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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1 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

2 1/15 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

3 2/15 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

4 3/15 Station de flux RécepteurEmetteur Scintillomètre Flux turbulents bien caractérisés sur des couverts homogènes (Foken, 2006) en revanche… C.L.S. Terre Introduction

5 4/15 Station de flux Récepteur Emetteur Scintillomètre Problèmes des couverts hétérogènes Introduction

6 5/15 Emetteur Récepteur Variation de l’intensité du signal Paramètre de structure des fluctuations de l’indice de réfraction de l’air La scintillométrie EmetteurRécepteur L: Longueur du trajet entre l’émetteur et le récepteur

7 6/15 Exemple d’un champ turbulent dans la Couche Limite Atmosphérique: : température moyenne sur 24h T’(r 1,t 1 ): fluctuation de la température à 4 mètres T’(r 2,t 1 ): fluctuation de la température à 6 mètres Fonction de structure: r : distance entre les deux capteurs C T 2 : paramètre de structure des fluctuations de température L’expérience suggère : C n 2 : paramètre de structure des fluctuations de l’indice de réfraction de l’air Analogie La scintillométrie: Définition du C n² EmetteurRécepteur L: Longueur du trajet entre l’émetteur et le récepteur r2r2 r1r1 sur 1h ZOOM

8 7/15 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 ??? Procédure itérative Théorie de Couche Limite Lois de la thermodynamique Théorie de la scintillométrie H(x,y,z,t) scintillometre.f90 lesn.f90

9 8/15 Stratégie de modélisation Création d’une routine  Moyenne pondérée du C n² le long du trajet du scintillomètre Scintillometre.f90 Mode L.E.S.  Résoudre les grandes échelles de la turbulence: codage du C n² (x,y,z,t) lesn.f90 Fichiers Diachroniques  Diagnostiques temporels: moyenne spatiale du C n² call write_diachro(…)

10 Expériences numériques Cas Idéal  Validation des codesSchmidt/Schumann SURFEX  Hétérogénéités de surface M.A.P. Riviera 9/15 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 Colline Stretching

11 10/15 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 T 300 K dT/dZ=0.003K.m-1 0 Petites perturbations

12 11/15 Champ de vitesse verticale Altitude en mètre Vitesse ascendante Vitesse descendante Validation des modifications apportées: lesn.f90 Profil de C n 2 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

13 Altitude adimensionnalisée par z i en fonction du paramètre de structure des fluctuations de température z/z i z i : couche d’inversion de température=1600m 12/15 Validation des modifications apportées: lesn.f90

14 13/15 C n 2 sur le trajet du scintillomètreFonction de poids + = = 8,109.10 -15 Simulation de 400 secondes : Validation des modifications apportées: scintillometre.f90 Cn2Cn2 Trajet du scintillomètre Poids Trajet du scintillomètre = 8,112.10 -15 Scilab

15 Les objectifs numériques !  S’assurer que l’impact du stretching sur les résultats est négligeable 14/15  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

16  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 15/15

17 Merci de votre attention

18 5/17 Obtention du flux de chaleur sensible H Lien entre les mesures scintillométriques et l’estimation de H Procédure itérative Théorie de Couche Limite D L z d z0z0 P,T V Lois de la thermodynamique Théorie de la scintillométrie Hétérogénéités de surface Méso-NH T,T’,… lesn.f90scintillometre.f90

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20 Emetteur Récepteur L: Longueur du trajet entre l’émetteur et le récepteur