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Couche limite atmosphérique

Couche limite atmosphérique. Micrométéorologie. Homogénéité statistique horizontale. Équations cinétique turbulente moyenne e = e ii. Termes de production / dissipation. Tous les termes ont été divisés par w * 3 /z i qui est de l’ordre de 10 -3 m 2 s -3. Régimes de turbulence

marinel
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Couche limite atmosphérique

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Presentation Transcript

  1. Couche limite atmosphérique Micrométéorologie

  2. Homogénéité statistique horizontale

  3. Équations cinétique turbulente moyenne e = eii Termes de production / dissipation Tous les termes ont été divisés par w*3/zi qui est de l’ordre de 10-3 m2s-3

  4. Régimes de turbulence convection libre; convection forcée:

  5. Prise en considération de l ’humidité : système de Boussinesq de l ’air humide 1 - on remplace les températures par leurs analogues virtuelles 2 - on ajoute l ’équation de continuité pour l’humidité spécifique q

  6. Production thermique

  7. où Est la constante psychrométrique Production thermique (buoyancy flux) À la surface on défini le rapport de Bowen par :

  8. Production thermique (buoyancy flux) À la surface :

  9. Paramètres de stabilité : notion de stabilité

  10. Paramètres de stabilité : étude mathématique de la stabilité Équations aux perturbations : Non linéaires !

  11. Paramètres de stabilité : rapport entre les facteurs stabilisantes et les facteurs déstabilisantes. Nombre de Reynolds Nombre de Rossby Nombre de Foudre

  12. z  stable neutre instable Détermination de la stabilité en connaissant le profil de température potentielle Processus sans condensation

  13. Couche limite planétaire: variation journalière typique de la stabilité de l ’air

  14. Paramètres de stabilité : stabilité statique.

  15. Paramètres de stabilité : stabilité statique.

  16. Paramètres de stabilité : stabilité statique.

  17. Paramètres de stabilité : stabilité statique.

  18. Paramètres de stabilité : stabilité statique. Stabilité statique de la couche de mélange ? Stabilité statique de la couche résiduelle ?

  19. Instabilité statique

  20. Instabilité statique. Convection

  21. Paramètres de stabilité : stabilité dynamique. Ondes de Kelvin-Helmoltz

  22. A B Paramètres de stabilité : instabilité de KH. Théorème de Bernoulli: Les variations de pression sont égales et opposées aux variations d ’énergie mécanique par unité de volume A B

  23. - dense - dense + dense + dense - dense - dense + dense + dense Formation d ’un tourbillon en spirale par instabilité de Kelvin-Helmoltz. Instabilité dynamique + instabilité statique crée la turbulence

  24. Principe de LeChatelier. La réponse d ’un système à une perturbation de son état d ’équilibre est la création de mécanismes qui ramènent le système à un nouveau état d ’équilibre La turbulence est le moyen naturel d ’élimination de l’instabilité : Instabilité dynamique : création de la turbulence, augmentation de l’efficacité de diffusion, diminution du cisaillement du vent. Instabilité statique : convection pour éliminer le gradient de température, donc l ’instabilité thermique.

  25. Principe de LeChatelier : instabilité dynamique.

  26. Principe de LeChatelier. Instabilité statique et dynamique Convection + instabilité d’Ekman

  27. Qu ’est-ce qui maintient et fait changer l ’intensité de la turbulence dans l ’atmosphère ?

  28. Évolution de l ’énergie cinétique turbulente moyenne Nombre de Richardson Le nombre de Richardson, Rf, constitue un indicateur de stabilité d ’un écoulement où les effets dynamiques et thermiques coexistent. Le nombre de Richardson est un paramètre sans dimensions formé par le rapport entre le terme de production thermique et le terme de production dynamique (sans le signe moins)

  29. Nombre de Richardson flux Rf = 1 ??? Rf = 0 ??? Rf < 0 ??? Homogénéité horizontale : Selon Richardson Rf > +1 laminaire Rf < +1 turbulent

  30. Nombre de Richardson gradient, Ri Ri > 0 ??? Ri = 0 ??? Ri < 0 ??? Rc = nombre de Richardson critique Empiriquement : RT =nombre de Richardson qui défini le seuil à partir duquel la turbulence disparaît Ri > RT laminaire Rc = 0.21 à 0.25 Ri < Rc turbulent RT = 1

  31. Distribution du nombre de Richardson pendant une nuit

  32. Nombre de Richardson fini

  33. Nombre de Richardson global (différences finies)

  34. Relation entre divers paramètres de stabilité

  35. Longueur de Monin Obukhov L La longueur de Monin Obukhov est une échelle de longueur importante dans la couche de surface. On normalise l’équation de l’énergie cinétique turbulente en divisant chaque terme par -ku*3/z :

  36. Longueur de Monin Obukhov L Variation de L pendant un jour sans nuages

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