Etude phénoménologique du foehn dans la vallée du Rhin au cours de l’expérience MAP Marie Lothon Laboratoire d’Aérologie Université Paul Sabatier Toulouse

S O E Joachim Küttner, 1952 Sierra Nevada, 11000 m

Orlanski 1975 Synoptique Meso-échelle Micro-échelle Ondes stationnaires Marées Ondes baroclines Fronts Ouragans Jet nocturne de basse couche Lignes de grain Ondes inertielles Orages Ondes de gravité internes Turbulence en air clair Tornades Convection profonde courtes Diables de poussières Thermiques Sillage Panaches Rugosité Synoptique Meso-échelle Micro-échelle

PLAN Trois modèles théoriques de représentation du foehn Contexte MAP/FORM Méthodologie Phénomènes de différentes échelles associés au foehn : résultats

PLAN Trois modèles théoriques de représentation du foehn - modèle thermodynamique - onde de relief / blocage - modèle dynamique du saut hydraulique Contexte MAP/FORM Méthodologie Phénomènes de différentes échelles associés au foehn : résultats

Théorie thermodynamique classique de l ’effet de foehn

Onde de relief et blocage P. Seibert (1990)/ Scorer (1978): Remise en cause de la théorie classique - Il existe des événements de foehn sans nuage en amont - Il existe des événements de foehn sans précipitation en amont - Effets quantitatifs de la précipitation trop faibles pour expliquer les écarts de température observés - Bassin d’air froid dans les versants sud n’est pas la source de l’air qui descend en aval - Le vent observé dans les Alpes sud est faible ou de nord - Rôle de l’onde de relief

Théorie du saut hydraulique Long, 1954 Théorie des eaux peu profondes Vitesse de l’écoulement Vitesse de propagation des ondes de gravité

PLAN Contexte MAP/FORM - « Mesoscale Alpine Programme » Trois modèles théoriques de représentation du foehn Contexte MAP/FORM - « Mesoscale Alpine Programme » - FORM: pourquoi la vallée du Rhin ? Méthodologie Phénomènes de différentes échelles associés au foehn : résultats.

Mesoscale Alpine Program (MAP) Objectifs: - P1: mécanismes de la précipitation orographique - P2: anomalies de PV en haute troposphère - P3: mesures hydrologiques pour la prévision d’inondations - P4: dynamique du « gap flow » - P5: aspect non stationnaire du foehn dans une large vallée - P6: déferlement 3D des ondes de gravité - P7: PV banners - P8: structure de la couche limite planétaire en terrain complexe

FOehn in the Rhine valley during MAP (FORM) Objectif (P5 de MAP): Améliorer la compréhension du cycle de vie des phénomènes liés au foehn: Caractéristiques et structure relation avec la circulation synoptique et les conditions amont début et fin d’un événement interaction avec le bassin d ’air froid de fond de vallée turbulence associée ...

PLAN Méthodologie - Moyens expérimentaux exploités Trois modèles théoriques de représentation du foehn Contexte MAP/FORM Méthodologie - Moyens expérimentaux exploités - Simulation numérique - Méthode d’analyse - Paramètres pertinents Phénomènes de différentes échelles associés au foehn : résultats.

Les moyens instrumentaux exploités profileurs Stations sol CHUR VADUZ DIEPOLDSAU LUZISTEIG ST GALLEN SÄNTIS QUINTEN LUSTENAU MALANS Les moyens instrumentaux exploités JULIER GÜTSCH Stations de radiosondages Stations sol profileurs MILANO LONATE LUGANO RIVIERA ISPRA

La simulation numérique avec Meso-NH 20-21 OCTOBRE 1999 RESOLUTION HORIZONTALE: A: 27 km B: 9 km C: 3 km GRID NESTING TWO-WAYS 1. Comparer avec les observations 2. Approfondir la description des phénomènes

27 km 9 km 3 km 250 m

27 km 9 km 3 km 5000 m 3000 m 1500 m m/s m/s 20 octobre 1999, 1500 UTC

METHODE … à l ’aide de paramètres pertinents - Etude de cas (20-21octobre) structure spatio-temporelle relation amont/aval phases de foehn « peu profond » et « profond » origine de l ’air constituant le foehn de la vallée du Rhin turbulence - Etude statistique sur 8 événements relation (intensité de l ’événement)/(structure spatiale du foehn) panache turbulent vitesse de pénétration du foehn … à l ’aide de paramètres pertinents

