Дисертації з теми "Couche limite atmosphérique (ABL)"
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Nishio, Yoshiyuki. "Challenges in applying the PSPG/SUPG Finite element method to the atmosphéric boundary layer." Thesis, La Rochelle, 2021. http://www.theses.fr/2021LAROS017.
Анотація:
Suite à une requête de la Défense belge dans le cadre des applications CBRN (chimique, biologique, radiologique et nucléaire), l’objectif initial du travail était de simuler un cas CBRN réaliste a l’air libre (dispersion de particules après une explosion dans une ville), en appliquant la stabilisation Streamline-Upwind Petrov-Galerkin (SUPG) sur une méthode d’éléments finis (FEM), incluant une deuxième phase (particules). Pour cette simulation, les développements se font dans le code Coolfuid 3, un langage spécifique au domaine (DSL) écrit en C++. Cependant, les applications à l’air libre nécessitent de décrire correctement la couche limite atmosphérique (ABL). Cela n’a jamais été fait en utilisant des éléments finis stabilisés. Par conséquent, le défi de ce travail est de répondre à la question simple : Comment modéliser une ABL en s’appuyant sur la méthode de stabilisation SUPG. Afin de réduire le nombre d’éléments nécessaires pour une simulation résolvant toutes les échelles de turbulences jusqu’aux parois, l’ABL a été implémentée avec un modèle de paroi, puis vérifiée en 2D, tandis que quelques corrections (la résolution du maillage, la stabilité du profil de vitesse) ont également pu être menées. Néanmoins, l’implémentation 3D a révélé certaines oscillations parasites, laissant supposer à une origine numérique. Bien que la SUPG produise de la dissipation, cette dernière ne semble pas suffisante pour un écoulement à nombre de Reynolds aussi élevé. Par conséquent, pour ajouter de la dissipation, deux directions ont été suivies : Premièrement, une implémentation de l’évolution de la SUPG, la Méthode Variationnelle MultiScale (VMS), a été initiée. Cette dernière fournit un cadre combiné à la fois pour la stabilisation et la modélisation de la turbulence. Deuxièmement, deux formulations LES, connues pour leur comportement dissipatif, ont également été intégrées. Après avoir réduit les oscillations parasites, le profil de vitesse a été analysé. Finalement, pour permettre la comparaison avec un résultat DNS disponible, le nombre de Reynolds visqueux du domaine ABL a été réduit. Favorablement, et ceci également pour deux autres conditions, l’implémentation du modèle ABL a fourni des résultats se rapprochant le plus de la courbe DNS. En conclusion, nous avons déterminé deux méthodologies (LES et SUPG / VMS) qui ont le potentiel d’approcher l’écoulement ABL. La FEM stabilisée utilisant la SUPG a révélé qu’elle n’est actuellement pas encore suffisante pour éviter les oscillations parasites dans le cas d’un écoulement ABL. En revanche, la LES a fourni des résultats encourageants, ce qui prouve qu’un certain type de modèle de turbulence est indispensable. Cela souligne l’intérêt pour la méthode VMS, bien que celle-ci reste difficile à implémenterIn the context of a Chemical, Biological, Radiological, and Nuclear (CBRN) application for the Belgian Defense, the original objective of the work was to simulate a realistic open-air CBRN case (e.g. dispersion after an explosion of particles in a city), by applying the Streamline-Upwind Petrov-Galerkin (SUPG) stabilization on a nite element method (FEM), together with a second phase (i.e. particles). This would be done through the code Cool uid 3, a Domain Speci c Language (DSL) written in C++.However, open-air applications requires to describe the atmospheric bound-ary layer (ABL) correctly. This has never been done using stabilized FEM. Consequently, the challenge of this work is to answer the simple question: How to model an ABL taking advantage of the SUPG stabilization method.To reduce the number of elements produced by a wall-resolved simulation, the ABL was implemented with a wall model and veri ed in 2D, while a few corrections (e.g. grid scalability, stable velocity pro le) could also be adressed.However, the 3D implementation revealed spurious oscillations, suggesting a numerical origin. Although SUPG does provide dissipation, it seemed not su cient enough for such a high Reynolds ow. Consequently, two directions were followed to add numerical dissipation: Firstly, the implementation of an extended version of the SUPG, the Variational MultiScale method (VMS), was initiated. The latter provides a combined framework for stabilization and turbulence modeling. Secondly, two LES formulations, known for their dissipative behavior, were integrated.Having solved the spurious oscillations, the velocity pro le was analyzed. Eventually, the viscous Reynolds number for the ABL domain was reduced to enable the comparison with an available DNS result. Fortunately, rela-tive to the standard no-slip wall condition and to the friction velocity condi-tion, the wall model implementation provided the best result, although not matching.In conclusion, we ascertained two methodologies (LES and SUPG / VMS) that have the potential to approach the ABL ow. The stabilized FEM using SUPG revealed that it is currently not su cient to avoid spurious oscillations in the case of an ABL ow. In contrast, LES provided encouraging results for reduced Reynolds number, supporting that some kind of turbulence model is indispensable. This emphasizes that the implementation of VMS should be promising, although challenging
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Réchou, Anne. "Structure turbulente de la couche limite atmosphérique marine (expérience SOFIA)." Toulouse 3, 1995. http://www.theses.fr/1995TOU30058.
