Conséquences physiques des mesures du

nombre de Lewis turbulent à partir d’observations

(MétéopoleFlux ; Cabauw) et d’une LES (cas IHOP)

Ateliers de Modélisation de l’Atmosphère

Toulouse, le 2 février 2017

Pascal MARQUET, Rachel HONNERT Météo-France. CNRM-GMAP

William MAUREL Météo-France. CNRM-GMEI

Plan

1

3

2

Modèle numérique : LES-IHOP

Mesures instrumentales : Météopole-Flux / Cabauw

4 Résumé - Perspectives

Turbulence de l’air humide : motivations / Nombre de Lewis ?

Plan

1

3

2

Modèle numérique : LES-IHOP

Mesures instrumentales : Météopole-Flux / Cabauw

4 Résumé - Perspectives

Turbulence de l’air humide : motivations / Nombre de Lewis ?

Taylor (1915) Richardson (1919)

Proc. Roy. Soc. London. Vol 96. pp.9-18

Mélanges turbulents de

l’air humide pour :

• l’eau totale qt

• l’entropie s ( s )

• le vent horizontal (u, v)

1

Turbulence humide : utilisation de s ?

zKw lhl ''

zqKqw twt ''

On pose en

général : wh KK Nombre de Lewis

Let = Kh / Kw = 1

2

Turbulence humide : utilisation de s ?

zKw sss ''donc, Richardson voudrait :

tls q exp )6( Marquet (2011, 1er ordre) :

Et pourtant, l’entropie vaut :

zKw lhl ''

zqKqw twt ''

On pose en

général : wh KK Nombre de Lewis

Let = Kh / Kw = 1

2

Turbulence humide : utilisation de s ?

''''exp'' tslts qwwqw Flux verticaux :

Gradients : z

q

zq

z

ts

lt

s

exp

zKw sss ''

tls q exp )6( Marquet (2011, 1er ordre) :

zKw lhl ''

zqKqw twt ''

On pose en

général : wh KK

Et pourtant, l’entropie vaut :

Nombre de Lewis

Let = Kh / Kw = 1

donc, Richardson voudrait :

2

Turbulence humide : utilisation de s ?

tls q exp )6(

zKw lhl ''

zqKqw twt ''zKw sss '' quelles

différences ?

3

Turbulence humide : utilisation de s ?

tls q exp )6(

On obtient au final : z

qKK

zKw t

lwsl

sl

''

zKw l

hl

''à comparer avec :

semblables ssi : hs KK ws KK Lets = Ks / Kw = 1 ?

“sur/contre ↑ gradient” ?

si Ks ≠ Kw

zKw lhl ''

zqKqw twt ''zKw sss ''

Nombre de Lewis

quelles

différences ?

QUESTION :

3

Plan

1

3

2

Modèle numérique : LES-IHOP

Mesures instrumentales : Météopole-Flux / Cabauw

4 Résumé - Perspectives

Turbulence de l’air humide : motivations / Nombre de Lewis ?

P. Marquet (GMAP) & W. Maurel (GMEI) / DEPHY2 2016

Anémomètre sonique Gill

(u’, v’, w’, T’sonique)

Analyseur rapide Licor-7500

(c’CO2 , q’V)

Météopole-Flux

CNRM/GMEI

4

P. Marquet (GMAP) & W. Maurel (GMEI) / DEPHY2 2016

Lets

2014- 2016

(1) (1)

Météopole-Flux CNRM/GMEI

- On a : < 1 la nuit ; maxi le matin ;

décroissance diurne ?

h (GMT)

5

P. Marquet (GMAP) & W. Maurel (GMEI) / DEPHY2 2016

Lets / janvier 2016

Lets / août 2016

Lets

2014- 2016

(1) (1)

(1)

(1) (1)

(1)

Météopole-Flux CNRM/GMEI

h (GMT)

h (GMT)

- On a : < 1 la nuit ; maxi le matin ;

décroissance diurne ?

5

- disparités mensuelles pour Lets

P. Marquet & F. Bosveld (KNMI) 2013-2016

Cabauw masts / KNMI

(213 m + 2 x 20 m)

6

P. Marquet & F. Bosveld (KNMI) 2013-2016

Cabauw masts / KNM

h (GMT)

Lets

2002 - 2010

(1) (1)

Lets / février

Lets / juillet

(1)

(1)

h (GMT)

- On a : < 1 la nuit ; maxi le matin ;

décroissance diurne ?

