Raphaëlle KOUNKOU-ARNAUD 6 èmes Rencontres des Utilisateurs de Meso-NH

1. ANALYSE FINE DU CLIMAT URBAIN PARISIEN DANS LA PERSPECTIVE DU CHANGEMENT CLIMATIQUE Lien entre l’urbanisme et le climat urbain Raphaëlle KOUNKOU-ARNAUD 6èmes Rencontres des Utilisateurs de Meso-NH Toulouse, 13-14 octobre 2011

2. Objectifs du projet EPICEA • Objectif principal du projet : Quantifier l’impact changement climatique à l’échelle de la ville et l’influence du bâti sur le climat urbain • Dans le cadre des questions d’aménagement urbain, de météorologie urbaine et des conséquences du CC ; • Pour apporter une contribution scientifique au processus de décision des élus et des directions de la Ville sur des questions à long terme. • Réparti en 3 volets de travail : • Volet V1 : Évolution du climat urbain dans la perspective du changement climatique • Volet V2 : Étude particulière d’une situation extrême : la canicule de 2003, en guise d’extrapolation dans le futur (un été sur deux d’ici 2070) 2 configurations : • Paris, ville uniforme (résolution 2 km) • Paris, ville réaliste (résolution 250 m) : base de données élaborée avec l’Atelier Parisien d’Urbanisme (APUR) • Volet V3 : Lien entre l’urbanisme et le climat urbain

3. Plan • Méthodologie • Caractéristiques de la simulation • Validation de la simulation • Analyse de l’ICU • Tests de sensibilité : présentation et résultats

4. Méthodologie • Simulation numérique MESO-NH couplé à SURFEX V6 de la période du 08 au 13 août 2003 • Utilisation de la version végétalisée de TEB (TEB-Veg) dans sa version CANOPY : introduction de la végétation dans la rue et appel d’ISBA par TEB via la routine d’interface GARDEN Lemonsu, 2010

5. Domaine France étendue x = 2.5 km Domaine Ile-de-France x = 1.25 km Domaine Paris Petite Couronne x = 250 m Caractéristiques de la simulation (1) • 3 domaines imbriqués : • Domaine France étendue (idem AROME), conditions initiales et conditions aux limites toutes les 6h fournies par modèle du CEPMMT (analyse opérationnelle) • Domaine IDF • Domaine Paris-PC

6. Caractéristiques de la simulation (2) • 1er run sur le domaine 1 seul • 2ème run sur les domaines 2 et 3 (grid-nesting) • Forçage atmosphérique du domaine 2 par les sorties de simulation sur le domaine 1 • Couplage 2 ways des domaines 2 et 3 (rappel des champs météo du domaine 2 à chaque pas de temps vers la moyenne des champs du domaine 3) • Paramétrisation des namelists : • Résolution verticale : 55 niveaux, 1er niveau à 30m + 6 niveaux CANOPY • Solveur de pression : Richardson • Relaxation horizontale activée • Turbulence : TKEL (turbulence 3D) • Transfert radiatif : ECMWF • Pas de schéma de convection profonde • Schéma de convection peu profonde : EDKF (schéma Eddy-Diffusion-Kain-Fritsch) • Microphysique : ICE3 (schéma de microphysique mixte qui inclut glace, neige et graupels : 6 classes d’hydrométéores) • Advection : CEN4TH

7. Carte des stations disponibles sur le domaine 3 urbain ; péri-urbain ; rural : mesures horaires  : mesures quotidiennes Validation de la simulation (1) • Comparaison aux observations sur domaine 3 : 6 stations avec mesures horaires

8. Validation de la simulation (2) : températures • Très bonne corrélation (R = 0.9573) ; • Tendance à surestimer les températures, notamment les plus basses. • NB : EQM calculée sur les 45 stations horaires du domaine 2 à 1.25 km : EQM = 2.47 °C  Gain en EQM de 0.6°C en diminuant la résolution

9. 6 à 7°C d’écart Arrondissements les plus chauds du centre densément bâti Bois de Boulogne Moyenne des températures à 2m des échéances nocturnes horaires de 02, 03 et 04 UTC des 5 nuits de simulation Analyse de l’îlot de chaleur urbain (1) : mise en évidence de l’ICU • Températures les plus élevées sur le centre de Paris au niveau des arrondissements 2, 3, 9 et 10 (28 à 30°C) • Températures les plus basses sur les zones plus aérées (nombreux parcs et forêts) au niveau du sud-ouest de Paris, des bois de Vincennes et de Boulogne ou du nord de Paris (23 à 25°C).  Amplitude maximale de 4 à 7°C de l’ICU simulé

10. Analyse de l’îlot de chaleur urbain (2) : analyse au-dessus de la ville • Température à 30m maximale (>28°C) sur le centre de Paris (arrondissements 1 à 11) ainsi que sur l’ouest du 12ème, le 13ème et le 15ème arrondissements. • Léger refroidissement au-dessus du Bois de Vincennes (27°C), moins net au-dessus du Bois de Boulogne. • Température à 30m de l’ordre de 26°C sur les zones plus aérées au sud-ouest et au nord-est de Paris  Amplitude maximale de l’ordre de 2°C de l’ICU simulé Moyenne des températures à 30m des échéances nocturnes horaires de 02, 03 et 04 UTC des 4 dernières nuits de simulation (10, 11, 12 et 13 août),

