans la couche limite de surface (milieu
rural : z0 = 0.1 m).
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CLS
50
Ville
Rural
Prairie
z (en m)
40
30
20
10
0
0
5
10
15
20
25
u/u∗
F IG .: Profil adimensionné de vitesse horizontale dans le cas neutre pour diverses hauteurs
de rugosité.
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Brise urbaine
brise de terre (nuit)
brise de mer (jour)
cellule de brise
cellule de brise
TERRE
TERRE
MER
MER
F IG .: Brises de mer et de terre. Les flèches indiquent le sens de la circulation
atmosphérique.
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Sources urbaines
90
90
Gaz
Trafic
Electricite
Total
70
60
50
40
30
20
10
0
Gaz
Trafic
Electricite
Total
80
Qsource (W m−2)
Qsource (W m−2)
80
70
60
50
40
30
20
10
5
10
15
20
0
Heure
5
10
15
20
Heure
F IG .: Évolution journalière de Qsource pour la ville de Téhéran. À gauche : en été ; à droite :
en hiver. Crédit : Hossein Malakooti, CEREA.
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Îlot de chaleur urbain
Ville
Barcelone
Mexico
Moscou
Tokyo
∆T
8.2 K
9.4 K
9.8 K
8.1 K
Ville
Calgary
Montréal
New York
Vancouver
∆T
8.1 K
10 K
11.6 K
11.6 K
TAB .: Valeurs mesurées depuis une trentaine d’années pour qualifier l’îlot de chaleur urbain
(écarts maximaux de température). Source : [Qua04].
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Îlot de chaleur urbain
F IG .: Mesures infrarouges (capteur NOAA-AVHRR) de l’îlot de chaleur urbain
sur l’Île-de-France, du 4 au 13 août 2003. 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].
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Références
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