Анотація:
Une analyse de la structure de la couche limite atmospherique au-dessus de l'ocean a ete realisee a partir des mesures aeroportees effectuees pendant l'experience sofia, dans la region des acores, en 1992. Les conditions generales de l'experience etaient caracterisees par des situations meteorologiques anticycloniques, avec des vents faibles, des flux de surface faibles, donc une instabilite tres moderee. La couche limite etait surmontee de stratocumulus non homogenes, constituant une couche nuageuse non couplee avec la couche de melange dirigee par les flux de surface. L'etude des principaux moments turbulents montre que, malgre une flottabilite a la surface faible, la couche de melange se comporte comme une couche limite continentale convective, mais sans entrainement important au sommet. Une technique d'echantillonnage conditionnel, appliquee aux signaux turbulents, a permis de caracteriser les differentes particules qui composent le champ turbulent dans la couche limite. Ces particules ont ete decrites par la surface qu'elles occupent et par les quantites qu'elles transferent. L'analyse spectrale des signaux a permis d'analyser les differentes echelles de mouvement, et de quantifier leur importance respective dans les transferts turbulents. Enfin, les donnees obtenues sur une situation particuliere de l'experience ont pu etre comparees aux sorties d'un modele de type large eddy simulation
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Rodier, Quentin. "Paramétrisation de la turbulence atmosphérique dans la couche limite stable." Thesis, Toulouse 3, 2017. http://www.theses.fr/2017TOU30343/document.
Анотація:
Améliorer la représentation de la couche limite stable constitue un des grands challenges de la prévision numérique du temps et du climat. Sa représentation est clé pour la prévision du brouillard, du gel des surfaces, des inversions de température, du jet de basse couche et des épisodes de pollution. De plus, à l'échelle climatique, la hausse de la température moyenne globale de l'air en surface impacte davantage les régions polaires : améliorer la représentation de la couche limite stable est un enjeu important pour réduire les incertitudes autour des projections climatiques. Depuis une quinzaine d'années, les exercices d'intercomparaison de modèles GABLS ont montré que le mélange turbulent dans la couche limite stable est généralement surestimé par les modèles de prévision du temps. En effet, de nombreux modèles intensifient artificiellement l'activité de leur schéma de turbulence afin d'éviter une décroissance inévitable du mélange lorsque la stabilité dépasse un seuil critique en terme de nombre de Richardson gradient. Ce problème numérique et théorique n'est pas en accord avec de nombreuses observations et simulations à haute résolution qui montrent une activité turbulente séparée en deux régimes : un régime faiblement stable dans lequel l'atmosphère est turbulente de manière continue et intense, et un régime très stable dans lequel la turbulence est très intermittente, anisotrope et faible en intensité. Ces travaux de thèse s'articulent autour de deux parties dont l'objectif principal est d'améliorer la paramétrisation de la turbulence dans le modèle atmosphérique de recherche Méso-NH développé conjointement par Météo-France et le Laboratoire d'Aérologie, et dans le modèle opérationnel AROME. Cette étude utilise une méthodologie communément employée dans le développement de paramétrisations qui consiste à comparer des simulations à très haute résolution qui résolvent les structures turbulentes les plus énergétiques (LES) à des simulations uni-colonnes d'un modèle méso-échelle. Plusieurs simulations 3D couvrant différents régimes de stabilité de l'atmosphère sont réalisées avec Méso-NH. Les limites du modèle LES en stratification stable sont documentées. Une première partie répond à la problématique de la surestimation du mélange dans le régime faiblement stable. Une expression originale pour la longueur de mélange est formulée. La longueur de mélange est un paramètre clé pour les schémas de turbulence associés à une équation pronostique pour l'énergie cinétique turbulente. Cette longueur de mélange non-locale combine un terme de cisaillement vertical du vent horizontal à une formulation existante qui repose sur la flottabilité. Le nouveau schéma est évalué dans des simulations 1D par rapport aux LES d'une part ; et dans le modèle opérationnel AROME par rapport aux observations de l'ensemble du réseau opérationnel de Météo-France d'autre part. Une deuxième partie apporte des éléments d'évaluation d'un schéma combinant deux équations pronostiques pour les énergies cinétiques et potentielles turbulentes. En condition stable, le flux de chaleur négatif contribue à la production d'énergie potentielle turbulente. L'interaction entre les deux équations d'évolution permet, via une meilleure prise en compte de l'anisotropie et d'un terme à contre gradient dans le flux de chaleur, de limiter la destruction de l'énergie turbulente dans les modèles. Dans les cas simulés, cette nouvelle formulation ne montre pas un meilleur comportement par rapport à un schéma à une équation pour l'énergie cinétique turbulente car le mécanisme d'auto-préservation n'est pas dominant par rapport au terme de dissipation. Il conviendra d'améliorer la paramétrisation du terme de dissipation dans le régime très stableThe modeling of the stable atmospheric boundary layer is one of the current challenge faced by weather and climate models. The stable boundary layer is a key for the prediction of fog, surface frost, temperature inversion, low-level jet and pollution peaks. Furthermore, polar regions, where stable boundary layer predominates, are one of the region with the largest temperature rise : the stable boundary layer modeling is crucial for the reduction of the spread of climate predictions. Since more than 15 years, the GABLS models intercomparison exercices have shown that turbulent mixing in the stable boundary layer is overestimated by numerical weather prediction models. Numerous models artificially strengthen the activity of their turbulence scheme to avoid a laminarization of the flow at a critical value of the gradient Richardson number. The existence of this threshold is only a theoretical and a numerical issues. Numerous observations and high-resolution numerical simulations do not support this concept and show two different regimes : the weakly stable boundary layer that is continuously and strongly turbulent; and the very stable boundary layer globally intermittent with a highly anisotropic and very weak turbulence. This thesis aims at improving the turbulence scheme within the atmospheric research model Méso-NH developped by Météo-France and the Laboratoire d'Aérologie, and the operational weather forecast model AROME. We use a traditional methodology based on the comparison of high-resolution simulations that dynamically resolve the most energetic turbulent eddies (Large-Eddy Simulations) to single-column simulations. Several LES covering the weakly and the very stable boundary layer were performed with Méso-NH. The limits of applicability of LES in stratified conditions are documented. The first part of the study deals with the overmixing in the weakly stable boundary layer. We propose a new diagnostic formulation for the mixing length which is a key parameter for turbulence schemes based on a prognostic equation for the turbulent kinetic energy. The new formulation adds a local vertical wind shear term to a non-local buoyancy-based mixing length currently used in Méso-NH and in the French operational model AROME. The new scheme is evaluated first in single-column simulations with Méso-NH and compared to LES, and then in the AROME model with respect to observations collected from the operational network of Météo-France. The second part presents a theoretical and numerical evaluation of a turbulence scheme based on two prognostic equations for the turbulent kinetic and potentiel energies. In stratified conditions, the heat flux contributes to the production of turbulent potential energy. The laminarization of the flow is then limited by a reduction of the destruction of the turbulent kinetic energy by a better representation of the anisotropy and a counter-gradient term in the heat flux. On the simulated cases, this new formulation behaves similarly than the scheme with one equation for the turbulent kinetic energy because the self-preservation mechanism is not dominant compared to the dissipation term. Further research should improve the turbulent kinetic energy dissipation closure in the very stable regime
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Frangi, Jean-Pierre. "Dynamique de la couche limite de surface sahélienne." Toulouse 3, 1988. http://www.theses.fr/1988TOU30247.