Les paramètres pertinents Traînée Différence de pression au sol, entre Lugano et Vaduz Différence de température potentielle entre Vaduz et Lugano Hauteur adimensionnelle Vitesse du vent en amont et en aval, dans la vallée du Rhin Assèchement et réchauffement aval Turbulence:

PLAN Phénomènes associés au foehn à différentes échelles: résultats Trois modèles théoriques de représentation du foehn Contexte MAP/FORM Méthodologie Phénomènes associés au foehn à différentes échelles: résultats synoptique - Paramètres directeurs de grande échelle et conditions amont - Régime de l ’écoulement - Effet de la crête - Onde de relief principale - Origine de l ’air consituant le foehn - Pénétration du foehn au sol - Turbulence meso-échelle micro-échelle

DIFFERENCES DE PRESSION ET DE TEMPERATURE A TRAVERS LES ALPES AU COURS DE MAP MOIS/JOUR

20-21 OCTOBRE 1999 SITUATION SYNOPTIQUE 20 OCTOBRE 0300 UTC

Evolution des profils verticaux du vent en amont (Milan) STRUCTURE TEMPORELLE - AMONT Evolution des profils verticaux du vent en amont (Milan) Radiosondages Meso-NH 9km

STRUCTURE TEMPORELLE - AVAL MALANS DIEPOLDSAU vent  Ps Foehn « peu profond » / « profond »

LE FORCAGE GRANDE ECHELLE ET LA NATURE DU FLUX INCIDENT

Nature du régime VENT A 1000 m 20 Octobre, 1200 UTC Contournement dans la basse troposphère

Paramètres grande échelle et conditions amont

STATISTIQUE SUR 8 EVENEMENTS Événements « forts »: POI 2, 8, 9, 10 Événements « faibles »: POI 3, 5, 13, 15

L ’EFFET DE LA CRÊTE

EFFET DE LA CRÊTE Meso-NH 3 km 20.10.99 1200 UTC 3500 m Ballon C14 vent vitesse direction

L’ONDE PRINCIPALE

CARACTERISTIQUES DE L’ONDE PRINCIPALE Meso-NH 3 km 20.10.99 1200 UTC CNES 14 CVB TEMPERATURE POTENTIELLE ET RAPPORT DE MELANGE S N S N Meso-NH 3 km 20.10.99 1200 UTC S N S N

Sondages avion profileurs Meso-NH 3 km

RETRO-TRAJECTOIRES LAGRANGIENNES processus de transports: - advection - diffusion turbulente sous-maille - convection sous-maille Destination: 40 km au nord de Diepoldsau arrivée: 18h le 20.10.99 Destination: Chur arrivée: 13h le 20.10.99 km Origine de l ’air arrivant dans les basses couches de la vallée: 2000-3000 m en amont

PENETRATION DU FOEHN EN VALLEE

- Répartition non homogène du foehn en vallée - Pénétration du foehn au sol mal représentée

TURBULENCE

ENERGIE HAUTE FREQUENCE Vol Merlin n°33 20 Octobre 1999 12-16 h Paliers longitudinaux m Bifurcation: région-clé

ENERGIE HAUTE FREQUENCE Paliers transversaux m Vol Merlin n°33 20 Octobre 1999 12-16 h « Poches de turbulence »

COMPARAISON AVEC MESO-NH Vol Merlin n°33 20 Octobre 1999 12-16 h Turbulence dans Meso-NH: - Schéma 1D - Eq pronostique de l ’ECT - Longueur de mélange Sous-estimation de l’énergie cinétique turbulente par le modèle

DESCRIPTION DU PANACHE TURBULENT Etude statistique sur 5 vols en cas de foëhn Source d ’origine dynamique, rôle important de l ’advection

LONGUEUR D ’ECHELLE DISSIPATIVE …échelle caractéristique des tourbillons en début de domaine inertiel Homogénéité de la longueur dissipative

D ’AUTRES COUCHES LIMITES COMPARAISON AVEC D ’AUTRES COUCHES LIMITES MAP PYREX Hapex-sahel (1992, Niger) Expresso (1996, Congo) Trac (1998, Beauce) PYREX (1990, Pyrénées) MAP-Foehn (1999, Alpes)

CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES

CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES PHENOMÈNE Simulation Meso-NH PERSPECTIVES Grande échelle +++ Anomalie de PV Flux incident - blocage +++ Effet de la crête +++ Onde principale ++ Interaction onde/turbulence Pénétration du foehn . Augmentation de la résolution Turbulence . Etude de la paramétrisation