Application d'un modele atmospherique a l'etude des fuctuations d'indice de refraction dans le counche limite PDF Download
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Author: Frederic Mahe
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Languages : fr
Pages : 244
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Author: Frederic Mahe
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Author: Frédéric Mahé
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LA TURBULENCE ATMOSPHERIQUE PEUT LIMITER SERIEUSEMENT LA RESOLUTION DES SYSTEMES D'IMAGERIE, EN PARTICULIER POUR DES SYSTEMES SITUES DANS LA COUCHE LIMITE ATMOSPHERIQUE (CLA). L'OPTIQUE ADAPTATIVE DEVELOPPEE POUR L'ASTRONOMIE SEMBLE ETRE UNE SOLUTION PROMETTEUSE POUR CES APPLICATIONS. DANS CETTE PERSPECTIVE, CE TRAVAIL DE THESE A CONSISTE A MODELISER LE NIVEAU DES FLUCTUATIONS D'INDICE DE REFRACTION DANS LA CLA ET A EVALUER L'IMPACT DES FLUCTUATIONS D'INTENSITE SUR LA MESURE DE FRONT D'ONDE EFFECTUEE PAR UN ANALYSEUR DE HARTMANN-SHACK. DANS UNE PREMIERE PARTIE, LA MODELISATION DES FLUCTUATIONS D'INDICE DE REFRACTION (C 2 N) AVEC LE MODELE ATMOSPHERIQUE MESONH A ETE ETUDIEE. EN EFFET, LA REPARTITION DE LA TURBULENCE OPTIQUE JOUE UN ROLE PRIMORDIAL SUR LE TAUX DE SCINTILLATION. OR LES LOIS DE SIMILITUDE 1D UTILISEES AUJOURD'HUI NE DONNENT ACCES QU'AUX PROFILS DE C 2 N. L'UTILISATION D'UN MODELE METEOROLOGIQUE PERMET DE PRENDRE EN COMPTE LA VARIABILITE SPATIALE DU C 2 N. CES ETUDES SONT EFFECTUEES EN MODE LARGE EDDY SIMULATION (LES) DE FACON A REPRESENTER LA TURBULENCE 3D DE LA COUCHE LIMITE ATMOSPHERIQUE. ELLES MONTRENT L'IMPORTANCE DU SCHEMA SOUS-MAILLE POUR DES APPLICATIONS DE MODELISATION OPTIQUE. LA SIMULATION DE LA COUCHE LIMITE DE SURFACE PAR LES EST EFFECTUEE EN MODIFIANT LE SCHEMA SOUS-MAILLE TURBULENT A L'APPROCHE DU SOL. DANS UNE DEUXIEME PARTIE, L'EFFET DE LA SCINTILLATION SUR L'ANALYSE DE FRONT D'ONDE A ETE EVALUE. CETTE ETUDE EST D'ABORD MENEE DANS LE CAS DES FAIBLES PERTURBATIONS PUIS ETENDUE AU CAS FORTEMENT TURBULENT, PLUS REPRESENTATIF DE LA COUCHE LIMITE ATMOSPHERIQUE. POUR CELA, UNE SIMULATION NUMERIQUE DE LA PROPAGATION OPTIQUE EN ONDE SPHERIQUE A ETE DEVELOPPEE.
