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Couche limite atmosphérique Micrométéorologie
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Exemples de paramétrisations de K Contraintes: K=0 quand il n ’y a pas de turbulence K=0 au sol (z=0) K augmente avec l ’intensité de la turbulence (TKE) K dépend de la stabilité statique K dépend de la direction (un vecteur) K est non négatif (analogie moléculaire)
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Exemples de paramétrisations de K Il y a trois approches dans le choix de K Donner des valeurs de K constantes Exemple ??? Spécifier des profils verticaux de K(z) Exemple ??? Simuler la dynamique de K Exemple ??? Transparent: Stull page 209
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Théories en K «différentielles» Les méthodes de K décrites jusqu ’à maintenant utilisent une formulation algébrique de K. Il existe des méthodes plus élaborés nécessitant d ’une équations différentielle de plus pour la détermination des K
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Théories en K «différentielles» Théories d’ordre 1 1/2 Théories en K «différentielles» Théories d’ordre 1 1/2 La théorie cinétique des gaz montre que le coefficient de viscosité est relié simplement au libre parcours moyen et à la vitesse thermique moléculaire moyenne u T par De façon analogue K M peut s ’exprimer par : Constante à déterminer Longueur de mélange turbulent à paramétriser Énergie cinétique turbulente moyenne Introduction d’une équation pronostique
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Théories en K «différentielles» Exemple de fermeture d’ordre 1 1/2 : COBEL Théories en K «différentielles» Exemple de fermeture d’ordre 1 1/2 : COBEL
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Les flux Transport et corrélation de pression COBEL. Fermeture d ’ordre 1.5, locale de type K : Paramétrisation COBEL. Fermeture d ’ordre 1.5, locale de type K : Paramétrisation
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COBEL. Fermeture d ’ordre 1.5, locale de type K : Paramétrisation (cont) COBEL. Fermeture d ’ordre 1.5, locale de type K : Paramétrisation (cont) Terme de dissipation (Delage, 1974)
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COBEL. Fermeture d ’ordre 1.5, locale de type K : Paramétrisation (cont) COBEL. Fermeture d ’ordre 1.5, locale de type K : Paramétrisation (cont) Longueur de Monin - Obukhov Dans la couche de surface
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COBEL. Fermeture d ’ordre 1.5, locale de type K : Paramétrisation (cont) COBEL. Fermeture d ’ordre 1.5, locale de type K : Paramétrisation (cont) Terme de dissipation (Delage, 1974)
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COBEL. Fermeture d ’ordre 1.5, locale de type K : Paramétrisation (cont) COBEL. Fermeture d ’ordre 1.5, locale de type K : Paramétrisation (cont) Longueurs de mélange Cas stable Cas neutre Cas instable
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COBEL. Fermeture d ’ordre 1.5, locale de type K : Paramétrisation (cont) COBEL. Fermeture d ’ordre 1.5, locale de type K : Paramétrisation (cont) Longueurs de mélange : cas instable L up et L down correspondent au déplacements vers le haut et vers le bas d ’une bouffée jusqu ’à la perte totale de son énergie cinétique Les longueurs de mélange doivent être fonction de ces déplacements. Une valeur «moyenne» entre ces deux limites de déplacement.
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COBEL. Fermeture d ’ordre 1.5, locale de type K : Paramétrisation (cont) COBEL. Fermeture d ’ordre 1.5, locale de type K : Paramétrisation (cont) Longueurs de mélange : cas instable L’avantage de cette méthode c’est de permettre de prendre en considération l’effet des régions stables dans la définition de la longueur de mélange. Par exemple: l ’épaisseur de la couche instable z i, limitée au sommet par une couche stable, est la longueur caractéristique de la turbulence :
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COBEL. Fermeture d ’ordre 1.5, locale de type K : Paramétrisation (cont) COBEL. Fermeture d ’ordre 1.5, locale de type K : Paramétrisation (cont) Longueurs de mélange : cas instable Dans la couche de surface la longueur caractéristique vas être z, la distance à la surface. À la surface c ’est évident que L down est nul et égale à z au four et à mesure qu ’il s ’éloigne de la surface.
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COBEL. Fermeture d ’ordre 1.5, locale de type K : Paramétrisation (cont) COBEL. Fermeture d ’ordre 1.5, locale de type K : Paramétrisation (cont) Longueurs de mélange : cas instable Dans une couche où Échelle de flottabilité
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COBEL. Fermeture d ’ordre 1.5, locale de type K : Paramétrisation (cont) COBEL. Fermeture d ’ordre 1.5, locale de type K : Paramétrisation (cont) Longueurs de mélange : cas instable Choix de la rélation fonctionnelle entre les longueurs de mélange et L up et L down et On choisi le minimum des deux distances parce qu’il est bien connu que proche d ’un mur rigide le coefficient de diffusion est proportionnelle à la distance au mur. Dans l ’atmosphère une inversion joue le rôle d ’un mur. D ’où le choix de la valeur minimum entre L up et L down comme longueur de mélange pour la diffusion. Dans le cas de la longueur de dissipation le comportement est différent. On observe que la hauteur de la couche a une influence sur la taille des tourbillons les plus énergétiques et ceci même tout proche de la surface (ou inversion). D ’ou le choix de la moyenne géométrique pour l la longueur de dissipation.
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COBEL. Fermeture d ’ordre 1.5, locale de type K : Paramétrisation (cont) COBEL. Fermeture d ’ordre 1.5, locale de type K : Paramétrisation (cont) Longueurs de mélange : cas instable L up et L down correspondent au déplacements d ’une bouffée jusqu ’à la perte totale de son énergie cinétique
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Avantages des fermeture 1 1/2 Hypothèse : Toutes les caractéristiques internes de la turbulence sont représentes par l ’énergie cinétique turbulente moyenne e et par la longueur de mélange turbulente l m, Kolmogorov (1942), Prandtl, (1945), Obukhov (1946), Monin (1950). Bonne simulation de la formation de la couche de mélange bien comme le changement de la couche limite pendant la journées Simulation de la formation du courant jet nocturne de bas niveau, ainsi que la formation de la couche stable nocturne proche de la surface Bonne simulation de l’intensité de la turbulence : augmentation pendant le jour et diminution drastique pendant la nuit
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Fermeture e- Ce type de fermeture élimine l ’arbitraire des coefficients l en ajoutant une équation pronostique pour le taux de dissipation
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