Modélisation de cisaillements de vent et assimilation de données dans la couche limite atmosphérique PDF Download
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Author: Alexandre Boilley
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Book Description
L'objectif de cette thèse est d'étudier la capacité des modèles météorologiques à prévoir des épisodes de cisaillements de vent dans les basses couches de l'atmosphère sur une zone limitée à un aéroport et d'examiner l'apport pour la modélisation d'observations locales à haute fréquence. Nous avons choisi l'aéroport international de Nice, régulièrement soumis à des variations rapides de la direction et de l'intensité du vent selon l'horizontale dans la CLA, appelées aussi renverses. Un profileur de vent et trois anémomètres sont installés sur les pistes de l'aéroport. Au début de l'année 2009, une campagne de mesures incluant un lidar vent à balayage et un anémomètre sonique s'est déroulée sur l'aéroport fournissant des observations complémentaires. L'ensemble des mesures à haute fréquence temporelle et des simulations numériques obtenues avec le modèle de recherche Méso-NH à 2.5 km de résolution, a fourni une vision de l'enchaînement complexe des écoulements conduisant à des cisaillements de vent d'origine différente. Cette complémentarité a aussi permis d'estimer la capacité du modèle numérique à reproduire les cisaillements de vent. Pour les trois situations étudiées, il reproduit la structure horizontale et verticale de l'écoulement malgré des erreurs de placement spatio-temporel. Bien que les écoulements locaux participent à la mise en place des conditions nécessaires au cisaillement de vent, c'est l'écoulement de méso-échelle (ondes piégées ou talweg d'altitude) qui va déterminer la position du phénomène. Nous avons réalisé des comparaisons avec le modèle opérationnel de Météo-France AROME ainsi que des tests de sensibilité pour étudier l'influence des conditions de couplage et de la résolution. Nous avons, en particulier, augmenté la résolution horizontale de 2.5 km à 500 m sur un domaine centré sur l'aéroport de Nice sur les situations étudiées. Une résolution de 500 m permet d'améliorer la représentation d'écoulements locaux et de variations locales du vent mais n'améliore pas la position des cisaillements de vent par rapport à une échelle plus grossière. L'extension horizontale limitée du domaine à haute résolution augmente la sensibilité aux conditions aux limites de grande échelle. Pour améliorer les prévisions et contraindre le modèle numérique vers les observations disponibles sur le site d'étude, un système d'assimilation de données basé sur le 'nudging' et permettant de prendre en compte des données à haute fréquence temporelle, le ''nudging direct et rétrograde'' (BFN pour 'Back and Forth Nudging'), a été mis en place. Nous avons appliqué cet algorithme aux équations de Lorenz pour confirmer le comportement de cette méthode par rapport à des résultats publiés antérieurement avec d'autres méthodes d'assimilation de données. Les résultats encourageants, ont conduit à l'introduction du BFN dans Méso-NH. Nous avons mis en place des simulations avec assimilation de données simulées dans des conditions idéalisées qui ont montré une réponse cohérente du modèle numérique à l'introduction de profils verticaux de vent.
Author: Alexandre Boilley