Author: Joris Pianezze
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Languages : fr
Pages : 0
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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: Jana Kordova-Vyhnalikova
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Languages : en
Pages : 233
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CE MEMOIRE CONCERNE LA DISPERSION TURBULENTE DE PARTICULES LOURDES AU SEIN D'UNE COUCHE LIMITE TURBULENTE. POUR CE FAIRE, UN MODELE EULERIEN D'ECOULEMENT PORTEUR A ETE COUPLE A UNE APPROCHE LAGRANGIENNE DE TRAJECTOGRAPHIE. LA PREMIERE ETAPE DANS L'ETUDE DU COMPORTEMENT DISPERSIF DE PARTICULES EST DE DISPOSER D'UNE DESCRIPTION SUFFISAMMENT PRECISE DE L'ECOULEMENT PORTEUR. LE MODELE EULERIEN PIAPBLM EST CONCU POUR SIMULER LES ECOULEMENTS TURBULENTS DE TYPE COUCHE LIMITE ATMOSPHERIQUE. CE MODELE A ETE MODIFIE POUR DECRIRE L'ECOULEMENT DE LA COUCHE LIMITE CLASSIQUE. IL A ETE COMPLETE PAR DES RELATIONS ALGEBRIQUES DEDUITES D'UNE FERMETURE AU SECOND ORDRE POUR PRENDRE EN COMPTE L'ANISOTROPIE DU FLUIDE PORTEUR ET POUR DECRIRE L'ECOULEMENT DE LA SOUS-COUCHE VISQUEUSE ET DE LA ZONE DE TAMPON. LA DEUXIEME ETAPE DE CETTE ETUDE CONCERNE LE MODELE DE TRAJECTOGRAPHIE UTILISANT UNE APPROCHE STATISTIQUE POUR LA PREDICTION DES CARACTERISTIQUES DE LA PHASE DISPERSEE. LES MODIFICATIONS APPORTEES AU MODELE CONCERNE LA SIMULATION DE LA PARTICULE FLUIDE EN RESOLVANT L'EQUATION DE LANGEVIN, LA FORCE DE PORTANCE DUE AU CISAILLEMENT, L'INFLUENCE DE LA PROXIMITE DE LA PAROI ET LES COLLISIONS PARTICULE-PAROI. LE MODELE EULERIEN-LAGRANGIEN A ETE VALIDE EN COMPARANT SES RESULTATS A CEUX D'UNE EXPERIENCE RECENTE REALISEE DANS UNE SOUFFLERIE DE TYPE EIFFEL. LES PROFILS SIMULES DE LA VITESSE MOYENNE DU FLUIDE SONT EN ACCORD AVEC LES PROFILS EXPERIMENTAUX. ON A OBSERVE L'INFLUENCE DE LA FACON DE SIMULER LA PARTICULE FLUIDE (LIEE AVEC LE PROBLEME DE LA TURBULENCE VUE PAR LA PARTICULE LOURDE) SUR LES PROFILS DE VITESSE MOYENNE ET DES ECARTS-TYPES DE LA VITESSE FLUCTUANTES DES PARTICULES LOURDES. LA COMPARAISON AVEC UNE EXPERIENCE REALISEE EN SOUFFLERIE EST CONCLUANTE. AVANT SON APPLICATION A L'OUTIL METEOROLOGIQUE, UNE ETUDE ATMOSPHERIQUE A ETE EFFECTUEE EN SUPPOSANT LA COUCHE LIMITE ATMOSPHERIQUE DANS LES CONDITIONS DE STRATIFICATION STABLE.
Author: Anurag Dipankar
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Languages : en
Pages : 135
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Cette thèse traite du couplage de la simulation des grandes échelles (LES) à la propagation des ondes électromagnétiques dans la couche limite atmosphérique. La simulation de la couche limite de convection avec des nuages de faible altitude de type cumulus a été effectuée, et les donnés ont été post-traitées pour la propagation d'ondes électromagnétiques (EM) dans le domaine simulé. La première partie de la thèse porte sur la validation du code LES avec pour trois différentes types de conditions atmosphériques. Les données correspondants à la convection des nuages de faible altitude de type cumulus sont ensuite post-traitées pour obtenir les quantités temporelles d'intérêt pour la modélisation de propagation d'ondes EM. Ces quantités sont les suivantes: la distribution instantanée des indices de réfraction, paramètres locaux de la fonction de structure de l'index de réfraction, échelle caractéristique des structures les plus énergétiques, et échelle caractéristique des échelles dissipatives non résolues. La deuxième partie de la thèse porte sur l'application de ces quantités dans la modélisation de propagation de: ondes radio, ondes optiques, et tourbillons optiques. Une nouvelle méthode a été développée pour étudier la dispersion des ondes radio dans l'atmosphére turbulente. Cette nouvelle méthode établit l' importance des fluctuations des grandes échelles sur les fluctuations de la phase des ondes radio. Il a été démontrée, via des exemples numériques, que le caractére instationnaire de ces quantités influesur la propagation des ondes optiques.
Author: Ming Zhong (photographe).)