Анотація:
On presente les recherches relatives aux etudes de dynamique de la couche limite de surface en region sahelienne, realisees de 1980 a 1984. L'accent est d'abord mis sur l'aspect bilan energetique dont l'importance est fondamentale pour la comprehension du role joue par la bande sahelienne dans la dynamique des climats. D'un point de vue plus finalise, les mesures faites dans une bande en permanence observee par satellite sont egalement d'un grand interet dans le domaine de la validation puis de la generalisation des donnees satellitaires. Dans cette etude le role particulierement important du sol en tant que regulateur de la distibution de l'energie thermique est analyse. Le role du cycle de l'eau dans le sol est egalement analyse mais incompletement traite. La part la plus originale de ce travail est relative a la mise en evidence du role du transfert radiatif dans le flux de chaleur sensible dans l'atmosphere pres de la surface. Cette contribution liee aux tres forts suradiabatismes rencontres (plus de 50#oc/m) est de l'ordre de 100 wm-2. Elle est de nature a modifier la dynamique de la cls (turbulence flux) et devrait conduire a terme a une nouvelle description universelle des proprietes de la couche limite de surface
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Arduini, Gabriele. "Processus de la couche limite atmosphérique stable hivernale en vallée alpine." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAU006/document.
Анотація:
La dynamique de la couche limite atmosphérique d'une vallée alpine est influencée par le relief environnant et par l’écoulement de grande échelle qui la surmonte. La paramétrisation de cette circulation atmosphérique requiert donc de caractériser finement ces effets. C'est l’objectif de ce travail de thèse : comprendre l’influence du relief environnant une vallée sur les bilans de masse et de chaleur au travers d’une section de cette vallée, par conditions stables et sèches et lorsque le vent synoptique est faible mais non négligeable. Le travail s’appuie sur des simulations numériques.Plusieurs vallées idéalisées ont tout d’abord été considérées: une vallée infiniment longue (bidimensionnelle) et une vallée tridimensionnelle, qualifiée de supérieure, ouvrant soit sur une plaine (cas “vallée-plaine”), soit sur une autre vallée, qualifiée d’inférieure. Cette seconde vallée est soit plus large (cas “drainage”) ou plus étroite (cas “quasi-stagnation”).Dans les vallées tridimensionnelles, deux régimes principaux ont été identifiés, quelle que soit le cas considéré : un régime transitoire, avant que le vent de vallée (descendant) ne se développe, puis un régime quasi-stationnaire, quand le vent de vallée est complètement développé. La présence d’une vallée inférieure réduit la variation de température le long de la vallée, de sorte que le vent de vallée y est plus faible que dans le cas vallée-plaine. En conséquence, la durée du régime transitoire augmente et est maximum pour le cas quasi-stagnation. Lorsque la vallée inférieure est très étroite, la variation de température peut même changer de signe, conduisant à un vent de vallée montant, de la vallée inférieure vers la vallée supérieure. Durant ce régime transitoire, le taux de refroidissement moyenné sur le volume de la vallée est maximum, sa valeur dépendant du cas considéré. En conclusion, les cas drainage et quasi-stagnation conduisent à une couche limite dans la vallée supérieure plus froide et plus profonde que dans le cas vallée-plaine.Dans le régime quasi-stationnaire, le taux de refroidissement moyenné sur le volume de la vallée est plus faible que dans le régime transitoire et varie peu en fonction du cas considéré. En effet, lorsque la vallée inférieure devient plus étroite, le réchauffement lié aux effets advectifs diminue car la vitesse du vent de vallée diminue, de sorte que la contribution (refroidissante) du flux de chaleur sensible diminue également. La conservation de la masse dans la couche limite de la vallée supérieure est assurée par un équilibre entre la convergence des vents de pente au sommet de la couche limite (alimenté par un courant de retour au-dessus (et en sens inverse) du vent de vallée descendant) et la divergence du vent de vallée, les effets de subsidence loin des parois de la vallée jouant un rôle négligeable.Le cas réaliste de la vallée de l’Arve autour de Passy durant une période d’observation intensive de la campagne de mesures PASSY-2015 a permis de caractériser l’impact des vallées environnant Passy sur les bilans de masse et de chaleur dans la vallée. Une couche d’air froid persistante se forme en fond de vallée, suite à l’advection d’air chaud associée au passage d’une crête anticyclonique au-dessus de l’Europe. Les écoulements le long des vallées tributaires présentent une grande variabilité durant la phase persistante de l’épisode, dépendant de la variabilité de l’écoulement à grande échelle, et ont un impact majeur sur l’intensité de la couche d’air froid et la hauteur de l’inversion qui la surmonte. La forte stratification près du sol conduit à leur décollement au-dessus du fond de vallée, les empêchant d'y pénétrer. L’évolution de l’écoulement à grande échelle durant l’épisode a un profond impact sur la dynamique proche du fond de vallée. Durant la nuit en effet, la canalisation de cet écoulement réduit la variation de température le long de la vallée contrôlant le vent de vallée, favorisant la stagnation de l’airAlpine valleys are rarely closed systems, implying that the atmospheric boundary layer of a