Impact des effets thermiques sur la turbulence atmosphérique Approches numérique et expérimentale

Impact des effets thermiques sur la turbulence atmosphérique

Approches numérique et expérimentale

Au programme

1. Problématique

2. Solutions envisagées

3. Premiers test réalisés

4. Perspectives

1. Problématiqueen Couche Limite Convective sèche

Réglage préliminaire de

la longueur de mélange

CL convective sèche

Gradient de

) - ('' z

Kw

θ=0.5K

θ

1km

0

Introduction d’un contre-gradient

Pour y remédier:

Equations de base

zww

zzW

t''2'²''²'²

tendance

advection

gradient du momentd’ordre 3

PD de

dissipation

Dans modèle actuel, moments d’ordre 3 NEGLIGES

Bilan de ’²

1D sans moment LES référence

DissipationProduction dynamiqueTransport turbulent

) - ('' z

Kw

θ=0.5K

θ

1km

0

Introduction d’un contre-gradient

Implémenter les moments turbulents d’ordre 3

dans le modèle de turbulence ''²et '²' ww

''²,'²' wwf

2. Solutions envisagées

Pour y remédier:

Formulations « simples » testées

Fittées sur

des simulations

de références

(LES)W’’² W’²’

d(W’’²)/dz d(W’²’)/dz

3. Premiers tests réalisés

Cas de couches limites convectives sèches

NIEUWSTAD

AYOTTE

atmosphère convective sèchesans vent

flux faible (Qs=0.06 K.m.s-1)

plusieurs cas d’atmosphère convective sèchezone d’inversion plus ou moins forteavec ou sans vent

différents flux (Qs=[0.03 à 0.24 K.m.s-1])

Simulations 1D

Gradient de

Cas d’Ayotte sans vent

1D sans moments 1D avec moments LES

Bilan de ’² et W’’

Productiondynamique

Dissipation

Transportturbulent

Productiondynamique

Presso-corrélation

Productionthermique

Transportturbulent

z/zi

z/zi

Profil initialLESSans moment 1LSans moment 2LmilieuAvec moments 2Lmilieu

Z(m

)

RMV(g.kg-1)

Cas IHOP (Fleur Couvreux)

Cas de couches limites convectives humides

5. Perspectives

Implémentation de W’²’ et W’’²

Cas d’atmosphèrefortement

convective sèche

Amélioration des simulations 1D

Cas d’atmosphèreconvective humide

Trop de nuages

Turbulence trop active

Augmentation de la longueur de mélange

Amélioration du profil de

• Conclure sur les paramétrisations « simples »:# tests sur des cas d’atmosphères humides en 1D

# tests sur des cas réels en 3D à 2.5km

• Implémenter la formulation en flux de masse pour les moments d’ordre trois

• Etude sur le cas d’atmosphère neutrevia une expérience en veine, motivations:

# w² <<(u²,v²) hyp. d’anisotropie à revoir# diagnostique de la longueur de mélange# développements et transitions de CL non validés

Quantités à mesurer

12

1: caractériser les conditions initiales et la turbulence amont

2: mesures au sein de la CL neutre

2 plus en détail pour estimerdissipation TKE e

longueur de dissipation l

taille des tourbillonslm(z,x)

longueur intégrale

production dynamique

gradients (/z ; /x)des quantités moyennes etturbulentes (flux, varianceset moment d’ordre3)

flux (ui’uj’)

variances (ui’²)

équations d’évolution

STOP ICI

Influence de la longueur de mélange

θθ

1L 2L

Influence de la longueur de mélange

1L 2L

θ θ

Influence du coefficient d’échange de TKE

CTKE=0.4 CTKE=0.2z

eelew

TKEC''

''w ''w

Bilan de ’² et W’’

Cas d’Ayotte avec vent

• Ok en sec mais pb en humide cf IHOP

• Et c’est la même sur BOOMEX!

Simulation à 1000m:

Mauvaise paramétrisation du flux de température

Fort gradient de température entre

le sol et le haut de la CLA

Création de mouvements explicites irréalistes

FG

Pour stabiliser, FG de différentes façons:

passage des flux d’un pas de temps à l’autre

méthode itérative

méthode itérative + stabilisation par Laplacien

Sans itérations t~ 0,1s

'²

Prémisses d’une étude de stabilité:

);;²

²(

2

3

3

4

4

zzzzf

t

Termes linéaires en stable pour st 24

4

z

Or

st 60quesatmosphéri ssimulation

LES: domaine: 5000m*5000m*2000m mailles : durée : 7725s C.I : profil imposé en sans vent Qs=0.24Kms-1

mzmyx 21 52

3. Premiers tests réalisés Cas de couches limites convectives sèches

LES: domaine: 6400m*6400m*2400m mailles : durée : 12050s C.I : profil imposé en Qs=0.06Kms-1

mzmyx 60 160

CUXART

AYOTTE