Couche limite atmosphérique Micrométéorologie

Limitations des théories K Ces fermetures sont extrêmement dépendants du type de turbulence. Les valeurs des coefficients d ’échange dépendent des fonctions qui représentent les longueurs de mélange qui dépendent du cas à étudier. En utilisant ces fermetures on abandonne la prétention de comprendre les mécanismes de la turbulence en soi En réalité, l ’analogie avec la diffusion moléculaire est complètement inapplicable en turbulence parce que les dimensions caractéristiques des tourbillons effectuant le transport ne sont pas trop petits par rapport aux échelles caractéristiques de l ’écoulement moyen

Fermeture locale de deuxième ordre Des équations pronostiques pour les quantités moyennes Des équations pronostiques pour les variances et corrélations Paramétrage de: termes de diffusion termes de retour à l’isotropie termes de corrélation de pression termes de dissipation Stull pp

Fermeture locale de deuxième ordre Stull pp Idées à la base de la paramétrage: Diffusion contra-gradient Retour à l ’isotropie Dissipation proportionnelle à l ’intensité de la turbulence (1, 2, 3, 6) (4, 5) (7, 8)

Équations aux corrélations doubles : quantité de mouvement

Règles de paramétrage Donaldson, 1973 : fermeture de deuxième ordre Les termes de diffusion turbulente : Le plus simple: La même dimension tensoriel les mêmes propriétés de symétrie les mêmes dimensions que le terme physique

Règles de paramétrage Donaldson, 1973 : fermeture de deuxième ordre Les termes de corrélation de pression : Le plus simple: La même dimension tensoriel les mêmes dimensions que le terme physique

Règles de paramétrage Donaldson, 1973 : fermeture de deuxième ordre Les termes de retour à l’isotropie : Le plus simple: La même dimension tensoriel les mêmes dimensions que le terme physique Pour satisfaire aux propriétés de ce terme quand k=i

Règles de paramétrage Donaldson, 1973 : fermeture de deuxième ordre Les termes de dissipation : Le plus simple: La même dimension tensoriel Les mêmes dimensions que le terme physique

Fermeture locale de deuxième ordre

Fermeture non locale Modèles non locaux Théorie spectrale Théorie transiliente de la turbulence Forme discrèteForme continue

Choix de fermeture selon le phénomène à étudier Modèle opérationnel de prévision numérique Modèle de prévision numérique à la mesoéchelle pour l’intérieur des continents Modèle de prévision numérique pour les régions côtières Modèle climatique global Prévision du jet nocturne Étude des transferts de chaleur, d'humidité et de masse au-dessus d'une culture de maïs. Ordre 1 Ordre 1.5 Ordre 0 Ordre 1.5 Ordre 2

Distribution du travail pour vendredi Fermeture d’ordre 3 Fermeture non local transiliente Fermeture d’ordre 1-1/2 1) 2) 3) 4) 1) 2) 3) 4) 1) 2) 3) 4)

Conditions frontières Atmosphère libre Surface de la planète

Conditions frontières

Conditions frontières : surface Jusqu ’à maintenant on a calculé les flux comme s ’ils était contrôlés rien que par l ’interaction entre la turbulence et les gradients moyens de la quantité transportée. À la surface les flux de chaleur latente et de chaleur sensible sont contrôlés par l ’énergie disponible à la surface et les échanges entre la surface et l ’air se font par échange moléculaire et non turbulent... Le flux de vapeur d ’eau, en absence de précipitation est contrôlé par le flux d ’eau des couches profondes du sol vers la surface.

Transferts de chaleur et humidité à la surface

Stationnarité Les mesures de flux faites au niveau de l ’abri (2 m) représentent le flux effectif

Bilan d ’énergie à la surface

Le premier forçage sur les surfaces continentales est l ’absorption d ’énergie par le sol Variations diurnes de la température Variations diurnes des flux turbulents La température de la surface est déterminée par le bilan de tous les flux d ’énergie à la surface

Bilan énergétique à la surface

Bilan hydrique à la surface

Variations du bilan de surface

Types de rayonnement  Rayonnement solaire, K ( < 4  )  Rayonnement tellurique, I ( > 4  )

Les composants atmosphériques interagissent avec les ondes électromagnétiques par: absorption (tellurique + solaire) émission (tellurique) diffusion (solaire) Interaction entre les radiations électromagnétiques et les constituants atmosphériques Interaction entre les radiations électromagnétiques et les constituants atmosphériques

Équation de transfert monochromatique pour les radiations de courte longueur d'onde ou solaires Équation de transfert monochromatique pour les radiations de courte longueur d'onde ou solaires Notes de cours de SCA 5002

Transmissivité de l ’atmosphère La transmissivité de l ’atmosphère pour les courtes longueurs d ’onde est la fraction de la radiation solaire qui atteint la surface. Burridge and Gadd, 1974

Transmissivité de l ’atmosphère La radiation solaire qui atteint la surface est: d = jour julien d y = d r = 173, solstice d ’été (HN)  r = ° (Tropique de Cancer)

Albédo de la surface L ’albédo de la surface représente la fraction d ’énergie solaire réfléchie par la surface. Type de surfacealbédo océan forêt tropicale conifère feuillus sol foncé mouillé0.1 sable mouillé sable sec neige fraîche vieille L ’albédo dépend: 1) de l ’angle d ’incidence des rayons solaires 2) de l ’état d ’humidité de la surface 3) de la hauteur et type de la végétation

Albédo de la surface

épinette choux frisé chêne

Albédo de la surface

Interaction entre la radiation tellurique et l ’atmosphère Interaction entre la radiation tellurique et l ’atmosphère Pour bien calculer le transfert radiatif il nous faut bien connaître la distribution de tous les «gaz à effet de serre» telluriquesolaire

Équation de transfert monochromatique pour les radiations de longue longueur d'onde ou telluriques (terrestres et atmosphériques) Équation de transfert monochromatique pour les radiations de longue longueur d'onde ou telluriques (terrestres et atmosphériques) Notes de cours de SCA 5002

Radiation net de grand longueur d ’onde à la surface Exemple de paramétrage: Burridge and Gadd, 1974

Radiation émise par la surface Type de surfaceémissivité océan 0.95 forêt tropicale0.98 conifère0.98 feuillus0.96 sol foncé mouillé0.98 sable mouillé0.98 sable sec neige fraîche0.95 vieille0.90

Radiation nette à la surface Le jour La nuit

Exemple de bilan de surface