particular valley is influenced by the surrounding terrain and large-scale flows. A detailed characterisation and quantification of these effects is required in order to design appropriate parameterisation schemes for complex terrains. The focus of this work is to improve the understanding of the effects of surrounding terrain (plains, valleys or tributaries) on the heat and mass budgets of the stable boundary layer of a valley, under dry and weak large-scale wind conditions. Numerical simulations using idealised and real frameworks are performed to meet this goal. Several idealised terrains (configurations) were considered: an infinitely long valley (i.e. two-dimensional), and upstream valleys opening either on a plain (valley-plain), on a wider valley (draining) or on a narrower valley (pooling). In three-dimensional valleys, two main regimes can be identified for all configurations: a transient regime, before the down-valley flow develops, followed by a quasi-steady regime, when the down-valley flow is fully developed. The presence of a downstream valley reduces the along-valley temperature difference, therefore leading to weaker down-valley flows. As a result, the duration of the transient regime increases compared to the respective valley-plain configuration. Its duration is longest for pooling configuration. For strong pooling the along-valley temperature difference can reverse, forcing up-valley flows from the narrower towards the wider valley. In this regime, the volume-averaged cooling rate is found maximum and its magnitude dependent on the configuration considered. Therefore pooling and draining induce colder and deeper boundary layers than the respective valley-plain configurations. In the quasi-steady regime the cooling rate is smaller than in the transient regime, and almost independent of the configuration considered. Indeed, as the pooling character is more pronounced, the warming contribution from advection to the heat budget decreases because of weaker down-valley flows, and so does the cooling contribution from the surface sensible heat flux. The mass budget of the valley boundary layer was found to be controlled by a balance between the convergence of downslope flows at the boundary layer top and the divergence of down-valley flows along the valley axis, with negligible contributions of subsidence far from the slopes. The mass budget highlighted the importance of the return current above the down-valley flow, which may contribute significantly to the inflow of air at the top of the boundary layer. A case-study of a persistent cold-air pool event which occurred in February 2015 in the Arve River Valley during the intensive observation period 1 of the PASSY-2015 field campaign, allowed to quantify the effects of neighbouring valleys on the heat and mass budgets of a real valley atmosphere. The cold-air pool persisted because of warm air advection at the valley top, associated with the passage of an upper-level ridge over Europe. The contributions from each tributary valley to the mass and heat budgets of the valley atmosphere were found to vary from day to day within the persistent stage of the cold-air pool, depending on the large-scale flow. Tributary flows had significant impact on the height of the inversion layer and the strength of the cold-air pool, transporting a significant amount of mass within the valley atmosphere throughout the night. The strong stratification of the near-surface atmosphere prevented the tributary flows from penetrating down to the valley floor. The evolution of the large-scale flow during the episode had a profound impact on the near-surface circulation of the valley. The channelling of the large-scale flow at night, can lead to the decrease of the horizontal temperature difference driving the near-surface down-valley flow, favouring the stagnation of the air close to the ground
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Branchet, Bérengère. "Analyse d'un modèle de couche limite atmosphérique bidimensionnel non-hydrostatique anélastique." Bordeaux 1, 1998. http://www.theses.fr/1998BOR10531.
Анотація:
Nous decrivons un modele couple sol-atmosphere destine a etudier l'agregation de parametres de surface sur des sols heterogenes. Le modele de couche limite atmospherique est bidimensionnel et a pour caracteristiques la non-hydrostaticite et l'anelasticite. La turbulence du systeme est fermee a l'ordre un et demi (parametrisation en <<<> k -l <>>> avec le coefficient de diffusivite k fonction de l'energie cinetique turbulente et l une longueur caracteristique de la turbulence). Le modele de surface est de type <<<> big leaf <>>>. La resolution fait appel a une technique de splitting d'operateurs ; nous resolvons ainsi quatre modules distincts par des methodes numeriques adaptees aux proprietes intrinseques de chacun de ces modules : solveurs de riemann, schemas de godunov, elements finis, elements finis mixtes. . . Nous avons propose une nouvelle approche pour calculer la projection d'un champ de vitesse dans un espace a divergence nulle, et nous decrivons les trois methodes developpees dans ce sens. Nous presentons et analysons enfin les resultats de simulations effectuees dans des cas reels et academiques, et nous etudions leur sensiblite a la methode de resolution choisie.
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Tignat-Perrier, Romie. "Facteurs de structuration des communautés microbiennes de la couche limite atmosphérique." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAU034.