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L'objectif de cette thèse est d'étudier la capacité des modèles météorologiques à prévoir des épisodes de cisaillements de vent dans les basses couches de l'atmosphère sur une zone limitée à un aéroport et d'examiner l'apport pour la modélisation d'observations locales à haute fréquence. Nous avons choisi l'aéroport international de Nice, régulièrement soumis à des variations rapides de la direction et de l'intensité du vent selon l'horizontale dans la CLA, appelées aussi renverses. Un profileur de vent et trois anémomètres sont installés sur les pistes de l'aéroport. Au début de l'année 2009, une campagne de mesures incluant un lidar vent à balayage et un anémomètre sonique s'est déroulée sur l'aéroport fournissant des observations complémentaires. L'ensemble des mesures à haute fréquence temporelle et des simulations numériques obtenues avec le modèle de recherche Méso-NH à 2.5 km de résolution, a fourni une vision de l'enchaînement complexe des écoulements conduisant à des cisaillements de vent d'origine différente. Cette complémentarité a aussi permis d'estimer la capacité du modèle numérique à reproduire les cisaillements de vent. Pour les trois situations étudiées, il reproduit la structure horizontale et verticale de l'écoulement malgré des erreurs de placement spatio-temporel. Bien que les écoulements locaux participent à la mise en place des conditions nécessaires au cisaillement de vent, c'est l'écoulement de méso-échelle (ondes piégées ou talweg d'altitude) qui va déterminer la position du phénomène. Nous avons réalisé des comparaisons avec le modèle opérationnel de Météo-France AROME ainsi que des tests de sensibilité pour étudier l'influence des conditions de couplage et de la résolution. Nous avons, en particulier, augmenté la résolution horizontale de 2.5 km à 500 m sur un domaine centré sur l'aéroport de Nice sur les situations étudiées. Une résolution de 500 m permet d'améliorer la représentation d'écoulements locaux et de variations locales du vent mais n'améliore pas la position des cisaillements de vent par rapport à une échelle plus grossière. L'extension horizontale limitée du domaine à haute résolution augmente la sensibilité aux conditions aux limites de grande échelle. Pour améliorer les prévisions et contraindre le modèle numérique vers les observations disponibles sur le site d'étude, un système d'assimilation de données basé sur le 'nudging' et permettant de prendre en compte des données à haute fréquence temporelle, le ''nudging direct et rétrograde'' (BFN pour 'Back and Forth Nudging'), a été mis en place. Nous avons appliqué cet algorithme aux équations de Lorenz pour confirmer le comportement de cette méthode par rapport à des résultats publiés antérieurement avec d'autres méthodes d'assimilation de données. Les résultats encourageants, ont conduit à l'introduction du BFN dans Méso-NH. Nous avons mis en place des simulations avec assimilation de données simulées dans des conditions idéalisées qui ont montré une réponse cohérente du modèle numérique à l'introduction de profils verticaux de vent.
Author: Hervé Giordani
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Languages : fr
Pages : 243