11. Tests de sensibilité : présentation (1) • Simulation de référence à très fine échelle (250 m) permet : • L’utilisation d’inventaires détaillés de l’existant (base de données sur Paris élaborée avec l’APUR) ; • L’étude détaillée de processus urbains (ICU, panache urbain, CLU) ; • L’identification de zones urbaines plus vulnérables aux processus urbains (arrondissements fortement urbanisés du centre de Paris, zones situées dans le panache urbain, etc.) • Identification au préalable de paramètres susceptibles d’agir sur les caractéristiques des ICU (leviers urbains) : • propriétés radiatives des surfaces • zones vertes, ie. végétales • zones bleues, ie. aquatiques

12. Tests de sensibilité : présentation (2) Choix de valeurs « extrêmes » pour dégager un signal

13. Tests de sensibilité : scénario 1 « réfléchissant » (1) • Toitures : mise en place de couvertures rafraîchissantes (« cool roofs ») par le biais de membranes ou enduits spécifiques • Albédo des toits : Référence Scénario réfléchissant

14. Tests de sensibilité : scénario 1 « réfléchissant » (2) • Toitures : mise en place de couvertures rafraîchissantes (« cool roofs ») par le biais de membranes ou enduits spécifiques • Emissivité des toits : Référence Scénario réfléchissant

15. Tests de sensibilité : scénario 1 « réfléchissant » (3) • Murs : modification donnant aux matériaux de façade les propriétés d’un marbre très « blanc » par le biais de peintures spécifiques adaptées aux différents supports existants ou par la mise en place d’un bardage • Albédo des murs : Référence Scénario réfléchissant

16. Tests de sensibilité : scénario 2 « verdissement » (1) • Verdissement sans toucher au bâti des surfaces « disponibles » : • Verdissement des surfaces de terre Fraction de surface de terre par rapport à la végétation totale dans le cas de référence  833 ha disponibles soit une hausse de 25,8% de végétation effective (mais pas de suppression de surfaces minéralisées)

17. Tests de sensibilité : scénario 2 « verdissement » (2) • Verdissement partiel des chaussées larges : • On retient un seuil de rue « large » de 15 m (9ème décile Q90 : 15.44 m) • On obtient 602 ha de surface de « rues larges » • On en verdit la moitié soit 301 ha de routes végétalisables  on verdit 12 % des routes de la ville avec de la végétation basse, ce qui conduit à une hausse de 8 % de la végétation totale et 23 % de la végétation basse sur Paris intra-muros Surface de végétation basse supplémentaire suite au verdissement partiel des chaussées larges Répartition des largeurs de route dans Paris

18. Tests de sensibilité : scénario 2 « verdissement » (3) • Verdissement des surfaces de terre et des chaussées larges : Fraction de végétation dans la maille dans le cas de référence Fraction de végétation dans la maille dans le scénario 2

19. Fraction de végétation supplémentaire dans le scénario 2 (végétation basse) Tests de sensibilité : scénario 2 « verdissement » (3) • Verdissement des surfaces de terre et des chaussées larges : Fraction de végétation dans la maille dans le cas de référence Fraction de végétation dans la maille dans le scénario 2

20. Tests de sensibilité : scénario 3 «  Humidification » • Humidification des chaussées en permanence par ruissellement d’eau en surface. • Utilisation du réseau d’eau non potable présent dans Paris. Expérience menée à Tokyo (Sato 2008, Sera 2006)

21. Tests de sensibilité : scénario 4 «  Réfléchissant + Verdissement + Humidification » • Le scénario 4 additionne les scénarios 1, 2 et 3 (modification des propriétés radiatives des parois, verdissement des surfaces de terre et des chaussées larges et humidification des chaussées) Scénario de verdissement Scénario réfléchissant

22. Tests de sensibilité : Analyse de l’ICU (1) Ref - S1 Référence Ref - S2 Impacts sur l’ICU (T2m) ICU défini comme la moyenne des températures à 2 m des échéances nocturnes horaires de 02, 03 et 04 UTC des 5 nuits de simulation (09, 10, 11, 12 et 13 août),

23. Tests de sensibilité : Analyse de l’ICU (2) 11/08/2003 12/08/2003 • Impact maximal les journées les plus chaudes (baisse jusqu’à 3°C de l’ICU) • Impact principalement sur Paris intra muros mais également dans le panache urbain

24. Tests de sensibilité : Températures des bâtiments – scénario 1 (1) jour nuit Différence de température des toits par rapport à la référence jour nuit Différence de température des murs par rapport à la référence

25. Tests de sensibilité : Températures des bâtiments – scénario 1 (2) • Diminution de 1 à 3 °C de la température des bâtiments Température interne des bâtiments

26. A9 A12 A9 A12 Scénario 2 Analyse sur la verticale A12 A9 Températures moyennes diurnes et nocturnes (référence, scénario 1 et scénario 2) Différence (référence – scénario) des températures moyennes nocturnes Scénario 1

27. Conclusions • Scénario 1 (réfléchissant) : • Impact sur la partie bâtie uniquement • Impact essentiellement sur Paris intra-muros • Peu d’impacts en surface sur les Tmax, mais plus prononcés en surface sur les Tmin • Plus fort impact en altitude sur les Tmin et Tmax • Diminution importante des températures de surface des toits et murs • Fort impact au niveau de la température interne des bâtiments • Scénario 2 (verdissement) : • Impact très faible et localisé • Impact visible sur les Tmin • Le verdissement partiel par ajout de végétation basse ne suffit pas à refroidir significativement la ville • Verdissement à plus grande échelle ? • L’ajout de végétation haute (arbres) pourrait avoir plus d’impact ? • Scénario 3 (humidification) : problème de phasage SURFEX (modifié) / Meso-NH !

28. Merci de votre attention