Couche limite atmosphérique Conditions frontières.

Présentation au sujet: "Couche limite atmosphérique Conditions frontières."— Transcription de la présentation:

1 Couche limite atmosphérique Conditions frontières

2 Voir transparent Atmosphère libre Surface de la planète

3 Conditions frontières : surface Jusqu ’à maintenant on a calculé les flux comme s ’ils était contrôlés rien que par l ’interaction entre la turbulence et les gradients moyens de la quantité transportée. À la surface les flux de chaleur latente et de chaleur sensible sont contrôlés par l ’énergie disponible à la surface et les échanges entre la surface et l ’air se font par échange moléculaire et non turbulent... Le flux de vapeur d ’eau, en absence de précipitation est contrôlé par le flux d ’eau des couches profondes du sol vers la surface.

4 Transferts de chaleur et humidité à la surface

5 Stationnarité Les mesures de flux faites au niveau de l ’abri (2 m) représentent le flux effectif

6 Bilan d ’énergie à la surface

7 Le premier forçage sur les surfaces continentales est l ’absorption d ’énergie par le sol Variations diurnes de la température Variations diurnes des flux turbulents La température de la surface est déterminée par le bilan de tous les flux d ’énergie à la surface

8 Bilan énergétique à la surface

9 Bilan hydrique à la surface

10 Variations du bilan de surface

11 Exemple de bilan de surface

12 Types de rayonnement  Rayonnement solaire, K ( < 4  )  Rayonnement tellurique, I ( > 4  )

13

14 Les composants atmosphériques interagissent avec les ondes électromagnétiques par: absorption (tellurique + solaire) émission (tellurique) diffusion (solaire) Interaction entre les radiations électromagnétiques et les constituants atmosphériques Interaction entre les radiations électromagnétiques et les constituants atmosphériques

15 Équation de transfert monochromatique pour les radiations de courte longueur d'onde ou solaires Équation de transfert monochromatique pour les radiations de courte longueur d'onde ou solaires Notes de cours de SCA 5002

16

17

18 Transmissivité de l ’atmosphère La transmissivité de l ’atmosphère pour les courtes longueurs d ’onde est la fraction de la radiation solaire qui atteint la surface.

19 Transmissivité de l ’atmosphère La radiation solaire qui atteint la surface est: d = jour julien d y = 365.25 d r = 173, solstice d ’été (HN)  r = 23.45 ° (Tropique de Cancer)

20 Albédo de la surface L ’albédo de la surface représente la fraction d ’énergie solaire réfléchie par la surface. Type de surfacealbédo ----------------------------------------------------- océan 0.05 - 0.5 forêt tropicale0.07 - 0.15 conifère0.1 - 0.19 feuillus0.14 - 0.2 sol foncé mouillé0.1 sable mouillé0.1 - 0.25 sable sec0.2 - 0.4 neige fraîche0.65 - 0.95 vieille0.45 - 0.65 L ’albédo depend: 1) de l ’angle d ’incidence des rayons solaires 2) de l ’état d ’humidité de la surface 3) de la hauteur de la végétation

21 Albédo de la surface

22

23

24 Interaction entre la radiation tellurique et l ’atmosphère Interaction entre la radiation tellurique et l ’atmosphère Pour bien calculer le transfert radiatif il nous faut bien connaître la distribution de tous les «gaz à effet de serre»

25 Équation de transfert monochromatique pour les radiations de longue longueur d'onde ou telluriques (terrestres et atmosphériques) Équation de transfert monochromatique pour les radiations de longue longueur d'onde ou telluriques (terrestres et atmosphériques)

26 Radiation net de grand longueur d ’onde à la surface Exemple de paramétrisation:

27 Radiation émise par la surface Type de surfaceémissivité ----------------------------------------- océan 0.95 forêt tropicale0.98 conifère0.98 feuillus0.96 sol foncé mouillé0.98 sable mouillé0.98 sable sec0.90 - 0.95 neige fraîche0.95 vieille0.90

28 Radiation nette à la surface Le jour La nuit

29 Types de modèles de transfert radiatif Spectraux (line by line models) Corps gris (flux emissivity or graybody) Par bande (band method) Cobel : schéma radiatif de courtes longueurs d ’onde schéma radiatif de longues longueurs d ’onde

30 Interfaces

31 Interfaces : zone d ’entraînement surface (z=0) hauteur de (z i (t)) la couche de mélange

32 Flux et interfaces Le flux de la quantité  à travers une interface est relié à la différence de entre  de chaque coté de celle-ci. Représente la vitesse de transport de  à travers l’interface

33 Flux et interfaces : analogie électrique est l’équivalent de 1/r, la conductivité Loi de Ohm : I r V2V2 V1V1  top  bottom

34 Flux et interfaces : vitesse de transport Parameterization : Est la grandeur de la vitesse à une hauteur z Le coefficient de transfert global à la même hauteur La vitesse d ’entraînement au sommet de la couche limite

35 Flux de surface : «drag» et méthodes globaux Paramétrage : «Drag laws» tous mesurés à la même hauteur L ’indice G signifie valeur à la surface

36 Coefficients de transfert globaux Dans le cas de conditions statiques neutres Valeurs typiques: 1x10 -3 à 5x10 -3

37 Comment spécifier la valeur des variables à la surface (G) Sur la mer : l’air dans la couche visqueuse est saturé. La température et l ’humidité à la surface sont reliées par l ’équation de Clausius Clapeyron. Sur la terre solide : équations pronostiques pour la température et l ’humidité de surface.

38 Dépendance entre les «drag» coefficients et la rugosité Dépendance entre les «drag» coefficients et la rugosité Sur la terre solide : Sur la terre solide : le «drag» de l ’air peut être causé par: Sur la mer : Sur la mer : le drag dépend essentiellement de la hauteur et de la densité des ondes. L ’effet est parametrer en définissant un paramètre de rugosité z 0 «drag» de surface (skin drag) drag du aux obstacles (form drag) drag du aux ondes (wave drag) Valeurs moyennes des coefficients sur les continents : transparent Stull pp 264

39 Dépendance entre les «drag» coefficients et la rugosité : sur la terre solide et petite échelle Dépendance entre les «drag» coefficients et la rugosité : sur la terre solide et petite échelle «drag» de surface (skin drag) mesures de rugosité. 1) densité des éléments rugueux Densité de la voûte Coefficient de «drag» des éléments Hauteur moyenne de la voûte

40 Dépendance entre les «drag» coefficients et la densité de la voûte : Dépendance entre les «drag» coefficients et la densité de la voûte :

41 Dépendance entre les «drag» coefficients et la rugosité : sur la terre solide et petite échelle Dépendance entre les «drag» coefficients et la rugosité : sur la terre solide et petite échelle «drag» de surface (skin drag) mesures de rugosité. 2) longueur de rugosité Sa mesure se fait en mesurant le cisaillement du vent dans la couche de surface.

42 Dépendance entre les «drag» coefficients et la rugosité : sur les océans Dépendance entre les «drag» coefficients et la rugosité : sur les océans Longueur de rugosité La relation de Charnock Plus grand est le stress provoqué par le vent sur la surface de l ’océan, plus les ondes sont hautes et plus grande est la rugosité de l ’océan La relation de Charnoc s ’applique à d ’autres surfaces «mobiles» comme le sable ou des grands champs de céréales.

43 Dépendance entre les «drag» coefficients la hauteur où se font les mesures Surface solide et stabilité statique neutre

44 Dépendance entre les «drag» coefficients la hauteur où se font les mesures Océan et stabilité statique neutre

45 Dépendance entre les «drag» coefficients la hauteur où se font les mesures