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C'EST GRACE A L'IMPORTANT JEU DE DONNEES COLLECTEES AU COURS DE L'EXPERIENCE SEMAPHORE 1993 (EYMARD ET AL., 1996), QU'UN CYCLE D'ANALYSES - PREVISIONS A ETE MIS EN OEUVRE PENDANT LA PHASE 3 (42 JOURS) DE LA CAMPAGNE, AVEC LE SYSTEME D'ASSIMILATION ARPEGE DE METEO-FRANCE, ADAPTE AU SITE DE L'EXPERIENCE. CES RE-ANALYSES ATMOSPHERIQUES ET DE TEMPERATURE DE SURFACE (SST) ONT ETE REALISEES AVEC UNE VERSION ETIREE DU MODELE ARPEGE AUTORISANT UNE RESOLUTION D'ENVIRON 30KM SUR LE DOMAINE EXPERIMENTAL. LES CHAMPS OBTENUS ONT ETE COMPARES A DES DONNEES NON INCLUSES DANS LA RE-ANALYSE. CEUX-CI RESTITUENT CORRECTEMENT LE MEANDRE DU FRONT OCEANIQUE DES ACORES AINSI QUE LES STRUCTURES ATMOSPHERIQUES OBSERVEES PAR LES AVIONS ET NOTAMMENT LES FORTES INVERSIONS SURMONTANT LA COUCHE LIMITE. GRACE A UNE SST REALISTE, LES FLUX TURBULENTS DE SURFACE PREVUS PAR LE MODELE ARPEGE SE COMPARENT BIEN AUX FLUX DEDUITS PAR METHODE INERTIO-DISSIPATIVE (DUPUIS ET AL., 1996) TOUT AU LONG DE LA PERIODE RE-ANALYSEE. PAR CONTRE LES FLUX SOLAIRE ET INFRA-ROUGE EN SURFACE PRESENTENT D'IMPORTANTS BIAIS PAR RAPPORT AUX DONNEES DU BATEAU : ILS SONT DUS A L'INCAPACITE DU MODELE A PREVOIR CORRECTEMENT LES NUAGES DE COUCHE LIMITE. EN RAISON DES CONDITIONS ANTICYCLONIQUES PRESENTES AU COURS DES 11, 12 ET 13 NOVEMBRE 1993, CES TROIS JOURNEES ONT ETE RETENUES POUR L'ETUDE DE LA STRUCTURE DE LA COUCHE LIMITE ATMOSPHERIQUE MARINE (CLAM). LES OBSERVATIONS AEROPORTEES AINSI QUE LES SIMULATIONS ARPEGE, ONT MIT EN EVIDENCE LA PRESENCE D'UN FRONT THERMIQUE ATMOSPHERIQUE FORTEMENT NON STATIONNAIRE DANS LA CLAM, A TRAVERS LEQUEL LA VITESSE DU VENT VARIE SYSTEMATIQUEMENT. EN RAISON DU CARACTERE FORTEMENT AGEOSTROPHIQUE DU VENT, L'ETUDE DE L'ECOULEMENT EST ABORDEE A L'AIDE DES EQUATIONS DE SAWYER - ELIASSEN (1963) ET DE L'EQUATION AUX VITESSES VERTICALES QUI EN DECOULE (HOSKINS, 1978). CETTE APPROCHE, UTILISEE DANS LES ETUDES DE FRONTOGENESE (KEYSER ET PECNICK, 1986), PERMET D'IDENTIFIER LES PROCESSUS PHYSIQUES PRODUCTEURS D'AGEOSTROPHISME ET, DE MIEUX COMPRENDRE LA STRUCTURE DE L'ECOULEMENT. CES PROCESSUS ONT D'ABORD ETE PARTIELLEMENT DIAGNOSTIQUES SUR LES PREVISIONS ARPEGE, PUIS PRECISES AVEC UNE SIMULATION A MAILLE PLUS FINE (5KM) REALISEE AVEC LE MODELE NON-HYDROSTATIQUE MESO-NH DU CNRM ET DU LA POUR LA JOURNEE DU 12 NOVEMBRE. CETTE SIMULATION A ETE INITIALISEE ET FORCEE AUX FRONTIERES LATERALES PAR LES RE-ANALYSES ARPEGE. L'ANALYSE DE CES SIMULATIONS A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE DEUX RESULTATS IMPORTANTS QUI PERMETTENT D'EXPLIQUER LA STRUCTURE DU VENT AU DESSUS D'UN FRONT OCEANIQUE EN CONDITIONS REELLES : _ ENTRE LA SURFACE ET 200M D'ALTITUDE, LE BILAN DES FORCAGES THERMIQUE ET DYNAMIQUE EST FORTEMENT COUPLE AU FORCAGE PAR LES FLUX TURBULENTS DE CHALEUR. DANS CETTE TRANCHE ATMOSPHERIQUE, LA CORRELATION ENTRE CES DEUX CONTRAINTES EST FORTEMENT NEGATIVE, ET SUGGERE QUE LA CIRCULATION AGEOSTROPHIQUE ET LES FLUX TURBULENTS DE CHALEUR S'AJUSTENT MUTUELLEMENT DE FACON A S'EQUILIBRER, ET VERIFIENT DE CE FAIT LE PRINCIPE D'INDUCTION PAR ANALOGIE A L'ELECTROMAGNETISME (LOI DE LENZ) ET PLUS GENERALEMENT, LE PRINCIPE DE LE CHATELIER EN PHYSIQUE. ON PEUT ASSIMILER CE DOMAINE A UNE COUCHE LIMITE INTERNE POUR LA DYNAMIQUE. _ DES CIRCULATIONS CELLULAIRES AGEOSTROPHIQUES APPARAISSENT ET CELLES-CI SONT PRINCIPALEMENT GENEREES PAR LE FORCAGE THERMIQUE CINEMATIQUE. TOUTEFOIS ELLES SONT DIFFICILEMENT IDENTIFIABLES CAR ELLES SONT NOYEES DANS UN ECOULEMENT SYNOPTIQUE MARQUE, CE QUI EST CONFIRME PAR LES OBSERVATIONS AEROPORTEES.