Анотація:
La couche limite planétaire est la couche atmosphérique la plus basse qui est en interaction directe et constante avec les surfaces terrestres et marines sur lesquelles se concentrent les activités humaines, les cultures et divers écosystèmes. Comprendre l’origine de sa composition à la fois chimique et microbiologique est fondamental dans notre étude approfondie de la biosphère. Alors que les microorganismes de la couche limite planétaire – retrouvés jusqu’à 106 cellules par mètre cube d’air – semblent varier significativement à l’échelle spatiale et temporelle en termes de concentration et de diversité, ils restent largement méconnus. L’objectif principal de cette thèse est de comprendre comment se structurent les communautés microbiennes dans la troposphère, et en particulier dans la couche limite planétaire, ainsi que d’identifier les facteurs de contrôle majeurs. En travaillant sur des échantillons collectés pendant plusieurs semaines sur neuf sites répartis sur la planète, et en utilisant les technologies de séquençage ADN haut-débit, nous avons étudié la composition taxonomique et fonctionnelle des communautés microbiennes de la phase gazeuse et solide de l’atmosphère (c’est-à-dire non associés aux nuages).Nos premiers résultats sur la taxonomie des communautés microbiennes révèlent que les surfaces proches des sites sont les contributeurs principaux de distribution des communautés microbiennes atmosphériques, malgré l’occurrence potentielle du transport longue-distance des microorganismes atmosphériques. Egalement, les conditions météorologiques combinées à la diversité des surfaces locales terrestres ou océaniques jouent un rôle important dans la variation temporelle de la structure des communautés microbiennes de la couche limite planétaire. Une deuxième étude nous a permis d’étudier davantage la variation temporelle des communautés microbiennes atmosphériques sur un site continental montagneux en France (1465 m d’altitude) sur une année complète. Cette étude révèle l’importance des conditions de surface des paysages aux alentours dans la composition taxonomique des communautés atmosphériques. L’évolution au cours de l’année des terres agricoles et de la végétation, qui composaient en majeure partie le paysage du site, était responsable du changement temporel observé dans la composition taxonomique des communautés microbiennes atmosphériques. Finalement, nous avons étudié la composition fonctionnelle des communautés microbiennes de la couche limite planétaire afin d’identifier si les conditions physiques et chimiques de l’atmosphère jouaient un rôle dans la sélection ou adaptation microbienne des microorganismes atmosphériques. L’analyse comparative de données métagénomiques ne révèle pas de signature atmosphérique spécifique du potentiel fonctionnel des communautés microbiennes atmosphériques. La composition fonctionnelle semble avant tout liée aux écosystèmes locaux. Toutefois, nous avons observé que les champignons étaient plus dominants relativement aux bactéries dans l’air comparativement aux autres écosystèmes. Ce résultat suggère un processus de sélection des champignons durant l’aérosolisation et/ou le transport aérien. Les champignons pourraient survivre davantage l’aérosolisation et le transport aérien comparativement aux bactéries du fait de leur résistance naturelle aux conditions physiques stressantes de l’atmosphère. Nos résultats ont apporté une meilleure compréhension des facteurs déterminants (c’est-à-dire les surfaces locales, les sources distantes, les conditions météorologiques locales, les conditions physiques stressantes de l’atmosphère) et de leur contribution dans la structuration des communautés microbiennes de la couche limite atmosphérique. Nos investigations constituent une base importante pour de nouvelles études sur la prévision et le contrôle des communautés microbiennes atmosphériques, afin de répondre à des questions majeures dans les domaines de la santé publique et de l’agronomieUp to 106 microbial cells per cubic meter are found in suspension in the planetary boundary layer, the lowest part of the atmosphere. Direct influences of the planetary boundary layer on humans, crops and diverse ecosystems like soils and oceans make the full understanding of its composition, both chemical and microbiological, of utmost importance. While microbial communities of the planetary boundary layer vary significantly at different temporal and spatial scales, they remain largely unexplored. The main goal of this thesis was to understand how airborne microbial communities are structured in the troposphere with special emphasis on the planetary boundary layer and to identify their main controlling factors. We investigated both the taxonomic and functional composition of airborne microbial communities in the dry phase (i.e. not cloud-associated) over time at nine different geographical sites around the world using high throughput sequencing technologies.Our investigation that focused on microbial taxonomy showed that local landscapes were the main contributors to the global distribution of airborne microbial communities despite the potential occurrence of long-range transport of airborne microorganisms. We also observed that meteorology and the diversity of the surrounding landscapes played major roles in the temporal variation of the microbial community structure in the planetary boundary layer. We further explored the temporal variation of airborne microbial communities at a continental and mountainous site in France (1465 m above sea level) over a full-year. This study demonstrated the importance of the surface conditions (i.e. vegetation, snow cover etc.) of the surrounding landscapes on the taxonomic composition of airborne microorganisms. The seasonal changes in agricultural and vegetated areas, which represented a significant part of the site’s surrounding landscape, were correlated to the shifts in the taxonomic composition of airborne microbial communities during the year. Finally, we investigated the functional composition of microbial communities of the planetary boundary layer to identify whether the physical and chemical conditions of the atmosphere played a role in selection or microbial adaptation of airborne microorganisms. The comparative metagenomic analysis did not show a specific atmospheric signature in the functional potential of airborne microbial communities. To the contrary, their functional composition was mainly correlated to the underlying ecosystems. However, we also showed that fungi were more dominant relatively to bacteria in air as compared to other (planetary bound) ecosystems. This result suggested a selective process for fungi during aerosolization and/or aerial transport and that fungi might likely survive aerosolization and/or aerial transport better than bacteria due to their innate resistance to stressful physical conditions (i.e. UV radiation, desiccation etc.). Our results provide a clearer understanding of the factors (i.e. surrounding landscapes, distant sources, local meteorology, and stressful physical atmospheric conditions) that control the distribution of microbial communities in the atmospheric boundary layer. Our investigations provide a basis for further studies on the prediction and even control of airborne microbial communities that would be of interest for public health and agriculture
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Zegadi, Rabah. "Contribution à l'étude de la couche de surface atmosphérique, en situation stable, simulée en soufflerie." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1991. http://www.theses.fr/1991ECDLA012.
Анотація:
La simulation physique des basses couches de l'atmosphère nécessite l'utilisation de soufflerie de grandes dimensions associées à des puissances élevées lorsqu'on veut obtenir une stratification thermique de l'écoulement. Ce genre de simulation est d'un intérêt particulièrement important pour la compréhension des phénomènes fondamentaux présents dans la couche de surface atmosphérique et pour l'étude de problèmes de micro météorologie sur site à relief plus ou moins complexe. Notre étude essentiellement expérimentale a consisté à simuler un tel écoulement par une couche limite turbulente thermiquement stratifiée stable se développant sur plaque plane lisse ou rugueuse. Cette stratification est obtenue par refroidissement intense, à l'azote liquide, du plancher de la soufflerie. Le travail présenté comporte quatre parties essentielles: en premier lieu, la présentation du dispositif de refroidissement qui a permis l'obtention d'un degré de stratification caractérisé par un nombre de Richardson global de l'ordre de 0,15; dans une seconde partie, l'influence des effets des forces de buoyancy et des rugosités sur les caractéristiques de la couche limite avec une vitesse de l'écoulement de 1,8 m/s est analysée; la confrontation de la théorie de Monin & Obukhov est ensuite discutée à partir des résultats obtenus sur paroi rugueuse; enfin dans la dernière partie, la validation avec nos résultats expérimentaux d'un modèle k- développé, au laboratoire, dans le cadre des écoulements dilatables a grands nombres de Reynolds.
