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Amélioration de la fermeture du bilan de l’énergiegrâce au calcul du flux turbulent de l’enthalpie.
par Pascal Marquet (Météo-France / CNRM-GMAP-Proc)
+ Guylaine Canut et William Maurel (CNRM-GMEI)
+ données EBEX-2000 (UCAR/NCAR-Earth ObservingLaboratory)
AMA-2019 (Toulouse, 13 mars 2019)
Motivations-Rappels EBEX-2000 Résultats-EBEX Conclusion
Plan de l’exposé :
Page 0/ 15 BILAN DE L’ENERGIE : FLUX D’ENTHALPIE
1) Rappel des AMA (2015-2016) sur le flux d’enthalpie
2) Une première évaluation pour Météopole-Flux(note WGNE 2018 avec G. Canut et W. Maurel)
3) La campagne EBEX-2000 (Oncley et al., 2008)
4) Résultats pour EBEX-2000
5) Conclusions-Perspectives
Motivations-Rappels EBEX-2000 Résultats-EBEX Conclusion
Exposés AMA 2015 et 2016
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(1/5) Bilan de l’énergie de l’atmosphère ? (“TOA - SURF”)
Motivations-Rappels EBEX-2000 Résultats-EBEX Conclusion
Exposés AMA 2015 et 2016
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(2/5) En fait : le flux de l’enthalpie en surface !
Motivations-Rappels EBEX-2000 Résultats-EBEX Conclusion
Exposés AMA 2015 et 2016
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(3/5) Questions : quelle enthalpie ? quel flux de l’enthalpie ? (air clair)
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Exposés AMA 2015 et 2016
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(4/5) Question : quelle signification physique pour ce Lh(T) ?
Motivations-Rappels EBEX-2000 Résultats-EBEX Conclusion
Exposés AMA 2015 et 2016 :
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(5/5) Question : quelles valeurs numériques pour ce Lh(T ) ?
Motivations-Rappels EBEX-2000 Résultats-EBEX Conclusion
Plan de l’exposé :
Page 5/ 15 BILAN DE L’ENERGIE : FLUX D’ENTHALPIE
1) Rappel des AMA (2015-2016) sur le flux d’enthalpie
2) Une première évaluation pour Météopole-Flux(note WGNE 2018 avec G. Canut et W. Maurel)
3) La campagne EBEX-2000 (Oncley et al., 2008)
4) Résultats pour EBEX-2000
5) Conclusions-Perspectives
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Note WGNE 2018 (P. Marquet, G. Canut , W. Maurel)
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Fermeture du bilan de l’énergie pour Météopole-Flux (CNRM) ?
• un flux latent plus élevé (+6%)• un flux total plus faible (−4%)• dans le bon sens, mais bilan loin d’être fermé ...• impacts des autres sources d’erreur et hypothèses :
G = 0 ; stockages dans sol ? végétation ? air ? ...⇒ recherche d’un cas plus probant ?
Motivations-Rappels EBEX-2000 Résultats-EBEX Conclusion
Plan de l’exposé :
Page 6/ 15 BILAN DE L’ENERGIE : FLUX D’ENTHALPIE
1) Rappel des AMA (2015-2016) sur le flux d’enthalpie
2) Une première évaluation pour Météopole-Flux(note WGNE 2018 avec G. Canut et W. Maurel)
3) La campagne EBEX-2000 (Oncley et al., 2008)
4) Résultats pour EBEX-2000
5) Conclusions-Perspectives
Motivations-Rappels EBEX-2000 Résultats-EBEX Conclusion
EBEX-2000 / St Joaquin Valley Californie / Oncley et al. (2007)
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Moyennes spatiales et dans le temps + G + stockages + advections ...
Motivations-Rappels EBEX-2000 Résultats-EBEX Conclusion
EBEX-2000 / en Californie / Oncley et al. (2007)
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Variabilités spatiale et temporelle ?
• canopée (coton) à 1 m versus flux à 4.7 m• 8 à 10 stations ; un pavé de 300 m x 1200 m• 2 périodes (17 juillet au 26 aout) : 41 jours
Motivations-Rappels EBEX-2000 Résultats-EBEX Conclusion
EBEX-2000 / en Californie / Oncley et al. (2007)
Page 9/ 15 BILAN DE L’ENERGIE : FLUX D’ENTHALPIE
Une variété d’instruments (après inter-comparaisons) :
Motivations-Rappels EBEX-2000 Résultats-EBEX Conclusion
Plan de l’exposé :
Page 10/ 15 BILAN DE L’ENERGIE : FLUX D’ENTHALPIE
1) Rappel des AMA (2015-2016) sur le flux d’enthalpie
2) Une première évaluation pour Météopole-Flux(note WGNE 2018 avec G. Canut et W. Maurel)
3) La campagne EBEX-2000 (Oncley et al., 2008)
4) Résultats pour EBEX-2000
5) Conclusions-Perspectives
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EBEX-2000 / St Joaquin Valley Californie / Oncley et al. (2007)
Page 10/ 15 BILAN DE L’ENERGIE : FLUX D’ENTHALPIE
Bilans moyens sur 41 jours : ↓ pour chaque sites (1 à 9) et ↓ en moyenne
• fort résidu R de 40 à 70 W/m2
• un latent élevé > 400 W/m2
• +6 % ⇒ +24 W/m2 et R/2 ?
• Un “residuum” avec un cycle diurne : remplacement par Lh > Lv dans le bon sens ?