Author: Grégory Turbelin
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Pages : 189
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L'OBJECTIF DE NOTRE TRAVAIL DE THESE EST DE MODELISER NUMERIQUEMENT LA TURBULENCE ATMOSPHERIQUE AFIN D'ETUDIER L'ACTION AERODYNAMIQUE DU VENT SUR LES OUVRAGES DE GENIE CIVIL. L'ANALYSE DEVELOPPEE EST BIDIMENSIONNELLE ET DOIT PERMETTRE D'IDENTIFIER LES PRINCIPAUX MECANISMES QUI INTERVIENNENT LORSQUE LE VENT ABORDE TRANSVERSALEMENT UNE STRUCTURE ELANCEE, NON PROFILEE. L'APPROCHE CONSISTE A ASSIMILER LE VENT A UN ECOULEMENT DE FLUIDE INCOMPRESSIBLE REGI, DANS LA COUCHE LIMITE ATMOSPHERIQUE, PAR LES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES ET A REPRESENTER LA TURBULENCE A L'AIDE D'UN MODELE DU PREMIER ORDRE, DE TYPE K-EPSILON. LES PRINCIPAUX PARAMETRES PRIS EN COMPTE SONT LA RUGOSITE DES SOLS, LA TOPOGRAPHIE, LA PRESENCE D'OBSTACLES ET LE DEVELOPPEMENT DE GROSSES STRUCTURES TOURBILLONNAIRES. LE PROBLEME EST TRAITE AVEC LE CODE DE CALCUL PAR ELEMENTS FINIS CASTEM 2000, DANS LEQUEL DES PROCEDURES SPECIFIQUES, TELLES DES FONCTIONS DE PAROI RUGUEUSE, ONT ETE IMPLANTEES. DES CALCULS DE VALIDATION MONTRENT QUE LE MODELE K-EPSILON STANDARD EST INCAPABLE DE MODELISER DES ECOULEMENTS INSTATIONNAIRES SUR DES SITES NON HOMOGENES, EN PRESENCE DE TOURBILLONS ORGANISES, ALORS QUE LE MODELE RNG K-EPSILON, PLUS ELABORE, EST ADAPTE A CE TYPE D'ECOULEMENTS COMPLEXES. CE DERNIER MODELE EST DONC UTILISE POUR ETUDIER LES PHENOMENES RENCONTRES LORSQU'UNE RAFALE ABORDE UNE STRUCTURE ELANCEE. POUR CELA, LES FONCTIONS INDICIELLES DE L'EFFET RAFALE DE DIFFERENTES SECTIONS SONT CALCULEES. PLUSIEURS COMPORTEMENTS SONT IDENTIFIES. UNE RELATION EST ETABLIE ENTRE LA FORME DE CES FONCTIONS ET LA CREATION DE POCHES DE DECOLLEMENT OU DE GROSSES STRUCTURES TOURBILLONNAIRES DANS LE SILLAGE DE L'OBSTACLE. DANS LE CAS DES SECTIONS NON PROFILEES, LES LIMITATIONS DE L'APPROCHE QUASI-STATIQUE SONT MISES EN EVIDENCE. DANS CE CAS, ON SUGGERE DE PRENDRE EN COMPTE LES EFFETS DE LA TURBULENCE GENEREE PAR LA STRUCTURE ELLE-MEME, AU TRAVERS DE FONCTIONS D'ADMITTANCE MODIFIEES.
Author: Sébastien Blein
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La couche-limite atmosphérique turbulente stable, particulièrement en zone de relief, n'est pas totalement comprise. Elle est, donc, mal représentée par les modèles atmosphériques. En présence de pente et d'un refroidissement du sol, l'augmentation locale de masse volumique génère un écoulement catabatique. En région de montagne, le maximum de vent est généralement enregistré à une hauteur (z_j) de 1-10 m. Le jet de paroi engendre un changement de signe du flux de qdm ainsi qu'une variabilité du flux de chaleur sensible proche du sol. Ces variabilités de flux turbulents contredisent l'applicabilité de la théorie des similitudes de Monin-Obukhov (TSMO), pourtant utilisée de manière universelle dans les modèles atmosphériques. Si la TSMO est discutable pour les cas très stables, c'est en présence de pente qu'elle n'est naturellement plus valide puisqu'elle néglige le couplage entre les équations de vitesse et de température. Il est donc impossible de représenter correctement un écoulement catabatique (z_j O(1m)) par un modèle utilisant la TSMO et avec une résolution verticale de l'ordre de la hauteur du maximum de vent. L'objectif du travail de thèse est d'apporter une contribution dans la compréhension et la modélisation de ces écoulements.Afin de compléter les observations peu nombreuses, une campagne de mesure a été réalisée sur une pente raide (20-40 deg) : la pente ouest du Grand Colon (chaîne de Belledonne, Alpes). Les analyses spectrales témoignent de la sensibilité de l'écoulement local aux perturbations externes, même faibles. Les caractéristiques turbulentes classiques sont observées à haute-fréquence alors que des comportements moins standards sont observés aux fréquences intermédiaires ou basses et expliqués par la présence de perturbations turbulentes d'énergie du même ordre de grandeur que l'injection locale. Les cospectres montrent un comportement propre aux écoulements catabatiques: recouvrement progressif selon z des corrélations croisées 0 et 0. La TSMO est mise en défaut pour l'écoulement observé et une solution alternative est utilisée pour estimer les flux en surface, permettant une bonne description de la vitesse de frottement.Le modèle 1D de surface de ISBA (Météo-France) est modifié pour répondre à la modélisation des écoulements catabatiques. Dans un premier temps, le modèle est validé sur un cas standard: en comparaison avec un modèle de Prandtl adapté. Dans un second temps, les données in-situ sont modélisées, d'abord en fournissant des profils de diffusivités effectives puis en utilisant un modèle modifié de turbulence d'ordre 1.5. Les modélisations 1D représentent correctement les champs moyens de vitesse et température mais montrent cependant des comportements trop diffusifs. Le modèle de longueur de mélange est principalement remis en cause, y compris en utilisant des