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Forçages surfaciques Frottement Évaporation Transfert de chaleur Émission de polluants Obstacles Couche Limite atmosphérique: Zone de l atmosphère directement.

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1 Forçages surfaciques Frottement Évaporation Transfert de chaleur Émission de polluants Obstacles Couche Limite atmosphérique: Zone de l atmosphère directement influencée par la surface terrestre. III- CLA moteur des échanges Définition de la CLA

2 III- CLA moteur des échanges Epaisseur de la CLA Le poids de lair et la divergence horizontale en basse altitude associées aux HP déplacent les masses dair de la CLA vers les BP. Difficile de définir une hauteur de CLA

3 III- CLA moteur des échanges Notion de Température potentielle Cest la température dune particule dair ramenée de façon adiabatique au niveau du sol C p = 1004 J/kg.K, C v =717 J/Kg.K R d = 287 J/Kg.K, = 1.4 et T doivent être exprimées en °K P est exprimée en Pa Q cte P

4 III- CLA moteur des échanges Accélération dune particule dair Tp T 0 (z)z0z0 T(z) + dTz + dz Dynamique F = m Equation détat :P = R d T Hydrostatique :dP/dz = - g 1 er principe : dQ = mC p dT + mgdz p g g Pour un déplacement de la particule z : Si alors > 0 la particule poursuit sa course: atmosphère instable Si alors < 0 la particule retourne à sa position initiale: atmosphère stable

5 III- CLA moteur des échanges Stabilité de latmosphère Altitude T NEUTRE T Altitude Altitude STABLE T Altitude Altitude INSTABLE

6 III- CLA moteur des échanges ML :Mixed layer Atmos. mélangée SBL : Stable layer Couche stable RL : Residual layer Couche résiduelle Surface convective layer (SCL) Convective layer CL

7 III- CLA moteur des échanges Variabilité nycthémérale

8 III- CLA moteur des échanges Impact de la saison FA : Free Atmosphere RL : Residual Layer SBL : Stable ML : Mixed (mélangée) CI : Capped Inversion

9 III- CLA moteur des échanges Impact du cycle nycthéméral sur la dispersion

10 III- CLA moteur des échanges Situation matinale Hiver A midi - Hiver Après la nuit - Hiver

11 III- Cycle diurne Bilan d énergie RnRn Le H G Flux de chaleur la nuit : Q ac = H nuit.t nuit Flux de chaleur le jour : Q ac = [H max.D jour / ].(1-cos(.t jour / D jour )) H max (~150Wm -2 ) D jour

12 III- Cycle diurne Bilan d énergie Etant donné un sondage tôt le matin avec une température de surface de 5°C, et un gradient de 3°K/km. Trouver la température potentiel de la couche de mélange et son épaisseur à 10h00 lorsque le réchauffement cumulé est de 500 °K.m

13 V- Description mathématique de la CLA Système déquations Forces extérieures agissant sur la masse d air m Accélération absolue de la masse d air m dans le repère absolu x y z Dans le repère relatif (M,x,y,z)

14 V- Description mathématique de la CLA Système déquations L accélération de Coriolis projetée sur le système d axes (x,y,z) z y W << U et V X U..cos << -g X

15 V- Description mathématique de la CLA système déquations Force de pression : -Mouvement des HP vers les BP -Plus les isobares sont serrées plus le mouvement est accéléré BP HP Viscosité dynamique de l air : = 1, kg/ms Viscosité cinématique de l air = 1, m 2 /s ralenties Contraintes visqueusesPesanteur z0z0 z + dz

16 V- Description mathématique de la CLA Système déquations Équations du mouvement : équations de Navier Stokes

17 V- Description mathématique de la CLA Système déquations Équation de conservation de la masse : D A

18 V- Description mathématique de la CLA Système déquations Équation de conservation de la masse : Équations du mouvement : équations de Navier Stokes

19 V- Description mathématique de la CLA Système déquations 1 er principe : Loi de fourier : Loi de Joules : Compression détente DiffusionApport vol

20 V- Description mathématique de la CLA Système déquations Équation de conservation de la masse : Équations du mouvement : équations de Navier Stokes Équation de conservation de la chaleur (1er principe de la thermodynamique) : Équation détat Inconnues : P,, T, V

21 V- Description mathématique de la CLA Approximation de Boussinesq z Létat thermodynamique (P, T, r) de latmosphère sécarte peu dun état de référence défini par (P r, T r, r ) correspondant à une atmosphère immobile : P État de référence Définition des variables par rapport à létat de référence :

22 V- Description mathématique de la CLA Approximation de Boussinesq Transformation des équations ou

23 III- CLA moteur des échanges Dynamique de la CLA près des côtes La brise de mer T s L H L isobars H Air au-dessus de la mer reste plus froid que lair chauffé au-dessus de la terre. Les gradients de température et de pression sont les plus importants proche de la plage cest là où la brise est la plus forte

24 III- CLA moteur des échanges Dynamique de la CLA près des côtes La brise de terre T s L isobars L H L Pendant la nuit, la terre se refroidie plus vite. La redistribution de température et donc de pression donne naissance à la brise de terre. Brise de terre est moins intense que la brise de mer

25 III- CLA moteur des échanges Dynamique de la CLA en montagne Fr : Nombre de Froude N : fréquence de Brunt Väsäilä (s -1 )

26 III- CLA moteur des échanges Dynamique de la CLA en montagne

27 Fr=0.5 Fr=0.1 Fr=1.5 Fr=0.1

28 Fond de vallée III- CLA moteur des échanges Dynamique de la CLA en montagne Fond de vallée L L Vent de vallée catabatique Vent de vallée anabatique L H Épaisseur varie entre 10 et 400 m Vitesse de 1 à 8 m/s L L H

29 III- CLA moteur des échanges Dynamique de la CLA en montagne z E O ML z EO ML inversion RL z E O ML inversion RL z EO RL z E O RL Warm RL Cool pool z E O Warm RL Cool pool

30 III- CLA moteur des échanges Dynamique de la CLA en montagne : exercice Fond de vallée x z h En partant de léquation du mouvement écrite ci-dessous et en supposant un écoulement stationnaire dans une vallée de petite taille pour laquelle les vents transverses seront négligés, donner une expression approchée et tracer la vitesse moyenne u du vent catabatique en fonction de labscisse x. On donne h = 20 m, a = 10°, T e = 10°C et T v = 0°C, C D = 0,005 x u


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