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Couche limite atmosphérique Chapitre I - Définition de la couche limite - Comparaison entre l’atmosphère libre et la couche limite - Le vent dans la couche limite - Variables thermodynamiques - La structure de la couche limite sur les continents - Couche limite convective diurne - Couche limite nocturne - Turbulence et hypothèse de Taylor - Étude de la couche limite : approches - Applications

Couche limite atmosphérique

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Couche limite atmosphérique. Chapitre I - Définition de la couche limite - Comparaison entre l’atmosphère libre et la couche limite - Le vent dans la couche limite - Variables thermodynamiques - La structure de la couche limite sur les continents - Couche limite convective diurne - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: Couche limite atmosphérique

Couche limite atmosphérique

Chapitre I- Définition de la couche limite- Comparaison entre l’atmosphère libre et la couche limite- Le vent dans la couche limite- Variables thermodynamiques- La structure de la couche limite sur les continents

- Couche limite convective diurne- Couche limite nocturne

- Turbulence et hypothèse de Taylor- Étude de la couche limite : approches- Applications

Page 2: Couche limite atmosphérique

Définition de couche limite

Couche limite : la couche atmosphérique où les effets de la surface se font sentir dans une échelle de temps de moins d ’une heure ...

Page 3: Couche limite atmosphérique

Définition de la couche limite : caractéristiques de la couche limite

Lawton, Oklahoma

Page 4: Couche limite atmosphérique

Définition de la couche limite : caractéristiques de la couche limite

Les changements observés dans la couche limite sontdus aux phénomènes de transport

Le transport turbulent est trèsimportant dans la couche limite

Page 5: Couche limite atmosphérique

Définition de la couche limite : nuages de couche limite

Les cumulus de bon temps

Page 6: Couche limite atmosphérique

Définition de la couche limite : nuages de couche limite

Les brouillard

Page 7: Couche limite atmosphérique

Définition de la couche limite : nuages de couche limite

Les strato-cumulus

T

h

adiabatique mouillée

adiabatique sèche

inversion

1ÞC/100m

0,6ÞC/100m

0,3ÞC/100m

Page 8: Couche limite atmosphérique

Couplage entre la couche limite etl’atmosphère libre : orages

Phénomène de meso échelle

Change les caractéristiquesde la couche limite … pourquoi ?

Page 9: Couche limite atmosphérique

Le vent dans la couche limite:types d’écoulement

Écoulement moyen transport par advection u

Écoulement turbulent + ondes transport turbulent'u

'u u u

Page 10: Couche limite atmosphérique

Turbulence : écoulement laminaire versus turbulent

Page 11: Couche limite atmosphérique

Turbulence :origines de la turbulence

2

2

Forces d'inertie~

forces de viscosité( / )

~ ~( / )

e

e

u uR

uU L U UL

RU L

2

3

12

II V

IVI VIIII

g up ut

u uuu

2

3

12

II V

IVI VIIII

g up ut

u uuu

Équation de conservation de quantité de mouvement (Navier Stokes)

Page 12: Couche limite atmosphérique

Turbulence: types de turbulence

Turbulence dynamique

Turbulence thermique

Selon les forçages on a:

1g p

1g p

u uu u

advection

flottabilité

Page 13: Couche limite atmosphérique

Turbulence: forçages

Transfert de chaleur

Cisaillement du vent

Page 14: Couche limite atmosphérique

Turbulence : forçages

Cisaillement du vent

Les petits tourbillons caractéristiques de la couche limite se forment par plusieurs procédés:

Le longue d ’une région de cisaillement -->>

Dans une région de cisaillement les vents changent rapidement d ’intensité où de directions

Page 15: Couche limite atmosphérique

Turbulence :couche limite dynamique

Page 16: Couche limite atmosphérique

Turbulence :couche limite dynamique

Page 17: Couche limite atmosphérique

Turbulence:forçages Instabilité thermique

Sommet de la CLA

Page 18: Couche limite atmosphérique

Turbulence :couche limite thermique

Page 19: Couche limite atmosphérique

Turbulence: hypothèse de Taylor

0T dT

u Tt dt

0

T dTu T

t dt

T TM

t x

T TM

t x

Les mesures temporelles sont équivalentesaux mesures spatiales.

