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Réunion des utilisateurs de Méso-NH ‘‘Développement et test d’un démonstrateur de scintillomètre dans un modèle L.E.S. de couche limite atmosphérique’’ PIANEZZE Joris

Réunion des utilisateurs de Méso-NH ‘‘Développement et test d’un démonstrateur de scintillomètre dans un modèle L.E.S. de couche limite atmosphérique’’

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Réunion des utilisateurs de Méso-NH

‘‘Développement et test d’un démonstrateur de scintillomètre dans un modèle L.E.S. de

couche limite atmosphérique’’

PIANEZZE Joris

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Introduction L.T.H.E.

Laboratoire d’étude des Transferts en Hydrologie et Environnement

Contribution des flux turbulents sur l’évaluation du flux de chaleur sensible H (Adrien GUYOT)

Spatialisation des flux turbulents sur couverts complexes (Moussa DOUKOURE et moi)

Cycle de l’eau continentale : l’observation et sa modélisation

SO-AMMA-CATCH

AMMA 2006

• Mousson

• Ressource en eau

SO-OHMCV

HYMEX 2012

• Evénements hydrométéorologiques extrêmes

SO-GLACIOCLIM

TAG 2008

• Glacier, témoin du climat

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Introduction

Observation: Mesure des flux turbulents par scintillométrie (Jean-Martial COHARD), Afrique, Glacier, Ville, …

Modélisation: Etude de la variabilité des flux turbulents (Jean-Martial COHARD & Sandrine ANQUETIN)

Synergie entre Observation et Modélisation: Moussa DOUKOURE et moi

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Station de flux RécepteurEmetteur

Scintillomètre

Flux turbulents bien caractérisés sur des couverts homogènes (Foken, 2006)

en revanche…

C.L.S.

Terre

Introduction

''w

''qw

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Station de fluxRécepteurEmetteur

Scintillomètre

Problèmes des couverts hétérogènes

Introduction

''w

''qw

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Emetteur

Récepteur

Variation de l’intensité du

signal

Paramètre de structure des

fluctuations de l’indice de

réfraction de l’air2

2nC

La scintillométrie

Emetteur RécepteurL: Longueur du trajet entre l’émetteur et le récepteur

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Exemple d’un champ turbulent dans la Couche Limite Atmosphérique:

<T>: température moyenne sur 24h

T’(r1,t1): fluctuation de la température à 4 mètres

T’(r2,t1): fluctuation de la température à 6 mètres

22121 ,',', trTtrTrrDT

Fonction de structure:

r : distance entre les deux capteurs

322 rCrDTT

CT2 : paramètre de structure des fluctuations de température

L’expérience suggère :

322 rCrDnn

Cn2 : paramètre de structure des fluctuations de l’indice de réfraction de l’air

Analogie

La scintillométrie: Définition du Cn²

Emetteur RécepteurL: Longueur du trajet entre l’émetteur et le

récepteur

r2

r1

<T> sur 1hZOOM

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Obtention du flux de chaleur sensible H

Lien entre les mesures scintillométriques, l’estimation de H et la modélisation

observations

Validité sur couverts complexes ???

Méso-NH

Comparaison possible ???

H

Procédure itérative Théorie de Couche Limite

2nC

Lois de la thermodynamique Théorie de la scintillométrie

2TC

H(x,y,z,t)2TC

,...,Lz

2n

C

scintillometre.f90

2nC

lesn.f90

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Stratégie de modélisation

Création d’une routine

Moyenne pondérée du Cn² le long du trajet du scintillomètre

Scintillometre.f90

Mode L.E.S. Résoudre les grandes échelles de la turbulence: codage du Cn²(x,y,z,t)

lesn.f90

Fichiers Diachroniques

Diagnostiques temporels: moyenne spatiale du Cn²

call write_diachro(…)

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Expériences numériques

Cas Idéal Validation des codes Schmidt/Schumann

SURFEX Hétérogénéités de surface

M.A.P. Riviera

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Cas Réel Influence du relief marqué sur les mesures scintillométriques

Vallée stylisée

Scintillomètre à environ 10 mètres: discrétisation de l’ordre du mètre au niveau du sol

CollineStretching

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Simulation de référence (Schmidt/Schumann, 1989):

• Taille du domaine: 6400m*6400m*2400m

• Taille des mailles: 50m*50m*50m

• Surface homogène, pas de relief

• Convection pure provoquée par un flux de température constant

• Simulation de 8000s, pour avoir une turbulence bien développée

Convection pure provoquée par un flux de température constant sur une surface homogène

Conditions aux limites:

• flux de température constant en surface H=72 W.m-2

• couche absorbante à z=2000m

• conditions cycliques sur les bords

Validation des modifications apportées

Conditions initiales:• u=v=w=0• profil de température neutre + stable

z

T300 K

dT/dZ=0.003K.m-1

0

Petites perturbations

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Champ de vitesse verticale

Altitude en mètre

Vitesse ascendante

Vitesse descendante

Validation des modifications apportées: lesn.f90

Profil de Cn2

Position horizontale en mètre

1.8 m.s-1

-1.2 m.s-1

0 m.s-1

1.10-9 m-2/3

1.10-16 m-2/3

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Altitude adimensionnalisée par zi en fonction du paramètre de structure des fluctuations de température

z/zi

zi: couche d’inversion de température=1600m 12/15

Validation des modifications apportées: lesn.f90

2*

3/2²

T

zC iT

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Cn2 sur le trajet du scintillomètre Fonction de poids

+

=

= 8,109.10-15

Simulation de 400 secondes :

Validation des modifications apportées: scintillometre.f90C

n2

Trajet du scintillomètre

Po

ids

Trajet du scintillomètre

2nC

= 8,112.10-152n

CScilab

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Les objectifs numériques !

S’assurer que l’impact du stretching sur les résultats est négligeable

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Utilisation de l’enregistrement des fichiers diachroniques pour faire des moyennes temporelles

Utilisation du MODD_BLANK pour changer le positionnement du scintillomètre sans avoir à recompiler les sources

Optimisation de notre routine scintillometre.f90

Adapter la routine scintillometre.f90 pour qu’elle fonctionne sur des sites réels

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Comprendre la spatialisation des flux turbulents

Aider à l’interprétation des mesures scintillométriques

Les perspectives scientifiques!

Réaliser des cas idéaux pour des tests de sensibilité Impact d’une vallée, d’une colline, …

Réaliser des cas de simulation réels en s’appuyant sur des données expérimentales (Projet M.A.P. Riviera)

Un scintillomètre (entres autres) y est opérationnel

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Merci de votre attention

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Obtention du flux de chaleur sensible H

Lien entre les mesures scintillométriques et l’estimation de H

2

2nC 2T

CLD, ,,,TP

*0* ,,,,,, TLVzzdu mo

H

Procédure itérative Théorie de Couche Limite

D

L

z

d

z0

P,T

V

Lois de la thermodynamique Théorie de la scintillométrie

Hétérogénéités de surfaceMéso-NH2T

C2nC

2nC2

T,T’,…

lesn.f90scintillometre.f90

,,TP

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3/121 .'' rTT

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Emetteur RécepteurL: Longueur du trajet entre l’émetteur et le récepteur