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Mathieu, Anne. "Analyse synoptique de la couche limite atmosphérique marine pendant la campagne sémaphore." Paris 6, 2000. http://www.theses.fr/2000PA066315.
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Delboulbé, Eric. "Simulation numérique des écoulements de couche limite atmosphérique autour de structures bâties." Aix-Marseille 2, 1997. http://www.theses.fr/1997AIX22070.
Анотація:
Cette etude est consacree a la simulation numerique des ecoulements atmospheriques se developpant autour de structures baties a l'aide du code storm (cfd2000) aux volumes finis et de modeles de turbulence du premier ordre. Une importante etude bibliographique a prealablement ete realisee afin d'evaluer les lois de profil propres aux ecoulements atmospheriques, pour les diverses variables dynamiques, thermiques et turbulentes, qui sont ensuite introduites dans les simulations sous forme de conditions limites d'entree. Un travail d'optimisation a ensuite effectue afin de quantifier l'influence de parametres numeriques tels que la taille du domaine de calcul et celle des mailles proches des parois des batiments etudies. Les premiers resultats presentes montrent la dependance des resultats des simulations vis a vis de la valeur du nombre de reynolds et de l'importance de la rugosite du sol terrestre autour du batiment. Les resultats de l'etude consacree a la modelisation turbulente, montrent que le choix d'une valeur de la constante c# voisine de 0. 02 pour la couche limite atmospherique doit etre repercute sur la valeur de la constante # (en raison de l'interdependance de toutes les constantes apparaissant dans le modele k - ). Cette etude confirme egalement le fait que l'utilisation du modele k - rng permet de resoudre en grande partie les problemes de surdiffusion du modele standard. La derniere etude concerne l'influence de la statification thermique de la couche limite atmospherique. La comparaison des simulations basees sur les differentes theories de similitude dans le cas stable montre que cette parametrisation n'engendre pas de differences significatives sur les ecoulements autour de batiments de hauteur inferieure a 40 m. Par contre il est demontre que l'intensite de la stratification thermique joue un role important sur la structure de l'ecoulement etudie.
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Hallali, Ruben. "Variabilité de la réfractivité dans la couche limite atmosphérique par observation radar." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLV083/document.
Анотація:
L'observation de la variabilité de l'humidité dans les basses couches de l'atmosphère peut être réalisée en passant par la mesure du paramètre thermodynamique appelé réfractivité. Les radars météorologiques peuvent mesurer les changements de réfractivité dans la couche limite de l'atmosphère en exploitant la phase des signaux de retour des cibles fixes situées aux alentours. La cartographie de ce paramètre a été mise en place à plusieurs reprises lors de campagne de mesures aux Etats-Unis et en Europe, ce qui a démontré qu'elle est maintenant possible dans un rayon de 30 km autour du radar, avec une résolution temporelle de 15 minutes et une résolution spatiale de 5 km. . Un travail de simulation fait par Besson et al. 2012, à l'origine fait pour étudier les sources d'erreur de repliement de la phase, a permis de montrer que la variabilité de la réfractivité augmente considérablement notamment pendant les après-midi et l'été. Depuis trois ans, le travail mené au LATMOS et à Météo-France a consisté à étudier la possibilité de mesurer les fluctuations à l'échelle hectométrique dans l'atmosphère en utilisant la variabilité de la réfractivité. La première étape de ce travail, basée sur un jeu de données issues des réseaux opérationnels de Météo-France (stations automatiques et radar de Trappes) a permis d'établir un lien clair entre les variabilités à 5 minutes, de la réfractivité radar, et de la réfractivité in-situ.La deuxième étape du travail a consisté à regarder la nature de ce lien à plus petite échelle pour comprendre les limites éventuelles de la mesure. Ainsi, une campagne de mesure, TeMeRAiRE (Test de la Mesure de Réfractivité Atmosphérique par Radar à l'Echelle hectométrique) a été menée durant l'été 2014 sur le site instrumenté du SIRTA. Afin de se placer en conditions contrôlées, deux radars ont été placés en visée fixe et horizontale vers 4 réflecteurs connus. L'échantillonnage temporel était de 0,25s pour BASTA et de 1,5ms pour CURIE. Des stations de mesures in-situ ont également été placées à côtés des cibles. Les premiers résultats montrent que la mesure de réfractivité, et de sa variabilité, est possible aux fréquences utilisées (bande X et bande W), ce qui constitue en soi une première. Nous avons aussi pu démontrer que la différentiation spatiale conduit à une résolution spatiale de l'ordre de 100m, et proposer une explication pour un comportement spécifique, et très localisé, de la réfractivité sur le site du SIRTA. e but est maintenant de regarder, par le biais de comparaisons entre les différents instruments, si la mesure radar de la variabilité de la réfractivité dans un volume d'atmosphère constitue effectivement une mesure locale, et si cette dernière peut donner une information sur l'état turbulent de l'atmosphère et son évolutionWeather radars can retrieve refractivity changes based on phase variations of stationary targets. These retrievals provide valuable information of moisture in the atmospheric boundary layer along the radar path. Recent work on errors associated with these retrievals has shown that the refractivity variability is stronger during the afternoon and the summer season. This observation has led us to study further the link between the refractivity variability measured by radar and the small scales atmospheric fluctuations. First, we compared the variability of the refractivity retrieved from operational weather radars operating at C-band (5.6 GHz) to the variability of the refractivity directly measured by Automatic Weather Stations (AWS). A strong correlation between the two measurements was shown with a negative bias increasing with range from the radar. The bias is well explained when the variability signal is strong if one considers the model of a frozen turbulence transported by the wind. In winter, the measured variability was weaker and close to quantization noise of the AWS measurements, so it was more difficult to draw thesame conclusions. Overall, we were able to demonstrate qualitatively and quantitatively that the refractivity variability retrieved using the radar observations and measured by AWS stations is due to low-level coherent turbulent structures. Next, in order to obtain information at hectometre’s scales, a dedicated field campaign was conducted at SIRTA atmospheric observatory, near Paris. From June to September 2014 two radars (a 94 GHz W-band and a 9.5 GHz X-band radar) were pointing horizontally toward four corner reflectors aligned along a 700 meters line. Two wind and humidity high frequency measurement towers were deployed near the targets. Inter-comparisons between radar and in-situ refractivity measurement also showed a very good correlation. We finally demonstrated the possibility to compute radar refractivity on the path between two targets separated by 50 to 350 m and used this measure of the local variability of the refractivity to identify boundary processes linked to low level atmospheric turbulence
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Darbieu, Clara. "Processus turbulents dans la couche limite atmosphérique pendant la transition d'après-midi." Thesis, Toulouse 3, 2015. http://www.theses.fr/2015TOU30326/document.
