Amélioration de la fermeture du bilan de l'énergie 2mm ... · Motivations-Rappels EBEX-2000 Résultats-EBEX Conclusion EBEX-2000/StJoaquinValleyCalifornie/Oncleyet al. (2007) Page

Amélioration de la fermeture du bilan de l’énergiegrâce au calcul du flux turbulent de l’enthalpie.

par Pascal Marquet (Météo-France / CNRM-GMAP-Proc)

+ Guylaine Canut et William Maurel (CNRM-GMEI)

+ données EBEX-2000 (UCAR/NCAR-Earth ObservingLaboratory)

AMA-2019 (Toulouse, 13 mars 2019)

Motivations-Rappels EBEX-2000 Résultats-EBEX Conclusion

Plan de l’exposé :

Page 0/ 15 BILAN DE L’ENERGIE : FLUX D’ENTHALPIE

1) Rappel des AMA (2015-2016) sur le flux d’enthalpie

2) Une première évaluation pour Météopole-Flux(note WGNE 2018 avec G. Canut et W. Maurel)

3) La campagne EBEX-2000 (Oncley et al., 2008)

4) Résultats pour EBEX-2000

5) Conclusions-Perspectives


Exposés AMA 2015 et 2016


(1/5) Bilan de l’énergie de l’atmosphère ? (“TOA - SURF”)




(2/5) En fait : le flux de l’enthalpie en surface !




(3/5) Questions : quelle enthalpie ? quel flux de l’enthalpie ? (air clair)




(4/5) Question : quelle signification physique pour ce Lh(T) ?


Exposés AMA 2015 et 2016 :


(5/5) Question : quelles valeurs numériques pour ce Lh(T ) ?










Note WGNE 2018 (P. Marquet, G. Canut , W. Maurel)


Fermeture du bilan de l’énergie pour Météopole-Flux (CNRM) ?

• un flux latent plus élevé (+6%)• un flux total plus faible (−4%)• dans le bon sens, mais bilan loin d’être fermé ...• impacts des autres sources d’erreur et hypothèses :

G = 0 ; stockages dans sol ? végétation ? air ? ...⇒ recherche d’un cas plus probant ?










EBEX-2000 / St Joaquin Valley Californie / Oncley et al. (2007)


Moyennes spatiales et dans le temps + G + stockages + advections ...


EBEX-2000 / en Californie / Oncley et al. (2007)


Variabilités spatiale et temporelle ?

• canopée (coton) à 1 m versus flux à 4.7 m• 8 à 10 stations ; un pavé de 300 m x 1200 m• 2 périodes (17 juillet au 26 aout) : 41 jours


EBEX-2000 / en Californie / Oncley et al. (2007)


Une variété d’instruments (après inter-comparaisons) :












Bilans moyens sur 41 jours : ↓ pour chaque sites (1 à 9) et ↓ en moyenne

• fort résidu R de 40 à 70 W/m2

• un latent élevé > 400 W/m2

• +6 % ⇒ +24 W/m2 et R/2 ?

• Un “residuum” avec un cycle diurne : remplacement par Lh > Lv dans le bon sens ?




Bilans (41 jours tous sites) : ↓ OLD avec Lv(T) ; ↓ NEW avec Lh(T)

• Oui : le remplacement par Lh > Lv diminue le résidu Res• Et avec Res-new sans cycle diurne : davantage dans l’esprit “erreurs” / “oubli” ?• ... mais faisons un zoom pour comparer ces résidus...




Bilans (41 jours tous sites) : ↓ OLD avec Lv(T) et NEW avec Lh(T)

• Maxis ≈ 80 W/m2 → 40 W/m2 à 11 h• Bilan ≈ équilibré la nuit ≈ −10 W/m2

• Meilleur bilan l’après-midi < 20 W/m2

En moyenne des 41 j et 8/10 stations :• Lv .E ≈ 154.7 et Lh.E ≈ 167.3 W/m2

soit +12.6 W/m2 ou +8 % (latent)• et pour le Résidu (moyen) :

+21.3→ +8.7 W/m2 ; ou −59 % !impact important : −12.6 W/m2 !

• Calculs pour les flux et les corrections “majeures” : humidité sur T-soniques ;absorption UV sur hygromètres ; Webb sur E ; spatial-corr. soniques-hygromètres ;G incluant tout les flux sous le sommet de la canopée (storage sols+veg+air) ;• .... mais ∃ autres corrections “mineures” : div.vert. + adv.hor. + photo-synth. ?




Bilans (41 jours tous sites) : ↓ OLD versus NEW ↓ + [ “minor terms” ]

• Impacts des corr. “mineures” : −12.2 W/m2 en moy. ! (−40 W/m2 à 15 h !)(div.vert. −0.15 W/m2 ; adv.hor. −4.5 W/m2 ; photo-synth. −7.5 W/m2)

- OLD avec Lv(T) : +21.3 W/m2 → +9.1 W/m2

- NEW avec Lh(T) : +8.7 W/m2 → −3.5 W/m2 !










Conclusions-Perspectives (1)


Non-fermeture du bilan de l’énergie (EBEX-2000) :- en partie due au besoin de remplacer Lv(T) et Ls(T) par Lh = hv − hd

- et à son utilisation en facteur du flux d’évaporation (E ) : Lh(T)× E

- modifs importantes du bilan : −40 W/m2 loc. / −12 W/m2 moyen- pour moi, cela valide le choix des origines pour hv(T) et hd (T) à 0 K

Autres études expérimentales :- Lamasquère (A. Brut) / ANR-MOSAI ? / F. Lohou- Météopole-Flux (G. Canut, W. Maurel) / flux-sol G + minor ?- Et facile à tester dans tous les cas (SIRTA ; CABAUW ; ...) :

Lv(T) ≈ 2501 + (cpv − cl ) (T − T0)Lh(T) ≈ 2603 + (cpv − cpd ) (T − T0)


Conclusions-Perspectives (2)


Bilan de l’énergie des modèles (NWP / GCM) ?- on connaît H = ρw ′T ′ et E = ρw ′q′

v (bulk surface ; turb altitude)

- pour les équations de T ou de Tsurf : utiliserle flux sensible cp × H et les flux latents Lv × E ou Ls × E

- mais pour les bilans de l’énergie : utiliser cp × H et Lh × E

Explication de ce mystère : des équations différentes !

- bilan d’énergie (d’enthalpie) : dhdt

= (. . .) −1ρ~∇.

(∑k

hk ~Jk

)

- Eq. de T (MSE) : d(cpT + L0v qv )

dt= (. . .) −

1ρ~∇.

(L0

v~Jv +

∑k

cpk T ~Jk

)- on ne peux pas équilibrer les deux à la fois (ou erreurs compensatoires...)- donc actuellement : on ferme mal les bilans ! (atm/surf/océans/...)


Merci : questions ?


- bilan d’énergie (d’enthalpie) :dhdt

= (. . .) −1ρ~∇.

(∑k

hk ~Jk

)

- Eq. de T (MSE) :d(cpT + L0

v qv )dt

= (. . .) −1ρ~∇.

(L0

v~Jv +

∑k

cpk T ~Jk

)

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