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ANALYSE FINE DU CLIMAT URBAIN ANALYSE FINE DU CLIMAT URBAIN PARISIEN DANS LA PERSPECTIVE PARISIEN DANS LA PERSPECTIVE
DU CHANGEMENT CLIMATIQUEDU CHANGEMENT CLIMATIQUE Lien entre l’urbanisme et le climat urbain
Raphaëlle KOUNKOU-ARNAUD6èmes Rencontres des Utilisateurs de
Meso-NHToulouse, 13-14 octobre 2011
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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
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Plan
Méthodologie Caractéristiques de la simulation Validation de la simulation Analyse de l’ICU Tests de sensibilité : présentation et résultats
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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
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Caractéristiques de la simulation (1)
3 domaines imbriqués :1. Domaine France étendue (idem AROME), conditions initiales et conditions aux
limites toutes les 6h fournies par modèle du CEPMMT (analyse opérationnelle)2. Domaine IDF3. Domaine Paris-PC
Domaine France étenduex = 2.5 km
Domaine Paris Petite Couronne
x = 250 m
Domaine Ile-de-France
x = 1.25 km
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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
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Validation de la simulation (1)
Comparaison aux observations sur domaine 3 : 6 stations avec mesures horaires
Nom station Alt. (m) milieu % urbanisation
PARIS-MONTSOURIS
75 péri-urbain 14.7
BELLEVILLE-PARC
80 urbain 59.2
COURBEVOIE 51 péri-urbain 34.7
SAINT-DENIS 75 urbain 59.8
SAINT-MAUR 50 péri-urbain 26.2
VILLACOUBLAY 174 péri-urbain 35.4
Carte des stations disponibles sur le domaine 3urbain ; péri-urbain ; rural: mesures horaires : mesures quotidiennes
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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
Station EQM temp
e horai
re
EQM temp
e horai
re 09/08
EQM temp
e horai
re 10/08
EQM temp
e horai
re 19/08
EQM temp
e horai
re 12/08
EQM temp
e horai
re 13/08
Paris-Montsouris
1.698 1.005 0.798 1.771 1.501 2.920
Belleville_Parc
1.658 1.351 0.928 1.720 1.520 2.621
Courbevoie 1.702 1.555 0.955 1.771 1.415 2.813
St-Denis 1.793 1.720 1.386 1.699 1.330 2.636
St-Maur 2.450 2.175 2.865 2.695 2.651 2.352
Villacoublay
1.796 1.173 0.765 1.348 1.663 3.239
Moyenne 1.85 1.50 1.28 1.83 1.68 2.76
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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
Moyenne des températures à 2m des échéances nocturnes horaires de 02, 03 et 04 UTC des 5 nuits de simulation
6 à 7°C d’écart
Bois de Boulogne
Arrondissements les plus chauds du centre
densément bâti
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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),
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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
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Tests de sensibilité : présentation (2)
Choix de valeurs « extrêmes » pour dégager un signal
Paramètre Valeurs extrêmes Observations
AlbédoCouverture: 0.9
Murs : 0.8 Paris « la blanche »Durabilité/entretien (coût)
Émissivité Couvertures et murs : 0.9
Végétalisation Surfaces de terre verdies
Larges rues verdies en partie
Faisabilité (voies ferrées, chaussées)?
Durabilité/entretien (coût)
Eau Humidification des chausséesFaisabilité
Entretien (coût)
Géométrie A préciser en regard des résultats
obtenusDifficilement faisable
techniquement mais horizon 2100
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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
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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
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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
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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)
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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
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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
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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
Fraction de végétation supplémentaire dans le scénario 2 (végétation basse)
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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)
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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 réfléchissant Scénario de verdissement
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Tests de sensibilité : Analyse de l’ICU (1)
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),
Référence
Ref - S1
Ref - S2
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Tests de sensibilité : Analyse de l’ICU (2)
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
11/08/2003 12/08/2003
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Tests de sensibilité : Températures des bâtiments – scénario 1 (1)
jour
jour
nuit
nuit
Différence de température des murs par rapport à la référence
Différence de température des toits par rapport à la référence
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Tests de sensibilité : Températures des bâtiments – scénario 1 (2)
Diminution de 1 à 3 °C de la température des bâtiments
Température interne des bâtiments
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Analyse sur la verticale
A9 A12
Différence (référence – scénario) des températures
moyennes nocturnes
Températures moyennes diurnes et nocturnes
(référence, scénario 1 et scénario 2)
A12
Scénario 1 Scénario 2
A12
A9
A9
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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 !
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Merci de votre attention
