Couche limite atmosphérique

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1 Couche limite atmosphérique
Micrométéorologie

2 Échelles de vitesse, température et humidité dans la couche de surface
Les flux turbulents dans la couche de surface sont pratiquement constants (varient moins de 10 %). Ils sont utilisés pour définir des échelles de grandeur caractéristiques de la couche de surface : Vitesse de friction Échelle de température Échelle d‘ humidité

3 Autres échelles typiques de la turbulence
dans la CLA Convection forcée (turbulence dynamique prédominante) longueur vitesse température Convection libre (turbulence thermique prédominante) longueur vitesse température

4 Échelles de vitesse typiques de la turbulence

5 Échelles typiques de Wangara
Jour nuit

6 Pourquoi normaliser? André et Al, 1978
On rend les équation sans dimensions et élimine la non stationnarité du phénomène. Les facteurs importants étant les mêmes les courbes normalisées doivent être «universelles» André et Al, 1978

7 La figure 4.2 montre que la variance de la vitesse verticale, pendant la journée, est petite proche de la surface et est maximum à 1/3 de la hauteur de la CL. On observe ensuite une diminution avec z. ceci est en rapport avec l ’accélération subit par les thermiques proche de la surface et pendant son ascension initiale. Cette accélération est réduite par entraînement, par frottement, par le réchauffement et par la stabilisation de la CL proche du sommet.

8 Les variances horizontales sont souvent plus élevées près de la surface et sont associées au grands cisaillements du vent : production mécanique. Elle devient pratiquement constante à travers la couche de mélange et augmente par cisaillement proche du sommet a). B) montre un cas idéal sans cisaillement de vent (convection libre).

9 18h 21h 07h 03h Pendant la nuit la turbulence décroît rapidement dans la couche résiduelle, la couche turbulente se réduisant à une mince couche proche du sol

10 10-5 André et Al, 1978

11 Dans des conditions statiquement neutre la variance décroît avec la hauteur, mais h ~ 2 km.

12 18h 07h 21h 03h Pendant la nuit la variance horizontal décroît rapidement avec la hauteur et s ’annule proche du sommet. La forme est similaire à celle de la variance vertical.

13 La variance d ’humidité est petite proche de la surface puisque les thermiques ont a peu près l ’humidité ambiante. Au sommet de la couche de mélange cependant l ’air sec de l ’atmosphère est entraîné entre les thermiques humides créant de grandes variances d ’humidité.

14 La figure 4.8 montre les termes de l ’équation de la variance d ’humidité scientifique, en supposant la stationnarité. Le terme de transport est positive dans la première moitié de la couche de mélange, et négative dans la moitié supérieure. L ’intégrale de ce terme à travers de la CL est zéro. Ceci est le cas de la plupart des termes de transport.

15 La variance au sommet de la couche limite est importante à cause du contraste entre la température des thermiques et celle de thermiques descendantes… Elle est aussi importante proche de la surface à cause du gradient de température important dans la couche de surface.

16 André et Al, 1978 We can verify thay the surface layer and the inversion level are the only two regions with large mechanical production, M, so that the turbulent transport exports temperature variance from this regions to inside of the mixed layer. The molecular and radiation destruction rates are proprotional to temperature variance itself since q is quite well mixed in the convective layer

17 Pendant la nuit les plus grandes fluctuations sont proches de la surface. Dans la couche résiduelle elle est faible et sporadique. Le profil à 18 heures est encore celui typique de la couche de mélange diurne. Après il y a une tendence à la diminution de la variance de la température exception faite de la couche autour de 700 m où il semble avoir de la turbulence dynamique (cisaillement de vent?) le maximum à ce niveau augmente de 21 h à 3 h

18 10-7 K2s-1 10-8 K2s-1 André et Al, 1978

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25 André et al, 1978

26 André et al, 1978

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29 Heat flux has a large nagnitude in regions with high eddy kinetic energy, its sign being negative since turbulence than mixes underlying colder air with overlying warmer air; the computed heay flux are negative throughout the whole stably stratified PBL