Couche limite atmosphérique

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1 Couche limite atmosphérique
Théorie de la similitude Définition La couche limite atmosphérique est la partie de l’atmosphère en contact avec la surface terrestre, directement influencée par la présence de celle-ci

2 Similitude Monin Obukhov
L ’expérience montre que la structure de la CS, (c ’est-à-dire, les gradients des quantités moyenne, les variances, les covariances ) est déterminée par quelques paramètres clés comme Monin et Obukhov ont proposée en 1954. Quels sont ces paramètres ?

3 Similitude Monin Obukhov
Selon l ’hypothèse de similitude de M-O les valeurs des gradients moyens et d ’autres paramètres statistiques deviennent des fonctions universelles de z/L quand normalisés par les échelles :

4 Similitude Monin Obukhov
Ces échelles sont strictement définies à la surface. Cependant, souvent les mesures de température et vitesse se font à une certaine distance de la surface en supposant que dans la couche de surface les flux sont constants. La variation verticale des flux est négligeable pour où L est la longueur de M-O

5 Similitude de Monin - Obukhov
Gradients sans dimensions Conditions des mesures: stationnarité et homogénéité Mesures :

6 Détermination des fonctions universelles
Kansas 1968

7 Théorie de la similitude de Monin Obukhov
Businger et al,1971

8 Théorie de la similitude de Monin Obukhov

9 Longueur de Monin Obukhov L
Variation de L pendant un jour sans nuages

10 On voit bien qui au four et à mesure que le paramètre «eta» augmente le terme de cisaillement perd en importance et celui de flottabilité prend de l,importance.

11 Théorie de la similitude de Monin Obukhov

12 Théorie de la similitude de Monin Obukhov
D ’autres fonctions importantes dans la CS sont :

13 Théorie de la similitude de Monin Obukhov
Dyer,1974

14 Similitude des termes de l ’équation TKE
Dyer,1974 Wingaard et Coté,1971 Kaimal,1978

15 Dyer,1974

16 Couche de surface: calcul du profil du vent

17 Couche de surface: calcul du profil de température

18 Couche de surface: calcul du profil du vent
Dans le cas neutre :

19 Couche de surface: calcul du profil du vent
Dans le cas stable : Dans le cas instable :

20 Couche de surface: calcul du profil de température
Dans le cas stable : Dans le cas instable :

21 Couche de surface: calcul du profil du vent

22 Couche de surface: calcul du profil du vent
distance de déplacement

23 Comment trouver d la distance de déplacement

24 Comment trouver d la distance de déplacement
En connaissant le vent à 3 niveau différents d est calculée par une méthode itérative

25 Comment trouver z0 et u* En connaissant d la représentation graphique de dans un graphique semi-logarithmique permet d ’obtenir graphiquement z0

26 Similitude de Monin Obukhov : mesure de stabilité
instable neutre stable -2.0 + 2.0 - +

27 Similitude de Monin Obukhov : limites asymptotiques
Neutralité : est une mesure de l ’influence de la flottabilité neutre stable instable + - + 2.0 -2.0 Voir les données expérimentales de Kansas, 1968

28 Similitude de Monin Obukhov : limites asymptotiques
Similitude locale Grande stabilité : Les mouvements verticaux sont largement freinés. Les fluctuations verticales sont petites. La taille des tourbillons va dépendre plus de la stabilité locale (LL) que de la distance au sol (z). Celle-ci n ’est plus un paramètre pertinent. On parle alors d ’indépendance locale de z (z less theory). Cette théorie est valable dans des cas très stables et assez loin du sommet de la couche stable h. LL 0 à 50 m uL 0 à 0.3 m/s L 0 à 2.0 K qL 0 à 5 g/kg

29 Similitude de Monin Obukhov : limites asymptotiques
Similitude de convection libre locale Grande instabilité : Dans le cas de grande instabilité u* n ’est pas un paramètre pertinent. On appelle cette classe de similitude de convection libre locale. La théorie de similitude de Monin Obukhov ne peux pas s ’appliquer. Les variables pertinentes sont: z 0 à 50 m uLf 0 à 0.5 m/s Lf 0 à 2.0 K qLf 0 à 5 g/kg