paramétrisations adaptées.Des simulations LES 3D réalistes (Meso-NH, Météo-France) sont effectuées à haute résolution pour représenter le cas d'étude. Ces modélisations représentent finement les variabilités spatiales de l'écoulement catabatique. Cependant, des biais sont engendrés principalement par l'utilisation de la TSMO en condition aux limites de surface. Malgré la forte résolution spatiale, l'utilisation de la TSMO repousse à seulement z=2 m la perception des termes sources de l'écoulement catabatique par le modèle, alors que la source de l'écoulement atteint son maximum précisément en surface. Les modèles analytiques d'écoulement catabatique (de type Prandtl, qui pourraient aisément être intégrés en conditions aux limites) nécessitent de connaître "a priori" les profils de diffusivité. Ceci implique l'utilisation d'un modèle de turbulence. Le couplage du modèle 1D de surface (précédemment modifié et validé "off-line") est donc proposé pour répondre au manque de description de la physique par les CaL classiques de surface. Le travail préliminaire du couplage est présenté et des solutions sont proposées en perspective.
Author: Quentin Rodier
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Languages : fr
Pages : 211
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Améliorer la représentation de la couche limite stable constitue un des grands challenges de la prévision numérique du temps et du climat. Sa représentation est clé pour la prévision du brouillard, du gel des surfaces, des inversions de température, du jet de basse couche et des épisodes de pollution. De plus, à l'échelle climatique, la hausse de la température moyenne globale de l'air en surface impacte davantage les régions polaires : améliorer la représentation de la couche limite stable est un enjeu important pour réduire les incertitudes autour des projections climatiques. Depuis une quinzaine d'années, les exercices d'intercomparaison de modèles GABLS ont montré que le mélange turbulent dans la couche limite stable est généralement surestimé par les modèles de prévision du temps. En effet, de nombreux modèles intensifient artificiellement l'activité de leur schéma de turbulence afin d'éviter une décroissance inévitable du mélange lorsque la stabilité dépasse un seuil critique en terme de nombre de Richardson gradient. Ce problème numérique et théorique n'est pas en accord avec de nombreuses observations et simulations à haute résolution qui montrent une activité turbulente séparée en deux régimes : un régime faiblement stable dans lequel l'atmosphère est turbulente de manière continue et intense, et un régime très stable dans lequel la turbulence est très intermittente, anisotrope et faible en intensité. Ces travaux de thèse s'articulent autour de deux parties dont l'objectif principal est d'améliorer la paramétrisation de la turbulence dans le modèle atmosphérique de recherche Méso-NH développé conjointement par Météo-France et le Laboratoire d'Aérologie, et dans le modèle opérationnel AROME. Cette étude utilise une méthodologie communément employée dans le développement de paramétrisations qui consiste à comparer des simulations à très haute résolution qui résolvent les structures turbulentes les plus énergétiques (LES) à des simulations uni-colonnes d'un modèle méso-échelle. Plusieurs simulations 3D couvrant différents régimes de stabilité de l'atmosphère sont réalisées avec Méso-NH. Les limites du modèle LES en stratification stable sont documentées. Une première partie répond à la problématique de la surestimation du mélange dans le régime faiblement stable. Une expression originale pour la longueur de mélange est formulée. La longueur de mélange est un paramètre clé pour les schémas de turbulence associés à une équation pronostique pour l'énergie cinétique turbulente. Cette longueur de mélange non-locale combine un terme de cisaillement vertical du vent horizontal à une formulation existante qui repose sur la flottabilité. Le nouveau schéma est évalué dans des simulations 1D par rapport aux LES d'une part ; et dans le modèle opérationnel AROME par rapport aux observations de l'ensemble du réseau opérationnel de Météo-France d'autre part. Une deuxième partie apporte des éléments d'évaluation d'un schéma combinant deux équations pronostiques pour les énergies cinétiques et potentielles turbulentes. En condition stable, le flux de chaleur négatif contribue à la production d'énergie potentielle turbulente. L'interaction entre les deux équations d'évolution permet, via une meilleure prise en compte de l'anisotropie et d'un terme à contre gradient dans le flux de chaleur, de limiter la destruction de l'énergie turbulente dans les modèles. Dans les cas simulés, cette nouvelle formulation ne montre pas un meilleur comportement par rapport à un schéma à une équation pour l'énergie cinétique turbulente car le mécanisme d'auto-préservation n'est pas dominant par rapport au terme de dissipation. Il conviendra d'améliorer la paramétrisation du terme de dissipation dans le régime très stable.