Page 20: Couche limite atmosphérique

Turbulence :applicabilité de l’hypothèse de Taylor

2M

M 2M

M

2/1222M

2/1222 et wvuWVUM

L’écart type des fluctuations sont une mesure del’intensité de la turbulence. Si la vitesse moyenneest supérieur au double de l’écart type des fluctuationsl’hypothèse de Taylor est applicable.

Page 21: Couche limite atmosphérique

Variables thermodynamiques :quelques rappels

Température virtuelle 1 0.61v sat liq glaceT T q q q 1 0.61v sat liq glaceT T q q q

Température potentielle0.286

0pTp

0.286

0pTp

Énergie statique sèche pd pdc c T gz pd pdc c T gz

Équilibre hydrostatique dp dz gdp dz g

Page 22: Couche limite atmosphérique

Température potentielle versus température

?

Température virtuelle versus température

Variables thermodynamiques :quelques rappels

Page 23: Couche limite atmosphérique

La structure de la couche limite :hauteur de la couche limite ?

Page 24: Couche limite atmosphérique

La structure de la couche limite :évolution diurne de la CLA

Page 25: Couche limite atmosphérique

La structure de la couche limite : Évolution diurne de la CLA: région anticyclonique

Page 26: Couche limite atmosphérique

La structure de la couche limite : Évolution diurne de la CLA: région anticyclonique

Discussion : couche limite sur les océans ?

Page 27: Couche limite atmosphérique

La structure de la couche limite : Couche limite convective ou couche de mélange

Page 28: Couche limite atmosphérique

La structure de la couche limite : profils typiques de la CLA pendant le jour

Page 29: Couche limite atmosphérique

La structure de la couche limite : couche limite nocturne ou stable

SBL

RL

EZ = zone d’entraînement

FA

FA = atmosphère libre

RL = couche résiduelle

SBL = couche stable limite nocturne

EZ

Page 30: Couche limite atmosphérique

La structure de la couche limite : Profils typiques de température et de vent dans la CLA nocturne

Page 31: Couche limite atmosphérique

La structure de la couche limite : panaches de fumée et évolution de la CLA

Page 32: Couche limite atmosphérique

Étude de la couche limite et micrométéorologie

Méthodes stochastiques

Théorie de la similitude

Classification phénoménologique

Page 33: Couche limite atmosphérique

Étude de la couche limite et micrométéorologie

Méthode expérimentale

- mesures atmosphériques directes- simulation en laboratoire

Simulation numérique (méthode stochastique)

Page 34: Couche limite atmosphérique

Qualité de l’air :

• Transport et diffusion des polluants;

• déposition des polluants sur la surface terrestre et surfaces d’eau;

• prévisions de qualité d’air locale ou régionale;

• sélection des sites d’emplacement des usines et d’autres sources de pollution;

• sélection de sites de surveillance de qualité de l’air;

• opérations agricoles comme épandage d’insecticides et autres;

• opérations militaires.

Applications

Page 35: Couche limite atmosphérique

Meso-météorologie : 1) couche limite urbaine et île de chaleur; 2) brise de mer et de terre; vents locaux; 3) développement de «fronts» et de dépressions.

Macro-météorologie :

• prédictibilité atmosphérique ; prévisions à long terme;

• localisation des stations météo;

• circulation générale et modélisation climatique.

Applications

Page 36: Couche limite atmosphérique

Agro-météorologie et foresterie :

• prévision des températures de surface et de gel au sol ;

• température et humidité du sol; évapotranspiration ;

• bilan radiatif au dessus de la canopée;

• protection des cultures des vents et du gel;

• mesures de protection pour prévenir l’érosion:

• effets des pluies acides.

Applications

Page 37: Couche limite atmosphérique

Planification et gestion urbaine :

• chauffage et climatisation;

• effets des vents sur les structures;

• protection contre le vent, l’accumulation de neige;

• mesures de control de pollution.

Applications

Page 38: Couche limite atmosphérique

Océanographie physique :

• prévision des raz de marée;

• prévisions de l’état de la mer;

• dynamique de la couche de mélange maritime;

• mouvements de la glace dans les océans;

• modélisation de la circulation océanique; navigation.

Applications