LogoLogo

Darbieu, Clara. Processus turbulents dans la couche limite atmosphérique pendant la transition d'après-midi

Darbieu, Clara (2015). Processus turbulents dans la couche limite atmosphérique pendant la transition d'après-midi.

[img]PDF - nécessite un logiciel de visualisation PDF comme GSview, Xpdf or Adobe Acrobat Reader
5Mb

Résumé en francais

Cette thèse porte sur l'étude de la transition d'après-midi (TA) de la couche limite atmosphérique (CLA). La TA est une période complexe du cycle diurne, de par son manque de stationnarité et parce qu'elle est régie par un ensemble de forçages qui faiblissent et dont les rôles respectifs changent par rapport à ce qu'ils ont pu être durant la période convective. Il résulte une moins bonne compréhension de cette période que des régimes quasi-stationnaires convectifs, neutres ou stables. La TA pourrait conditionner l'établissement du brouillard nocturne, influencer le développement de la couche limite du lendemain et être une phase clé du cycle diurne pour la ventilation des espèces en trace vers l'atmosphère libre. Par conséquent, de meilleures description et compréhension de la TA pourraient améliorer les modèles météorologiques et de qualité de l'air. Les principaux objectifs de la thèse ont été de mieux comprendre comment la turbulence décroît pendant la TA en mettant l'accent sur l'évolution de la structure verticale de la turbulence lorsque les transferts d'énergie en surface diminuent progressivement, et sur le rôle que joue la surface à ce moment particulier du cycle diurne. Le projet international BLLAST (Boundary Layer Late Afternoon and Sunset Turbulence) a servi de cadre à cette thèse. La campagne de mesures qui s'est déroulée en été 2011 sur le Plateau de Lannemezan, au nord de la chaîne Pyrénéenne, a fourni les nombreuses observations utilisées dans cette thèse. Une approche complémentaire aux observations est l'utilisation d'un modèle atmosphérique permettant de résoudre explicitement les échelles de la turbulence (LES). Cette approche a permis d'améliorer la compréhension du devenir des définitions et des lois d'échelles, de l'évolution des caractéristiques turbulentes et du rôle des différents processus de couche limite pendant la TA. L'ensemble des moyens expérimentaux a permis d'établir une vue d'ensemble des TA de BLLAST, en fonction des différentes conditions météorologiques et des types d'évolution de la structure moyenne et turbulente de la CLA: il existe une grande variabilité de la durée des TA en fonction du type de surface et des conditions météorologiques. L'évolution des caractéristiques turbulentes pendant la TA a été étudiée en surface et in situ grâce aux observations aéroportées, ainsi qu'avec une LES. Nous avons relevé la bonne capacité de la LES à reproduire les observations de la turbulence au cours de l'après-midi. En se basant sur une analyse spectrale de la vitesse verticale du vent, il a été mis en évidence que la TA est constituée de deux périodes nommées "Early Afternoon" et "Late Afternoon". La "Early Afternoon" est caractérisée par une diminution lente de l'énergie cinétique turbulente (ECT) dans la CLA sans que cela affecte les caractéristiques fondamentales de la turbulence. Durant la "Late Afternoon", l'ECT diminue fortement, accompagnée de modifications de la répartition de l'énergie sur les différentes échelles des tourbillons et surtout de la façon dont l'énergie cascade vers la dissipation. C'est aussi durant cette période que les échelles de normalisation classiquement utilisées en régime convectif ne sont plus valides. Ces modifications sont plus marquées et apparaissent plus tôt dans la partie supérieure de la CLA. La compréhension de l'évolution des caractéristiques turbulentes pendant la TA a ensuite été approfondie à l'aide de plusieurs tests de sensibilité. L'évolution de la turbulence est sensible au cisaillement, celui-ci retardant le processus de décroissance de turbulence et d'évolution des échelles. On suspecte le processus d'entraînement au sommet de la CLA d'être à l'origine de l'augmentation des échelles intégrales. Les structures cohérentes jouent également un rôle important sur la modification des spectres de la turbulence par rapport à la théorie de Kolmogorov. Enfin, l'anisotropie peut également modifier la pente spectrale du domaine inertiel. L'heure d'initialisation d'une simulation joue également un rôle. La période de six fois l'échelle de temps convective généralement supposée être suffisante pour reproduire la turbulence dans un modèle atmosphérique ne permet pas de créer les plus grandes échelles, ce qui modifie la décroissance de la turbulence pendant la TA.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Durand, Pierre
Lohou, Fabienne
Lothon, Marie
Ecole doctorale:Sciences de l'Univers, de l'environnement et de l'espace (SDU2E)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire d'Aérologie, UMR 5560
Mots-clés libres :Couche limite atmosphérique - Turbulence - Transition d'après-midi - BLLAST - Simulation numérique - Analyse de données
Sujets :Sciences de l'environnement
Déposé le :26 Aug 2016 10:23