Author: Mohamed Masmoudi
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L'OBJECTIF DE LA THESE A ETE D'ETUDIER A PARTIR DES DONNEES DE QUATRE SODAR DOPPLER: LE CHAMP DE VENT DANS LA COUCHE LIMITE ATMOSPHERIQUE SUR UN TERRAIN COMPLEXE AU COURS DE L'EXPERIENCE MESOGERS 84, POUR LES DIFFERENTS ETATS DE LA COUCHE LIMITE ATMOSPHERIQUE (ETAT CONVECTIF ET ETAT NOCTURNE); LE COMPORTEMENT DES SPECTRES DE LA VITESSE DU VENT HORIZONTAL MOYEN, CELUI DES FONCTIONS DE STRUCTURE SPATIALES ET TEMPORELLES AFIN DE TESTER L'HYPOTHESE DE TAYLOR ET DE DETERMINER LA VITESSE DE TRANSPORT. J'AI MIS EN EVIDENCE LES CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DE L'ECOULEMENT DANS LA COUCHE LIMITE ATMOSPHERIQUE PENDANT LES JOURNEES DES 26, 27 ET 28 SEPTEMBRE CORRESPONDANT A UNE SITUATION DE CIEL CLAIR. PENDANT LA PERIODE CONVECTIVE L'ECOULEMENT PRESENTE UNE HOMOGENEITE HORIZONTALE DANS LA COUCHE DE SURFACE. PENDANT LA PHASE NOCTURNE LA COUCHE LIMITE EST LOIN D'ETRE HORIZONTALEMENT HOMOGENE. LE FLUX DE QUANTITE DE MOUVEMENT AU SOMMET DE LA COUCHE STABLE ASSOCIE A L'EFFET D'ENTRAINEMENT A ETE ETUDIE: UNE RELATION EMPIRIQUE TROUVEE PERMETTANT DE DETERMINER LE FLUX DE QUANTITE DE MOUVEMENT EN FONCTION DU CISAILLEMENT DU VENT MOYEN DANS LA COUCHE D'INVERSION. D'AUTRE PART L'ANALYSE DES SPECTRES D'ENERGIE DE LA VITESSE HORIZONTALE DU VENT PENDANT LES TROIS JOURNEES MONTRE QUE LES SPECTRES D'ENERGIE SUIVENT UNE LOI VOISINE DE 5/3 DANS LA ZONE INERTIELLE. LES FONCTIONS DE STRUCTURE SPATIALES ET TEMPORELLES MONTRENT LA VALIDITE DE L'HYPOTHESE DE TAYLOR: LA VITESSE DE TRANSPORT EST PROCHE DE LA VITESSE MOYENNE DU VENT PENDANT LES 3 JOURS
Author: Laurence Eymard
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Languages : fr
Pages : 200
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UTILISATION DES DONNEES DE RADARS RONSARD. EXAMEN DES PHENOMENES D'ECHELLE ENTRE 1 ET PLUS DE 10 KM. POUR LA CAMPAGNE COPT81, MISE EN EVIDENCE DES PROPRIETES DES STRUCTURES CONVECTIVES ASSOCIEES A DE PETITS CUMULUS; A CETTE ECHELLE, IL APPARAIT QUE LA CONVECTION EST PLUS INTENSE SOUS LES NUAGES QU'EN AIR CLAIR, AINSI QUE L'ENTRAINEMENT PRES DE LA BASE DES NUAGES; UNE ORGANISATION DES CELLULES CONVECTIVES A ETE MANIFESTE EN MODES PREFERENTIELS; INTERPRETATION A L'AIDE D'UNE THEORIE LINEAIRE (MODELE D'ASAI 1972): ROLE ORGANISATEUR D'UN CISAILLEMENT DE VENT, MEME FAIBLE, ET INFLUENCE DE LA STRATIFICATION THERMIQUE SUR LA NATURE DES MODES OBTENUS. IMPORTANCE DES STRUCTURES CONVECTIVES DANS LA MODULATION ET LE TRANSFERT D'ENERGIE: AUGMENTATION DES VARIANCES DE V DU VENT, ET APPARITION D'UN ECOULEMENT SECONDAIRE CARACTERISE PAR UN TRANSPORT DE QUANTITE DE MOUVEMENT SUR L'ECOULEMENT MOYEN. ESTIMATION DU FLUX DE CHALEUR VIRTUELLE: ON MONTRE L'EFFET D'INTEGRATION DES VARIATIONS D'ORIGINE LOCALE SUR LE FLUX MOYEN
Author: FABIENNE.. LOHOU
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Languages : fr
Pages : 207
