Etude phénoménologique du foehn dans la vallée du Rhin

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

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

3 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

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

5 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

6 Théorie thermodynamique classique de l ’effet de foehn

7 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

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

9 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.

10 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

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12 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 ...

13 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.

14 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

15 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

16 27 km 9 km 3 km 250 m

17 27 km 9 km 3 km 5000 m 3000 m 1500 m m/s m/s 20 octobre 1999, 1500 UTC

18 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

19 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:

20 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

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

22 20-21 OCTOBRE 1999 SITUATION SYNOPTIQUE 20 OCTOBRE 0300 UTC

23 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

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

25 LE FORCAGE GRANDE ECHELLE
ET LA NATURE DU FLUX INCIDENT

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

27 Paramètres grande échelle
et conditions amont

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

29 L ’EFFET DE LA CRÊTE

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

31 L’ONDE PRINCIPALE

32 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 UTC S N S N

33 Sondages avion profileurs Meso-NH 3 km

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

35 PENETRATION DU FOEHN EN VALLEE

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

37 TURBULENCE

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

39 ENERGIE HAUTE FREQUENCE
Paliers transversaux m Vol Merlin n°33 20 Octobre h « Poches de turbulence »

40 COMPARAISON AVEC MESO-NH
Vol Merlin n°33 20 Octobre 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

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

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

43 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)

44 CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES

45 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