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Couche Limite atmosphérique: Zone de l `atmosphère directement
___________________________________ III- CLA moteur des échanges Définition de la CLA ___________________________________ ___________________________________ Couche Limite atmosphérique: Zone de l ’atmosphère directement influencée par la surface terrestre. ___________________________________ Forçages surfaciques • • • • • Frottement Évaporation Transfert de chaleur Émission de polluants Obstacles ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ III- CLA moteur des échanges Epaisseur de la CLA ___________________________________ Difficile de définir une hauteur de CLA ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ Le poids de l’air et la divergence horizontale en basse altitude associées aux HP déplacent les masses d’air de la CLA vers les BP. ___________________________________ III- CLA moteur des échanges Notion de Température potentielle ___________________________________ C’est la température d’une particule d’air ramenée de façon adiabatique au niveau du sol R /C ⎛P ⎞ d p Θ = T⎜ o ⎟ ⎜P⎟ ⎝ ⎠ Θ et T doivent être exprimées en °K P est exprimée en Pa ___________________________________ ___________________________________ Q=0 Θ = cte PÊ ΤÊ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ Cp = 1004 J/kg.K, Cv=717 J/Kg.K Rd = 287 J/Kg.K, γ = 1.4 ___________________________________ III- CLA moteur des échanges Variation en fonction de l’altitude ___________________________________ ___________________________________ Expression des variations de température potentielle ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ III- CLA moteur des échanges Accélération d’une particule d’air z + dz Dynamique : Equation d’état : Hydrostatique : 1er principe : T(z) + dT ρg z0 Tp T0(z) ___________________________________ Σ F = mγ P = ρRdT dP/dz = -ρ g dQ = mCpdt + mgdz Pour un déplacement de la particule ∆z : γ= ρpg ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ − g∆z ∂θ θ ∂z ∂θ < 0 alors γ > 0 la particule poursuit sa course: atmosphère instable ∂z ∂θ Si > 0 alors γ < 0 la particule retourne à sa position initiale: atmosphère stable ∂z ___________________________________ Si ___________________________________ III- CLA moteur des échanges Stabilité de l’atmosphère NEUTRE ___________________________________ ___________________________________ T ___________________________________ ___________________________________ Altitude Θ Θ ___________________________________ Altitude T Altitude Altitude T ___________________________________ STABLE Altitude Altitude INSTABLE Θ ___________________________________ III- CLA moteur des échanges ___________________________________ RL : Residual layer Couche résiduelle ML :Mixed layer Atmos. mélangée SBL : Stable layer Couche stable ___________________________________ Surface convective layer (SCL) Convective layer CL ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ III- CLA moteur des échanges Variabilité nycthémérale ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ III- CLA moteur des échanges Impact de la saison FA : Free Atmosphere RL : Residual Layer SBL : Stable ML : Mixed (mélangée) CI : Capped Inversion ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ III- CLA moteur des échanges Impact du cycle nycthéméral sur la dispersion ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ III- CLA moteur des échanges ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ Après la nuit - Hiver Situation matinale Hiver ___________________________________ ___________________________________ A midi - Hiver ___________________________________ III- CLA moteur des échanges Dynamique de la CLA près des côtes ___________________________________ La brise de mer ___________________________________ L H isobars Ts Ê L ___________________________________ H ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ Air au-dessus de la mer reste plus froid que l’air chauffé au-dessus de la terre. Les gradients de température et de pression sont les plus importants proche de la plage c’est là où la brise est la plus forte ___________________________________ III- CLA moteur des échanges Dynamique de la CLA près des côtes ___________________________________ ___________________________________ La brise de terre ___________________________________ H L ___________________________________ isobars L Ts Ì ___________________________________ L ___________________________________ Pendant la nuit, la terre se refroidie plus vite. La redistribution de température et donc de pression donne naissance à la brise de terre. Brise de terre est moins intense que la brise de mer ___________________________________ III- CLA moteur des échanges Dynamique de la CLA en montagne ___________________________________ ___________________________________ Fr = G π.U N .h avec N 2 = g ∂Θ Θ ∂z ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ Fr : Nombre de Froude N : fréquence de Brunt Väsäilä (s-2) ___________________________________ ___________________________________ III- CLA moteur des échanges Dynamique de la CLA en montagne ___________________________________ Fr=0.1 ___________________________________ ___________________________________ Fr=0.5 ___________________________________ ___________________________________ Fr=1.5 ___________________________________ Fr=0.1 ___________________________________ III- CLA moteur des échanges Dynamique de la CLA en montagne H ___________________________________ ___________________________________ L L Vent de vallée catabatique H ___________________________________ Fond de vallée ___________________________________ H Vent de vallée anabatique Épaisseur varie entre 10 et 400 m Vitesse de 1 à 8 m/s L L ___________________________________ H ___________________________________ Fond de vallée ___________________________________ III- CLA moteur des échanges Dynamique de la CLA en montagne ___________________________________ z RL inversion O E ML ML O ___________________________________ E θ θ z RL ___________________________________ z RL ___________________________________ z ML Warm RL O inversion E ML O θ ___________________________________ Cool pool E θ z ___________________________________ z Warm RL ML O RL θ O E Cool pool E θ ___________________________________ III- CLA moteur des échanges Dynamique de la CLA en montagne : exercice ___________________________________ En partant de l’équation du mouvement écrite ci-dessous et en supposant un écoulement stationnaire dans une vallée de petite taille pour laquelle les vents transverses seront négligés, donner une expression approchée et tracer la vitesse moyenne u du vent catabatique en fonction de l’abscisse x. On donne h = 20 m, a = 10°, Te = 10°C et Tv = 0°C, CD = 0,005 ___________________________________ ___________________________________ ∂u ∂u T −T ∂u u2 +u +v = g e v sin α + f c v − C D ∂t ∂x Te ∂y h ___________________________________ ___________________________________ z u ___________________________________ h x α Fond de vallée x