Анотація:
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)This thesis focuses on the afternoon transition (AT) of the atmospheric boundary layer (ABL). This transitional period is complex, because it is non-stationary and most of the forcings, though smaller than during the previous convective period, may come into play. Thus, this transitional period is less understood than the quasi-stationary convective, neutral or stable regimes. Yet, the AT could impact on the nocturnal fog set up, influence the boundary-layer development on the following day and play a crucial role in the transport and dispersion of pollutants and trace species towards the free troposphere. Therefore, a better understanding of the AT could improve the meteorological models. One of the main objectives of the thesis is to improve the knowledge of the decay of turbulence during the AT, when the surface energy transfers are gradually decreasing. We especially put emphasis on the evolution of the ABL turbulence vertical structure. This work is in the core of the BLLAST (Boundary Layer Late Afternoon and Sunset Turbulence) international project. A field campaign took place in summer 2011 in France, on the northern side of the Pyrenean foothills (at "Plateau de Lannemezan"), providing numerous observations used in the thesis. In addition, we also used a Large-Eddy Simulation (LES) with which the turbulent scales can be explicitly resolved. Thanks to this approach, the evolution during the AT of the scale definitions, scaling laws, turbulence characteristics and of the role of the boundary layer processes are now better understood. Thanks to the set of observations, an overview of the BLLAST ATs has been done, according to the various meteorological conditions as well as the structure and evolution of the mean and turbulence structure of the ABLs. A large variability of the AT duration was observed, depending on the surface characteristics and atmospheric conditions. The evolution of the turbulent characteristics during the AT has been studied at the surface and higher in the ABL by means of aircraft measurements and LES data. The study points out the LES ability to reproduce the turbulence evolution throughout the afternoon
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Buty, Didier. "Paramétrisation de la turbulence atmosphérique dans un code méso-météorologique tridimensionnel et non-hydrostatique." Lyon 1, 1988. http://www.theses.fr/1988LYO10104.
Анотація:
Ce travail presente les developpements introduits dans un code tridimensionnel non-hydrostatique de simulation de la couche limite atmospherique a l'echelle regionale, en s'interessant particulierement aux problemes lies a la representation de la turbulence au moyen d'un modele a deux equations. Apres avoir decrit le modele, sont presentees des contributions relatives a la discretisation numerique des equations. En particulier, une methode iterative par blocs est adoptee pour la resolution du champ de pression, qui par un choix judicieux des blocs, permet la resolution du probleme aux echelles appropriees. Sont abordes ensuite les problemes de representation de la turbulence, pour lesquels est fait le choix d'un modele a deux equations. Le modele est teste sur des situation typiquement rencontrees dans les ecoulements meteorologiques et des modifications par rapport aux approches classiques sont proposees. On presente enfin les possibilites d'application du modele a des situations reelles en etudiant les phenomenes d'ondes de relief et des ecoulements locaux sur des regions a topographie complexe
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Jacoby-Koaly, Sandra. "Application d'un radar profileur de vent UHF à l'étude de la couche limite atmosphérique." Toulouse 3, 2000. http://www.theses.fr/2000TOU30144.
Анотація:
La quantification des transferts verticaux intervenant au sein de la couche limite atmospherique (cla) est une etape fondamentale pour la prevision numerique de la circulation atmospherique et de facon plus pratique, pour la surveillance de la pollution. Cette these est consacree a la restitution et a la validation des parametres caracteristiques de la cla diurne a partir des mesures realisees par un radar profileur de vent uhf destine a la surveillance locale de la pollution atmospherique. Les donnees examinees dans le cadre de cette etude ont ete acquises durant deux campagnes de longue duree. L'etalonnage des trois moments du spectre doppler uhf a ete realise sous la pluie par comparaison avec les mesures d'un disdrometre. La qualification des donnees de vent radar par comparaison avec des mesures de vent effectuees par sodar, anemometre sonique et radiosondages a permis d'etablir une statistique des performances radar pour la mesure du vent a l'interieur de la cla diurne dans des conditions convectives de ciel clair. Grace aux mesures in situ avion effectuees durant l'experience trac-98 portant sur l'etude de la cla a differentes echelles, il a egalement ete possible d'affiner la methodologie de l'estimation radar du taux de dissipation de l'energie cinetique turbulente a partir de la largeur spectrale doppler et de valider cette mesure. Par ailleurs, nous nous sommes interesses a la determination de la hauteur de la cla diurne. L'etude presentee ici a montre que l'utilisation couplee des mesures de la constante de structure de l'indice de refraction c n 2 et de par radar uhf, aboutissait a une amelioration notable dans l'identification du sommet z i de la cla. En dernier lieu, il a ete montre sur un cas de trac-98,
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Idé, Hassane. "Dynamique et turbulence dans la couche limite atmosphérique de surface sahélienne (expérience STARS)." Toulouse 3, 1991. http://www.theses.fr/1991TOU30124.
