Cours d’aujourd’hui Échelles météorologiques Couches dans la troposphère Définition de couche limite et ses caractéristiques Forçages dans la couche limite Comparaison entre la couche limite et l ’atmosphère libre Définition de micro-météorologie Applications

Échelles des phénomènes atmosphériques

Échelles ? Les mouvements et phénomènes atmosphériques ont des échelles de temps et d ’espace très variables -->> Les prévisionnistes s ’intéressent surtout aux phénomènes à l ’échelle … cependant les phénomènes de petite échelle affectent directement nos vies! Nous ne pouvons pas faire des prévisions à petite échelle (trop petite pour les modèles actuels, les mouvements sont chaotiques et imprévisibles…) ? Échelles atmosphériques: Échelles temporelles : de 1 a 108 s. Échelles spatiales : de 10-2 à 108 m Dans le but de faire l ’étude des phénomènes, les scientifiques les ont classés selon leur échelle spatiale: Micro échelle 10-2 à 103 m Échelle locale 102 à 5 x 104 m Méso échelle 104 à 105 m Macro échelle 105 à 108 m Ce cours étudie les phénomènes à la micro-échelle.

Échelles Échelles atmosphériques: Échelles temporelles : de 1 a 108 s. Échelles spatiales : de 10-2 à 108 m Dans le but de faire l ’étude des phénomènes, les scientifiques les ont classés selon leur échelle spatiale: Micro échelle 10-2 à 103 m Échelle locale 102 à 5 x 104 m Méso échelle 104 à 105 m Macro échelle 105 à 108 m Ce cours étudie les phénomènes à la micro-échelle.

Échelles atmosphériques: Échelles temporelles : de 1 a 108 s. Échelles spatiales : de 10-2 à 108 m Dans le but de faire l ’étude des phénomènes, les scientifiques les ont classés selon leur échelle spatiale: Micro échelle 10-2 à 103 m Échelle locale 102 à 5 x 104 m Méso échelle 104 à 105 m Macro échelle 105 à 108 m Ce cours étudie les phénomènes à la micro-échelle.

Définition de couche limite atmosphérique: La surface terrestre est la frontière inférieure de l ’atmosphère et interagit avec les couches inférieures de l ’atmosphère en changeant les caractéristiques de celles-ci. La couche limite atmosphérique peut être définie comme la partie de la troposphère qui est directement influencée par la présence de la surface terrestre. Échelle La hauteur de la couche limite est très variable. On peut considerer comme valeurs typiques ceux qui se situent entre 100 et 3000 m La hauteur de la stratosphère est typiquement un ordre de grandeur supérieur à la hauteur de la couche limite. Rapport entre l ’épaisseur de la troposphère et le rayon de la Terre: 10 / 6400 ~ 0.001 = 0.1 % Rapport entre l ’épaisseur de la CLA et le rayon de la Terre: 1 / 6400 ~ 0.0001 = 0.01 %

Définition de couche limite Définition de couche limite atmosphérique: La surface terrestre est la frontière inférieure de l ’atmosphère et interagit avec les couches inférieures de l ’atmosphère en changeant les caractéristiques de celles-ci. La couche limite atmosphérique peut être définie comme la partie de la troposphère qui est directement influencée par la présence de la surface terrestre. Échelle La hauteur de la couche limite est très variable. On peut considerer comme valeurs typiques ceux qui se situent entre 100 et 3000 m La hauteur de la stratosphère est typiquement un ordre de grandeur supérieur à la hauteur de la couche limite. Rapport entre l ’épaisseur de la troposphère et le rayon de la Terre: 10 / 6400 ~ 0.001 = 0.1 % Rapport entre l ’épaisseur de la CLA et le rayon de la Terre: 1 / 6400 ~ 0.0001 = 0.01 % Couche limite : la couche atmosphérique où les effets de la surface se font sentir dans une échelle de temps de moins d ’une heure ...

Caractéristiques de la CLA Couche essentiellement turbulente Signature de la turbulence Intensité de la turbulence Spectre de turbulence Vitesse moyenne La figure montre des mesures du vent faites proche de la surface. On note certaines caractéristiques dans ce signal La vitesse du vent varie de façon très irrégulière; signature de la turbulence. Ce comportement aléatoire distingue le mouvement turbulent du mouvement ondulatoire. Nous pouvons détecter un comportement moyen de la vitesse du vent.La moyenne n’est pas complètement aléatoire. Les valeur possibles pour la vitesse ne sont pas sans limites. La variance, ou l’écart type du signal vont permettre la quantification de l’intensité de la turbulence Il semble avoir plusieurs mouvement, d’échelles différentes que se superposent pour former le signal.

