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Réunion des utilisateurs de Méso-NH
‘‘Développement et test d’un démonstrateur de scintillomètre dans un modèle L.E.S. de
couche limite atmosphérique’’
PIANEZZE Joris
1/15
Introduction L.T.H.E.
Laboratoire d’étude des Transferts en Hydrologie et Environnement
Contribution des flux turbulents sur l’évaluation du flux de chaleur sensible H (Adrien GUYOT)
Spatialisation des flux turbulents sur couverts complexes (Moussa DOUKOURE et moi)
Cycle de l’eau continentale : l’observation et sa modélisation
SO-AMMA-CATCH
AMMA 2006
• Mousson
• Ressource en eau
SO-OHMCV
HYMEX 2012
• Evénements hydrométéorologiques extrêmes
SO-GLACIOCLIM
TAG 2008
• Glacier, témoin du climat
2/15
Introduction
Observation: Mesure des flux turbulents par scintillométrie (Jean-Martial COHARD), Afrique, Glacier, Ville, …
Modélisation: Etude de la variabilité des flux turbulents (Jean-Martial COHARD & Sandrine ANQUETIN)
Synergie entre Observation et Modélisation: Moussa DOUKOURE et moi
3/15
Station de flux RécepteurEmetteur
Scintillomètre
Flux turbulents bien caractérisés sur des couverts homogènes (Foken, 2006)
en revanche…
C.L.S.
Terre
Introduction
''w
''qw
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Station de fluxRécepteurEmetteur
Scintillomètre
Problèmes des couverts hétérogènes
Introduction
''w
''qw
5/15
Emetteur
Récepteur
Variation de l’intensité du
signal
Paramètre de structure des
fluctuations de l’indice de
réfraction de l’air2
2nC
La scintillométrie
Emetteur RécepteurL: Longueur du trajet entre l’émetteur et le récepteur
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Exemple d’un champ turbulent dans la Couche Limite Atmosphérique:
<T>: température moyenne sur 24h
T’(r1,t1): fluctuation de la température à 4 mètres
T’(r2,t1): fluctuation de la température à 6 mètres
22121 ,',', trTtrTrrDT
Fonction de structure:
r : distance entre les deux capteurs
322 rCrDTT
CT2 : paramètre de structure des fluctuations de température
L’expérience suggère :
322 rCrDnn
Cn2 : paramètre de structure des fluctuations de l’indice de réfraction de l’air
Analogie
La scintillométrie: Définition du Cn²
Emetteur RécepteurL: Longueur du trajet entre l’émetteur et le
récepteur
r2
r1
<T> sur 1hZOOM
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Obtention du flux de chaleur sensible H
Lien entre les mesures scintillométriques, l’estimation de H et la modélisation
observations
Validité sur couverts complexes ???
Méso-NH
Comparaison possible ???
H
Procédure itérative Théorie de Couche Limite
2nC
Lois de la thermodynamique Théorie de la scintillométrie
2TC
H(x,y,z,t)2TC
,...,Lz
2n
C
scintillometre.f90
2nC
lesn.f90
8/15
Stratégie de modélisation
Création d’une routine
Moyenne pondérée du Cn² le long du trajet du scintillomètre
Scintillometre.f90
Mode L.E.S. Résoudre les grandes échelles de la turbulence: codage du Cn²(x,y,z,t)
lesn.f90
Fichiers Diachroniques
Diagnostiques temporels: moyenne spatiale du Cn²
call write_diachro(…)
Expériences numériques
Cas Idéal Validation des codes Schmidt/Schumann
SURFEX Hétérogénéités de surface
M.A.P. Riviera
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Cas Réel Influence du relief marqué sur les mesures scintillométriques
Vallée stylisée
Scintillomètre à environ 10 mètres: discrétisation de l’ordre du mètre au niveau du sol
CollineStretching
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Simulation de référence (Schmidt/Schumann, 1989):
• Taille du domaine: 6400m*6400m*2400m
• Taille des mailles: 50m*50m*50m
• Surface homogène, pas de relief
• Convection pure provoquée par un flux de température constant
• Simulation de 8000s, pour avoir une turbulence bien développée
Convection pure provoquée par un flux de température constant sur une surface homogène
Conditions aux limites:
• flux de température constant en surface H=72 W.m-2
• couche absorbante à z=2000m
• conditions cycliques sur les bords
Validation des modifications apportées
Conditions initiales:• u=v=w=0• profil de température neutre + stable
z
T300 K
dT/dZ=0.003K.m-1
0
Petites perturbations
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Champ de vitesse verticale
Altitude en mètre
Vitesse ascendante
Vitesse descendante
Validation des modifications apportées: lesn.f90
Profil de Cn2
Position horizontale en mètre
1.8 m.s-1
-1.2 m.s-1
0 m.s-1
1.10-9 m-2/3
1.10-16 m-2/3
Altitude adimensionnalisée par zi en fonction du paramètre de structure des fluctuations de température
z/zi
zi: couche d’inversion de température=1600m 12/15
Validation des modifications apportées: lesn.f90
2*
3/2²
T
zC iT
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Cn2 sur le trajet du scintillomètre Fonction de poids
+
=
= 8,109.10-15
Simulation de 400 secondes :
Validation des modifications apportées: scintillometre.f90C
n2
Trajet du scintillomètre
Po
ids
Trajet du scintillomètre
2nC
= 8,112.10-152n
CScilab
Les objectifs numériques !
S’assurer que l’impact du stretching sur les résultats est négligeable
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Utilisation de l’enregistrement des fichiers diachroniques pour faire des moyennes temporelles
Utilisation du MODD_BLANK pour changer le positionnement du scintillomètre sans avoir à recompiler les sources
Optimisation de notre routine scintillometre.f90
Adapter la routine scintillometre.f90 pour qu’elle fonctionne sur des sites réels
Comprendre la spatialisation des flux turbulents
Aider à l’interprétation des mesures scintillométriques
Les perspectives scientifiques!
Réaliser des cas idéaux pour des tests de sensibilité Impact d’une vallée, d’une colline, …
Réaliser des cas de simulation réels en s’appuyant sur des données expérimentales (Projet M.A.P. Riviera)
Un scintillomètre (entres autres) y est opérationnel
15/15
Merci de votre attention
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Obtention du flux de chaleur sensible H
Lien entre les mesures scintillométriques et l’estimation de H
2
2nC 2T
CLD, ,,,TP
*0* ,,,,,, TLVzzdu mo
H
Procédure itérative Théorie de Couche Limite
D
L
z
d
z0
P,T
V
Lois de la thermodynamique Théorie de la scintillométrie
Hétérogénéités de surfaceMéso-NH2T
C2nC
2nC2
T,T’,…
lesn.f90scintillometre.f90
,,TP
3/121 .'' rTT
Emetteur RécepteurL: Longueur du trajet entre l’émetteur et le récepteur