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JUSQU'A PRESENT LA COUCHE LIMITE ATMOSPHERIQUE (CLA) ETAIT CONSIDEREE COMME LE SIEGE D'UNE TURBULENCE HOMOGENE ET PLEINEMENT DEVELOPPEE. GRACE A CETTE HYPOTHESE ON POUVAIT ALORS EXPLORER LA CLA DE FACON UNIDIMENSIONNELLE. TRAITEES DE FACON STATISTIQUE, LES DONNEES EXPERIMETALES ONT FOURNI UNE EVALUATION DES TRANSFERTS DANS LA CLA ET UNE PARAMETRISATION SIMPLE MAIS EFFICACE UTILISEE DANS LES MODELES NUMERIQUES. POURTANT, ON SAIT DEPUIS LONGTEMPS QU'IL Y A AU SEIN DE LA COUCHE LIMITE DES ORGANISATIONS DONT LA DIMENSION HORIZONTALE PEUT ATTEINDRE PLUSIEURS KILOMETRES. CES ORGANISATIONS NE RELEVENT PAS DE LA TURBULENCE ET LEUR COHERENCE SPATIALE ET TEMPORELLE LES RENDENT DIFFICILES A APPREHENDER PAR UNE APPROCHE STATISTIQUE. EN CONSEQUENCE, ELLES NE SONT PAS PRISES EN COMPTE DANS LES PARAMETRISATIONS ACTUELLES. EXPERIMENTALEMENT, L'ETUDE DE CES ORGANISATIONS NECESSITE UNE VISION TRIDIMENSIONNELLE DE LA CLA. LA CAMPAGNE EXPERIMENTALE TRAC (TURBULENCE-RADAR-AVION-CELLULES), QUI S'EST DEROULEE EN JUIN 1993 DANS LA BEAUCE, ASSOCIAIT LA VISION TRIDIMENSIONNELLE (3D) DU RADAR DOPPLER RONSARD DU CENTRE D'ETUDE TERRESTRE ET PLANETAIRE ET LA VISION IN SITU UNIDIMENSIONNELLE (1D) DE L'AVION MERLIN IV DE METEO FRANCE. CETTE BASE EXPERIMENTALE ASSOCIEE A UNE APPROCHE NUMERIQUE NOUS ONT PERMIS D'ETUDIER LES STRUCTURES ORGANISEES DE LA CLA. LA PREMIERE PARTIE DE L'ETUDE EXPERIMENTALE REPOSE SUR L'APPROCHE STATISTIQUE. LA STATISTIQUE DEDUITE DES DONNEES AEROPORTEES A ETE COMPAREE A UNE STATISTIQUE DE REFERENCE. CETTE COMPARAISON CONFIRME LA NECESSITE D'UNE ETUDE PHENOMENOLOGIQUE DES ECHELLES QUI, PAR LEUR MANQUE DE REPRESENTATIVITE, NE SONT PAS PRISES EN COMPTE DANS L'APPROCHE STATISTIQUE. PAR AILLEURS, LA RESTITUTION DES PARAMETRES TURBULENTS A PARTIR DES DONNEES RADAR EN AIR CLAIR A ETE VALIDEE SUR LA BASE DES DONNEES AVION. LA DEUXIEME PARTIE DE L'APPROCHE EXPERIMENTALE A DONC CONSISTE EN UNE ETUDE PHENOMENOLOGIQUE DES ORGANISATIONS COHERENTES DANS LA CLA. UNE METHODE A ETE DEVELOPPEE POUR METTRE EN EVIDENCE DE FACON OBJECTIVE LE MODE PRINCIPAL DES STRUCTURES ORGANISEES. ELLE EST BASEE SUR L'ANALYSE PAR CORRELATION BIDIMENSIONNELLE DES CHAMPS DE REFLECTIVITE RADAR ET DONNE ACCES A L'EVOLUTION TEMPORELLE ET VERTICALE DES STRUCTURES ORGANISEES. CELLES-CI SONT SOIT DES ROULEAUX HORIZONTAUX SOIT DES CELLULES. LEURS CARACTERISTIQUES SONT COMPAREES A CELLES DE LA CLA DANS LE BUT DE DETERMINER LES PARAMETRES DIRECTEURS DE CES ORGANISATIONS. IL EST CEPENDANT DIFFICILE DE GENERALISER LES RESULTATS OBTENUS A PARTIR DE QUELQUES CAS EXPERIMENTAUX TRES DIVERS. PAR CONTRE, LES CARACTERISTIQUES OBSERVEES PEUVENT SERVIR DE REFERENCE POUR LA VALIDATION DU MODELE, QUI PAR LA SUITE EST UN OUTIL DE QUANTIFICATION ET GENERALISATION. L'APPROCHE NUMERIQUE A D'ABORD CONSISTE A TESTER LA REPONSE DU MODELE A DIFFERENTES CONDITIONS INITIALES DEJA ETUDIEES ANALYTIQUEMENT EN THEORIE LINEAIRE. OUTRE LA MISE EN EVIDENCE DE LA LIMITE DE CES THEORIES DANS DES CAS D'INSTABILITE DYNAMIQUE, CES TESTS ONT PERMIS DE DETERMINER LES PARAMETRES DIRECTEURS DE LA FORMATION DES ORGANISATIONS. ONT ETE TESTES DES PARAMETRES DYNAMIQUES (VENT LINEAIRE OU AVEC POINT D'INFLEXION), THERMODYNAMIQUES (FLUX DE CHALEUR SENSIBLE), AINSI QUE DES CARACTERISTIQUES DE LA CLA COMME SA HAUTEUR. NOUS AVONS ENSUITE UTILISE LES DONNEES EXPERIMENTALES POUR SIMULER UN CAS REEL QUI EN DE NOMBREUX POINTS CONFIRME LE SCHEMA FONCTIONNEL DE LA CLA PROPOSE A L'ISSU DE L'ETUDE EXPERIMENTALE.