- disparités mensuelles pour Lets

7

Comment aller plus loin : calculs du Nombre Lets ?

zKw s

ss

''

z

qKqw t

wt

''

wsts KKLe / tls q exp

z

qLe

zLeKw t

ltsl

tswl

1''

Richardson (1919)

Pr)/( Sc

Marquet (2011)

8

zKw s

ss

''

z

qKqw t

wt

''

wsts KKLe / tls q exp

z

qLe

zLeKw t

ltsl

tswl

1''

Richardson (1919)

si vraiment Lets ≠ 1 en fait il

faut revisiter “CBR” : revenir

à Sommeria (1976) et RS81 …

tsLe

Pr)/( Sc

Comment aller plus loin : calculs du Nombre Lets ?

Marquet (2011)

8

zKw s

ss

''

z

qKqw t

wt

''

wsts KKLe / tls q exp

z

qLe

zLeKw t

ltsl

tswl

1''

Richardson (1919)

si vraiment Lets ≠ 1 en fait il

faut revisiter “CBR” : revenir

à Sommeria (1976) et RS81 …

tsLe

ze

LY s

s

2

Pr)/( Sc

3 constantes ( A A B )

plus 2 variables clefs

( nombres de Redels.) z

q

e

LY t

q

2

Comment aller plus loin : calculs du Nombre Lets ?

Marquet (2011)

8

z

q

e

LY t

q

2

Météopole-Flux: juin 2016

h (GMT)

(1)

(0)

(0)

ze

LY s

s

2

tsLe

Comparaison théorie / observations ?

L R.M.C.-2001

(mais sans “HCLP”…)

e : fourni par

eddy-correl.

9

qY

sY

qY

sY

tsLeMétéopole-Flux : 2014 à 2016

… décevant : calculs de « L » et « e » ?

autre possibilité : étude des LES ? z

X

e

LYX

2

),( qsts YYLe ),( qsts YYLe

Comparaison théorie / observations ?

(moyennes mensuelles) (toutes)

10

Plan

1

3

2

Modèle numérique : LES-IHOP

Mesures instrumentales : Météopole-Flux / Cabauw

4 Résumé - Perspectives

Turbulence de l’air humide : motivations / Nombre de Lewis ?

LES du cas IHOP (ARM-USA-2002) / qv ≠ 0 / ql = qi = 0

Couvreux et al. (2005) / R. Honnert 2016

11

LES du cas IHOP (ARM-USA-2002) / qv ≠ 0 / ql = qi = 0

Couvreux et al. (2005) / R. Honnert 2016

Kh Ks Kw

Calculs de Kh instables : contre-gradients avec …

Calculs de Ks partout possibles : s = OK !

On peut donc calculer : Lets = Ks / Kw (…/…)

11

Marquet / Honnert (2016)

Couvreux et al. (2005) / R. Honnert 2016

Lets Lets

LES du cas IHOP (ARM-USA-2002) / qv ≠ 0 / ql = qi = 0

12

z

q

e

LY t

q

2

tsLe

ze

LY s

s

2

encourageant : calculs

de « L » et « e » plus

robustes ? chercher les

3 constantes ( A A B ) ?

LES du cas IHOP (ARM-USA-2002) / qv ≠ 0 / ql = qi = 0

13

Plan

1

3

2

Modèle numérique : LES-IHOP

Mesures instrumentales : Météopole-Flux / Cabauw

4 Résumé - Perspectives

Turbulence de l’air humide : motivations / Nombre de Lewis ?

Conclusions - Perspectives

Richardson (1919) / Marquet (2011) : turbulence sur s

Travaux DEPHY2 ANR « HIGTUNE » (Fleur Couvreux)

paramétrisation de Lets en fonction de Ys et Yq

14

Conclusions - Perspectives

Richardson (1919) / Marquet (2011) : turbulence sur s

Dans les LES : séparer les flux turbulents des thermiques

(traceurs + balayer les LES de HIGH-TUNE…)

Travaux DEPHY2 ANR « HIGTUNE » (Fleur Couvreux)

paramétrisation de Lets en fonction de Ys et Yq

Pbs mesures de “L” via “HCLP” dans les observations ?

Valider les calculs théoriques de Lets (Ys ,Yq)

14

Merci – Questions ?