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Languages : fr
Pages : 0
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Un suivi continu des flux de la couche limite atmospherique necessite une estimation de l'evapotranspiration tant pour les jours de ciel clair que pour les jours nuageux. L'etude presente s'integre dans le cadre de l'application d'un modele de couche limite sol/vegetation/atmosphere en utilisant le plus d'informations satellitaires possibles (deduites des donnees du satellite noaa-7): temperature radiative infrarouge, rayonnement net de surface et nebulosite. Un algorithme reliant le rayonnement net de surface, le rayonnement solaire global et la nebulosite a ete mis au point en se basant sur le formalisme de nielsen et al. (1981). La modification du modele de couche limite de taconet et al. (1986) conduit a la possibilite de suivre l'evolution des flux de surface d'une facon continue, non seulement dans le cas de ciel clair mais aussi dans le cas de presence de nuages
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: Olivier Geoffroy
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Languages : fr
Pages : 192
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Les nuages de couche limite sont une composante importante du système climatique terrestre de part leur rôle dans le bilan radiatif planétaire, la circulation générale, le cycle de l'eau et leur sensibilité au forçage aérosol (premier et second effet indirect des aérosols). La précipitation est un des processus clé pilotant leur évolution, la transition entre les différents régimes, et est le principal processus mis en jeu dans le second effet indirect des aérosols. La rétroaction radiative des nuages ainsi que le forçage des aérosols constituent tout deux des incertitudes majeures dans les études de changements climatiques. L'objectif de cette étude est d'améliorer la représentation de la formation des précipitations dans les stratocumulus et plus particulièrement évaluer sa sensibilité au forçage des aérosols, à partir de simulations LES. Dans ce but, le modèle méso-NH a été couplé avec des paramétrisations bulk de la microphysique parmi les plus sophistiqués, basés sur le schéma bulk à deux moments de Khairoutdinov and Kogan (2000) (KK00).
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Category : Astronomy
Languages : en
Pages : 758
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Author: Catherine Rio
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Languages : fr
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L’objectif principal de cette thèse est d’améliorer la représentation du cycle diurne des nuages convectifs dans les modèles de circulation générale atmosphérique grande-échelle. La sous-estimation des nuages bas, le déclenchement prématuré des précipitations convectives ainsi que leur arrêt prématuré en fin de journée sont des biais communs à la plupart des modèles de climat. L’amélioration de ces différents aspects passe notamment par une représentation plus réaliste des mouvements convectifs de la couche limite atmosphérique. Pour cela, les processus en jeu dans la turbulence de couche limite, la convection sèche et nuageuse, peu profonde et profonde, sont d’abord étudiés à l’aide d’observations et de simulations haute résolution. Cela permet d’établir les hypothèses à la base de la paramétrisation que l’on souhaite développer. Pour essayer de prendre en compte toutes les échelles de turbulence observées dans la couche limite convective, on combine à un schéma diffusif classique une paramétrisation en flux de masse représentant les structures cohérentes de la couche limite : le modèle du thermique nuageux. Le schéma est principalement testé dans une version unicolonne du modèle LMDZ, développé au Laboratoire de Météorologie Dynamique, sur des cas particuliers de convection continentale, sèche et nuageuse, peu profonde et profonde, et évalué à partir d’observations et de simulations haute résolution. La représentation explicite d’un panache ascendant entraînant et détraînant, ainsi que d’une subsidence compensatoire dans l’environnement, permet d’améliorer le cycle diurne de la couche limite et des cumulus qui se forment par beau temps. Cette meilleure représentation des nuages de couche limite a par ailleurs des répercussions sur le cycle diurne de la convection plus profonde associée aux orages et prise en compte par une paramétrisation indépendante. Le contrôle du déclenchement et de l’intensité de la convection profonde par les processus dits sous-jacents, de couche limite d’une part et liés à la formation de poches froides sous le système convectif précipitant d’autre part, permet de retarder le déclenchement des précipitations de plusieurs heures et de les maintenir plus tard dans la soirée. Enfin, les développements effectués sont adaptés à la représentation de la convection induite par les feux de biomasse dans les Tropiques. Initialisé par les caractéristiques des feux dans ces régions, le modèle du thermique nuageux devient celui du pyro-thermique nuageux, avec des panaches qui restent confinés dans la couche limite mais peuvent aussi percer jusqu’à la moyenne troposphère. Les différentes paramétrisations évoquées sont destinées à faire partie de la nouvelle version 3D de LMDZ, en vue des simulations climatiques à effectuer dans le cadre du prochain rapport du Groupe d’experts Intergouvernemental sur l’Evolution du Climat (GIEC).
