Couche limite atmosphérique et micrométéorologie Hiv 2008 : 08/01 à 24/04 Semaine de relâche : 25/02-03/03

Objectif - Étude de la couche limite atmosphérique. - Connaissance des lois physiques que régissent le comportement de la basse atmosphère. - Étude des processus de transfert dans la couche de surface et dans la couche limite.

Référence principale Stull, R. B. An Introduction to Boundary Layer Meteorology Chapitres : 1 à 9 ou 10

Méthode pédagogique Cours magistraux et exposés Méthode d’évaluation Examen intra : 25 % Exposé (orale et écrit): 30 % Examen final : 30 % Travaux pratiques : 15 %

Échelles des phénomènes atmosphériques

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 ?

Conversion du flux solaire en chaleur Génération de chaleur Génération d’énergie potentielle, des gradients thermiques verticaux et horizontaux Circulation de grande échelle Convergence intertropical Mousson Circulation de Hadley Ondes baroclines Cyclones tropicaux etc. Circulation de petite échelle Circulation thermique liée à l’instabilité convective Instabilité de cisaillement (~50% de la dissipation) Effet de friction dans la couche limite planétaire (~50% de la dissipatipon) Transfert de chaleur à la source froide Maintien de l’énergie Cinétique des mouvements horizontaux de grande échelle (~98% de l’énergie cinétique totale) Maintien de l’énergie Cinétique des mouvements horizontaux de grande échelle (~98% de l’énergie cinétique totale) Maintien de l’énergie cinétique des mouvements de petite échelle (~2% de l’énergie cinétique totale) Contribution à l’énergie interne de l’atmosphère (mouvements moléculaire) Cascade inertielle Schéma simplifié des transferts d’énergie mécanique associés à la circulation générale de l’atmosphère. Les cercles entourent les processus tandis que les rectangles encadrent leurs résultats. H. Sauvageot, 1982

Chapitre I - Définition de la couche limite - Comparaison entre l’atmosphère libre et la couche limite - Le vent dans la couche limite -Turbulence et hypothèse de Taylor - Variables thermodynamiques - Équations de la couche limite - La structure de la couche limite sur les continents - Couche limite convective diurne - Couche limite nocturne - Étude de la couche limite : approches - Applications

Définition de couche limite Couche limite : la couche atmosphérique où les effets de la surface se font sentir dans une échelle de temps de moins d ’une heure...

Définition de la couche limite : caractéristiques de la couche limite Lawton, Oklahoma

Définition de la couche limite : caractéristiques de la couche limite Les changements observés dans la couche limite sont dus aux phénomènes de transport Le transport turbulent est très important dans la couche limite

Définition de la couche limite : nuages de couche limite Les cumulus de bon temps

Définition de la couche limite : nuages de couche limite Les brouillard

Définition de la couche limite : nuages de couche limite Les strato-cumulus

Couplage entre la couche limite et l’atmosphère libre : orages Phénomène de meso échelle Change les caractéristiques de la couche limite … pourquoi ?

Le vent dans la couche limite: types d’écoulement Écoulement moyentransport par advection Écoulement turbulent + ondes transport turbulent

Turbulence : écoulement laminaire versus turbulent

Turbulence : origines de la turbulence Équation de conservation de quantité de mouvement (Navier Stokes)

Turbulence: types de turbulence Turbulence dynamique Turbulence thermique Selon les forçages on a: advection flottabilité

Turbulence: forçages Transfert de chaleur Cisaillement du vent

Turbulence : 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

Turbulence : couche limite dynamique

Turbulence: forçages Instabilité thermique Sommet de la CLA

Turbulence : couche limite thermique

Turbulence: hypothèse de Taylor Les mesures temporelles sont équivalentes aux mesures spatiales.

Turbulence : applicabilité de l’hypothèse de Taylor L’écart type des fluctuations sont une mesure de l’intensité de la turbulence. Si la vitesse moyenne est supérieur au double de l’écart type des fluctuations l’hypothèse de Taylor est applicable.

À retenir - Définition de la couche limite atmosphérique - Comment délimiter la couche limite - Nuages de la couche limite - Couche limite dynamique versus couche limite thermique - Hypothèse de Taylor