Écoulement laminaire versus turbulent Écoulement laminaire: Haut degré de régularité dans l ’espace et dans le temps Écoulement turbulent: 1 . Structure spatio temporelle complexe 2. Écoulement non reproductible 3. Écoulement de grande vorticité 4. Grande dissipation d ’énergie 5. Grande capacité de diffusion

Écoulement laminaire versus turbulent

Types de turbulence Selon les forçages on a: Turbulence dynamique Turbulence thermique

Forçages Cisaillement du vent Transfert de chaleur

Forçages Cisaillement du vent Les petits tourbillons caractéristiques de la couche limite se forment par plusieurs procédés: Le longue d ’une région de cisaillement -->> Dans une région de cisaillement les vents changent rapidement d ’intensité où de directions

Couche limite dynamique

Couche limite dynamique

Couche limite thermique

Forçages Instabilité thermique Sommet de la CLA

Couche limite thermique

Couche limite thermique

Nuages de couche limite Les cumulus de bon temps

Nuages de couche limite Les brouillard

Nuages de couche limite Les strato-cumulus

Orages Phénomène de meso échelle Change les caractéristiques de la couche limite … pourquoi ?

Micrométéorologie Étude des phénomènes atmosphériques et processus à la petite échelle : micro et local Le domaine de la micro météorologie est limité aussi aux phénomènes observés dans la couche limite atmosphérique

Qualité de l’air :Transport et diffusion des polluants; déposition des polluants sur la surface terrestre et surfaces d’eau; prévisions de qualité d’air local ou régional; sélection des sites d’emplacement des usines et d’autres sources de pollution; sélection de sites de surveillance de qualité de l’air; opérations agricoles comme épandage d’insecticides et autres; opérations militaires. Meso-météorologie : couche limite urbaine et île de chaleur; brise de mer et de terre; vents locaux; développement de «fronts» et de dépressions. Macro-météorologie : prédictibilité atmosphérique ; prévisions à long terme; localisation des stations météo; circulation générale et modélisation climatique. Agro-météorologie et foresterie : prévision des températures de surface et de gel au sol ; température et humidité du sol; évapotranspiration ; bilan radiatif au dessus de la canopée; protection des cultures des vents et du gel; mesures de protection du pour prévenir l’érosion: effets des pluies acides. Planification et gestion urbaine : chauffage et climatisation; effets des vents sur les structures; protection contre le vent, l’accumulation de neige; mesures de control de pollution. Océanographie physique : prévision des raz de marée; prévisions de l’état de la mer; dynamique de la couche de mélange maritime; mouvements de la glace dans les océans; modélisation de la circulation océanique; navigation.

Applications Qualité de l’air : Transport et diffusion des polluants; déposition des polluants sur la surface terrestre et surfaces d’eau; prévisions de qualité d’air local ou régional; sélection des sites d’emplacement des usines et d’autres sources de pollution; sélection de sites de surveillance de qualité de l’air; opérations agricoles comme épandage d’insecticides et autres; opérations militaires.

Applications Meso-météorologie : couche limite urbaine et île de chaleur; brise de mer et de terre; vents locaux; développement de «fronts» et de dépressions. Macro-météorologie : prédictibilité atmosphérique ; prévisions à long terme; localisation des stations météo; circulation générale et modélisation climatique.

Applications Agro-météorologie et foresterie : prévision des températures de surface et de gel au sol ; température et humidité du sol; évapotranspiration ; bilan radiatif au dessus de la canopée; protection des cultures des vents et du gel; mesures de protection du pour prévenir l’érosion: effets des pluies acides.

Applications Planification et gestion urbaine : chauffage et climatisation; effets des vents sur les structures; protection contre le vent, l’accumulation de neige; mesures de control de pollution.

Applications Océanographie physique : prévision des raz de marée; prévisions de l’état de la mer; dynamique de la couche de mélange maritime; mouvements de la glace dans les océans; modélisation de la circulation océanique; navigation.