Author: Joris Pianezze
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Les milieux complexes sont une source d'incertitude importante notamment lorsqu'il s'agit de développer des modèles climatique ou météorologique. Le développement de la couche limite atmosphérique à l'intérieur d'une vallée encaissée, incluant des vents de vallée et de pente, n'est, par exemple, pas résolu, ce qui a un impact considérable sur la prévision de la convection, du transport de polluants, etc... La simulation des grandes échelles de la turbulence (SGE) est un outil qui a montré sa capacité à reproduire finement les structures turbulentes dans ce type de contextes au travers des approches idéalisées. L'extension de la SGE aux milieux naturels est réalisée dans cette thèse qui s'articule en trois parties. La première partie présente les équations et les notions nécessaires à la compréhension des problèmes de turbulence dans la couche limite atmosphérique. On s'attache à décrire le cadre des lois issues de la théorie des similitudes et le cadre de la turbulence optique. La seconde partie présente des résultats issus de deux simulations idéales dans lesquelles nous comparons les résultats issus de la simulation avec d'une part les lois issues de la théorie des similitudes et d'autre part les données radar disponible lors de la campagne IHOP. L'utilisation d'un maillage raffinée près du sol permet d'améliorer les profils verticaux des champs turbulents en améliorant la prédiction des gradients à l'interface sol/atmosphère. De plus, le profil de couche limite est bien reproduit par les profils du paramètre de structure des fluctuations de l'indice de réfraction de l'air simulé si on compare avec les résultats issus du radar. Globalement, la dynamique des champs turbulents résolus par le modèle reproduise une dynamique et des ordres de grandeurs corrects conformes à nos attentes. Une fois l'évaluation du modèle effectuée, une simulation a été mise en place autour de la campagne d'observation VOTALP située dans le sud de la Suisse. Cette simulation comprend 5 domaines emboités allant de 16 kms de résolution horizontales pour le plus grand domaine à 100m pour le plus petit domaine. L'important dispositif déployé durant la campagne VOTALP située dans une vallée dans le sud de la Suisse a permis de confronter les résultats issus de la modélisation à haute résolution avec ces données d'observation. Les résultats obtenus ont, entre autre, montré que la simulation à haute résolution est un outil adapté pour l'étude des phénomènes de basses couches et notamment la turbulence optique en milieu complexe.
Author: David Lapointe-Thériault
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ISBN: 9780494850930
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Languages : fr
Pages : 173
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