Motivations-Rappels EBEX-2000 Résultats-EBEX Conclusion
EBEX-2000 / St Joaquin Valley Californie / Oncley et al. (2007)
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Bilans (41 jours tous sites) : ↓ OLD avec Lv(T) ; ↓ NEW avec Lh(T)
• Oui : le remplacement par Lh > Lv diminue le résidu Res• Et avec Res-new sans cycle diurne : davantage dans l’esprit “erreurs” / “oubli” ?• ... mais faisons un zoom pour comparer ces résidus...
Motivations-Rappels EBEX-2000 Résultats-EBEX Conclusion
EBEX-2000 / St Joaquin Valley Californie / Oncley et al. (2007)
Page 12/ 15 BILAN DE L’ENERGIE : FLUX D’ENTHALPIE
Bilans (41 jours tous sites) : ↓ OLD avec Lv(T) et NEW avec Lh(T)
• Maxis ≈ 80 W/m2 → 40 W/m2 à 11 h• Bilan ≈ équilibré la nuit ≈ −10 W/m2
• Meilleur bilan l’après-midi < 20 W/m2
En moyenne des 41 j et 8/10 stations :• Lv .E ≈ 154.7 et Lh.E ≈ 167.3 W/m2
soit +12.6 W/m2 ou +8 % (latent)• et pour le Résidu (moyen) :
+21.3→ +8.7 W/m2 ; ou −59 % !impact important : −12.6 W/m2 !
• Calculs pour les flux et les corrections “majeures” : humidité sur T-soniques ;absorption UV sur hygromètres ; Webb sur E ; spatial-corr. soniques-hygromètres ;G incluant tout les flux sous le sommet de la canopée (storage sols+veg+air) ;• .... mais ∃ autres corrections “mineures” : div.vert. + adv.hor. + photo-synth. ?
Motivations-Rappels EBEX-2000 Résultats-EBEX Conclusion
EBEX-2000 / St Joaquin Valley Californie / Oncley et al. (2007)
Page 13/ 15 BILAN DE L’ENERGIE : FLUX D’ENTHALPIE
Bilans (41 jours tous sites) : ↓ OLD versus NEW ↓ + [ “minor terms” ]
• Impacts des corr. “mineures” : −12.2 W/m2 en moy. ! (−40 W/m2 à 15 h !)(div.vert. −0.15 W/m2 ; adv.hor. −4.5 W/m2 ; photo-synth. −7.5 W/m2)
- OLD avec Lv(T) : +21.3 W/m2 → +9.1 W/m2
- NEW avec Lh(T) : +8.7 W/m2 → −3.5 W/m2 !
Motivations-Rappels EBEX-2000 Résultats-EBEX Conclusion
Plan de l’exposé :
Page 13/ 15 BILAN DE L’ENERGIE : FLUX D’ENTHALPIE
1) Rappel des AMA (2015-2016) sur le flux d’enthalpie
2) Une première évaluation pour Météopole-Flux(note WGNE 2018 avec G. Canut et W. Maurel)
3) La campagne EBEX-2000 (Oncley et al., 2008)
4) Résultats pour EBEX-2000
5) Conclusions-Perspectives
Motivations-Rappels EBEX-2000 Résultats-EBEX Conclusion
Conclusions-Perspectives (1)
Page 14/ 15 BILAN DE L’ENERGIE : FLUX D’ENTHALPIE
Non-fermeture du bilan de l’énergie (EBEX-2000) :- en partie due au besoin de remplacer Lv(T) et Ls(T) par Lh = hv − hd
- et à son utilisation en facteur du flux d’évaporation (E ) : Lh(T)× E
- modifs importantes du bilan : −40 W/m2 loc. / −12 W/m2 moyen- pour moi, cela valide le choix des origines pour hv(T) et hd (T) à 0 K
Autres études expérimentales :- Lamasquère (A. Brut) / ANR-MOSAI ? / F. Lohou- Météopole-Flux (G. Canut, W. Maurel) / flux-sol G + minor ?- Et facile à tester dans tous les cas (SIRTA ; CABAUW ; ...) :
Lv(T) ≈ 2501 + (cpv − cl ) (T − T0)Lh(T) ≈ 2603 + (cpv − cpd ) (T − T0)
Motivations-Rappels EBEX-2000 Résultats-EBEX Conclusion
Conclusions-Perspectives (2)
Page 15/ 15 BILAN DE L’ENERGIE : FLUX D’ENTHALPIE
Bilan de l’énergie des modèles (NWP / GCM) ?- on connaît H = ρw ′T ′ et E = ρw ′q′
v (bulk surface ; turb altitude)
- pour les équations de T ou de Tsurf : utiliserle flux sensible cp × H et les flux latents Lv × E ou Ls × E
- mais pour les bilans de l’énergie : utiliser cp × H et Lh × E
Explication de ce mystère : des équations différentes !
- bilan d’énergie (d’enthalpie) : dhdt
= (. . .) −1ρ~∇.
(∑k
hk ~Jk
)
- Eq. de T (MSE) : d(cpT + L0v qv )
dt= (. . .) −
1ρ~∇.
(L0
v~Jv +
∑k
cpk T ~Jk
)- on ne peux pas équilibrer les deux à la fois (ou erreurs compensatoires...)- donc actuellement : on ferme mal les bilans ! (atm/surf/océans/...)
Motivations-Rappels EBEX-2000 Résultats-EBEX Conclusion
Merci : questions ?
Page 15/ 15 BILAN DE L’ENERGIE : FLUX D’ENTHALPIE
- bilan d’énergie (d’enthalpie) :dhdt
= (. . .) −1ρ~∇.
(∑k
hk ~Jk
)
- Eq. de T (MSE) :d(cpT + L0
v qv )dt
= (. . .) −1ρ~∇.
(L0
v~Jv +
∑k
cpk T ~Jk
)