couche limite atmosphérique
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Couche limite atmosphérique. Chapitre I - Définition de la couche limite - Comparaison entre l’atmosphère libre et la couche limite - Le vent dans la couche limite - Variables thermodynamiques - La structure de la couche limite sur les continents - Couche limite convective diurne - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Couche limite atmosphérique
Chapitre I- Définition de la couche limite- Comparaison entre l’atmosphère libre et la couche limite- Le vent dans la couche limite- Variables thermodynamiques- La structure de la couche limite sur les continents
- Couche limite convective diurne- Couche limite nocturne
- Turbulence et hypothèse de Taylor- Étude de la couche limite : approches- Applications
Définition de couche limite
Couche limite : la couche atmosphérique où les effets de la surface se font sentir dans une échelle de temps de moins d ’une heure ...
Définition de la couche limite : caractéristiques de la couche limite
Lawton, Oklahoma
Définition de la couche limite : caractéristiques de la couche limite
Les changements observés dans la couche limite sontdus aux phénomènes de transport
Le transport turbulent est trèsimportant dans la couche limite
Définition de la couche limite : nuages de couche limite
Les cumulus de bon temps
Définition de la couche limite : nuages de couche limite
Les brouillard
Définition de la couche limite : nuages de couche limite
Les strato-cumulus
T
h
adiabatique mouillée
adiabatique sèche
inversion
1ÞC/100m
0,6ÞC/100m
0,3ÞC/100m
Couplage entre la couche limite etl’atmosphère libre : orages
Phénomène de meso échelle
Change les caractéristiquesde la couche limite … pourquoi ?
Le vent dans la couche limite:types d’écoulement
Écoulement moyen transport par advection u
Écoulement turbulent + ondes transport turbulent'u
'u u u
Turbulence : écoulement laminaire versus turbulent
Turbulence :origines de la turbulence
2
2
Forces d'inertie~
forces de viscosité( / )
~ ~( / )
e
e
u uR
uU L U UL
RU L
2
3
12
II V
IVI VIIII
g up ut
u uuu
2
3
12
II V
IVI VIIII
g up ut
u uuu
Équation de conservation de quantité de mouvement (Navier Stokes)
Turbulence: types de turbulence
Turbulence dynamique
Turbulence thermique
Selon les forçages on a:
1g p
1g p
u uu u
advection
flottabilité
Turbulence: forçages
Transfert de chaleur
Cisaillement du vent
Turbulence : forçages
Cisaillement du vent
Les petits tourbillons caractéristiques de la couche limite se forment par plusieurs procédés:
Le longue d ’une région de cisaillement -->>
Dans une région de cisaillement les vents changent rapidement d ’intensité où de directions
Turbulence :couche limite dynamique
Turbulence :couche limite dynamique
Turbulence:forçages Instabilité thermique
Sommet de la CLA
Turbulence :couche limite thermique
Turbulence: hypothèse de Taylor
0T dT
u Tt dt
0
T dTu T
t dt
T TM
t x
T TM
t x
Les mesures temporelles sont équivalentesaux mesures spatiales.
Turbulence :applicabilité de l’hypothèse de Taylor
2M
M 2M
M
2/1222M
2/1222 et wvuWVUM
L’écart type des fluctuations sont une mesure del’intensité de la turbulence. Si la vitesse moyenneest supérieur au double de l’écart type des fluctuationsl’hypothèse de Taylor est applicable.
Variables thermodynamiques :quelques rappels
Température virtuelle 1 0.61v sat liq glaceT T q q q 1 0.61v sat liq glaceT T q q q
Température potentielle0.286
0pTp
0.286
0pTp
Énergie statique sèche pd pdc c T gz pd pdc c T gz
Équilibre hydrostatique dp dz gdp dz g
Température potentielle versus température
?
Température virtuelle versus température
Variables thermodynamiques :quelques rappels
La structure de la couche limite :hauteur de la couche limite ?
La structure de la couche limite :évolution diurne de la CLA
La structure de la couche limite : Évolution diurne de la CLA: région anticyclonique
La structure de la couche limite : Évolution diurne de la CLA: région anticyclonique
Discussion : couche limite sur les océans ?
La structure de la couche limite : Couche limite convective ou couche de mélange
La structure de la couche limite : profils typiques de la CLA pendant le jour
La structure de la couche limite : couche limite nocturne ou stable
SBL
RL
EZ = zone d’entraînement
FA
FA = atmosphère libre
RL = couche résiduelle
SBL = couche stable limite nocturne
EZ
La structure de la couche limite : Profils typiques de température et de vent dans la CLA nocturne
La structure de la couche limite : panaches de fumée et évolution de la CLA
Étude de la couche limite et micrométéorologie
Méthodes stochastiques
Théorie de la similitude
Classification phénoménologique
Étude de la couche limite et micrométéorologie
Méthode expérimentale
- mesures atmosphériques directes- simulation en laboratoire
Simulation numérique (méthode stochastique)
Qualité de l’air :
• Transport et diffusion des polluants;
• déposition des polluants sur la surface terrestre et surfaces d’eau;
• prévisions de qualité d’air locale ou régionale;
• sélection des sites d’emplacement des usines et d’autres sources de pollution;
• sélection de sites de surveillance de qualité de l’air;
• opérations agricoles comme épandage d’insecticides et autres;
• opérations militaires.
Applications
Meso-météorologie : 1) couche limite urbaine et île de chaleur; 2) brise de mer et de terre; vents locaux; 3) développement de «fronts» et de dépressions.
Macro-météorologie :
• prédictibilité atmosphérique ; prévisions à long terme;
• localisation des stations météo;
• circulation générale et modélisation climatique.
Applications
Agro-météorologie et foresterie :
• prévision des températures de surface et de gel au sol ;
• température et humidité du sol; évapotranspiration ;
• bilan radiatif au dessus de la canopée;
• protection des cultures des vents et du gel;
• mesures de protection pour prévenir l’érosion:
• effets des pluies acides.
Applications
Planification et gestion urbaine :
• chauffage et climatisation;
• effets des vents sur les structures;
• protection contre le vent, l’accumulation de neige;
• mesures de control de pollution.
Applications
Océanographie physique :
• prévision des raz de marée;
• prévisions de l’état de la mer;
• dynamique de la couche de mélange maritime;
• mouvements de la glace dans les océans;
• modélisation de la circulation océanique; navigation.
Applications