Анотація:
L'amelioration des modeles de prevision du temps passe par une bonne connaissance des conditions aux limites energetiques a la surface du sol. La region sahelienne est une zone de reference pour les mesures climatiques et les observations satellitaires en vue de cette amelioration des modeles a cause des conditions fortement energetiques et homogenes, de l'absence de couverture nuageuse et de la repetitivite des phenomenes climatiques. Le travail presente ici est le fruit d'une decennie de travaux effectues dans cette region sur la dynamique et la turbulence de la couche limite atmospherique. Les resultats experimentaux, obtenus et synthetises ici, permettent d'apprehender la singularite de cette zone. L'originalite de ce travail concerne aussi et surtout l'analyse des donnees locales issues de l'experience stars-89. La qualite de ces dernieres a permis d'obtenir des resultats interessants sur quatre themes principaux de la couche atmospherique de surface: les caracteristiques climatiques et energetiques moyennes (conditions aux limites, bilans d'energie, etc. . . ); les parametres directeurs de l'erosion eolienne (desertification); l'amelioration de la connaissance de la contribution radiative au flux de chaleur; les caracteristiques turbulentes et leur parametrisation en region tropicale seche et a fort suradiabatisme. L'ensemble de ces resultats vise a fournir d'une part une banque de donnees climatiques rares de la region sahelienne en vue d'une calibration des mesures integrees aeroportees ou satellitaires, d'autre part a permettre d'elaborer une strategie experimentale pour la realisation de futurs programmes dans cette zone (hapex-sahel, etc. . . )
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Boilley, Alexandre. "Modélisation de cisaillements de vent et assimilation de données dans la couche limite atmosphérique." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00638822.
Анотація:
L'objectif de cette thèse est d'étudier la capacité des modèles météorologiques à prévoir des épisodes de cisaillements de vent dans les basses couches de l'atmosphère sur une zone limitée à un aéroport et d'examiner l'apport pour la modélisation d'observations locales à haute fréquence. Nous avons choisi l'aéroport international de Nice, régulièrement soumis à des variations rapides de la direction et de l'intensité du vent selon l'horizontale dans la CLA, appelées aussi renverses. Un pro leur de vent et trois anémomètres sont installés sur les pistes de l'aéroport. Au début de l'année 2009, une campagne de mesures incluant un lidar vent à balayage et un anémomètre sonique s'est déroulée sur l'aéroport fournissant des observations complémentaires. L'ensemble des mesures à haute fréquence temporelle et des simulations numériques obtenues avec le modèle de recherche Méso-NH à 2.5 km de résolution, a fourni une vision de l'enchaînement complexe des écoulements conduisant à des cisaillements de vent d'origine différente. Cette complémentarité a aussi permis d'estimer la capacité du modèle numérique à reproduire les cisaillements de vent. Pour les trois situations étudiées, il reproduit la structure horizontale et verticale de l'écoulement malgré des erreurs de placement spatio-temporel. Bien que les écoulements locaux participent à la mise en place des conditions nécessaires au cisaillement de vent, c'est l'écoulement de méso-échelle (ondes piégées ou talweg d'altitude) qui va déterminer la position du phénomène. Nous avons réalisé des comparaisons avec le modèle opérationnel de Météo-France AROME ainsi que des tests de sensibilité pour étudier l'in uence des conditions de couplage et de la résolution. Nous avons, en particulier, augmenté la résolution horizontale de 2.5 km à 500 m sur un domaine centré sur l'aéroport de Nice sur les situations étudiées. Une résolution de 500 m permet d'améliorer la représentation d'écoulements locaux et de variations locales du vent mais n'améliore pas la position des cisaillements de vent par rapport à une échelle plus grossière. L'extension horizontale limitée du domaine à haute résolution augmente la sensibilité aux conditions aux limites de grande échelle. Pour améliorer les prévisions et contraindre le modèle numérique vers les observations disponibles sur le site d'étude, un système l'assimilation de données basé sur le 'nudging' et permettant de prendre en compte des données à haute fréquence temporelle, le "nudging direct et rétrograde" (BFN pour 'Back and Forth Nudging'), a été mis en place. Nous avons appliqué cet algorithme aux équations de Lorenz pour con rmer le comportement de cette méthode par rapport à des résultats publiés antérieurement avec d'autres méthodes d'assimilation de données. Les résultats encourageants, ont conduit à l'introduction du BFN dans Méso-NH. Nous avons mis en place des simulations avec assimilation de données simulées dans des conditions idéalisées qui ont montré une réponse cohérente du modèle numérique à l'introduction de pro ls verticaux de vent.
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Girard-Ardhuin, Fanny. "Utilisation d'un radar UHF RASS pour l'étude de la couche limite atmosphérique en vue d'une application à la pollution atmosphérique." Toulouse 3, 2001. http://www.theses.fr/2001TOU30092.
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Lambert, Dominique. "Structure moyenne et turbulente de la couche limite atmosphérique au dessus de l'océan (expérience SEMAPHORE)." Toulouse 3, 1997. http://www.theses.fr/1997TOU30178.
Анотація:
Le travail presente est consacre a une etude de la structure moyenne et turbulente de la couche limite atmospherique au dessus de l'ocean, realisee a partir des donnees de la campagne semaphore. Les objectifs de cette experience, qui s'est deroulee a l'automne 1993 dans la region des acores, etait d'etudier les interactions entre l'ocean et l'atmosphere a partir de mesures realisees dans l'ocean, a sa surface et dans la couche limite atmospherique. Ce travail s'est appuye principalement sur les donnees recueillies par deux avions de recherche instrumentes. La validation des donnees realisee en comparant entre elles les mesures effectuees par plusieurs plates-formes ainsi qu'une estimation des erreurs lors du calcul des flux ont permis, tout d'abord, de fixer les limites de l'analyse physique. Pour realiser cette analyse, la pertinence de la notion de couche de melange, permettant de definir les echelles caracteristiques en vue de la parametrisation de la couche limite, a ete mise en lumiere. L'analyse statistique de la structure turbulente de la couche limite a ensuite ete realisee en details. Une anisotropie des echelles turbulentes liee a un etirement des structures dans l'axe du vent moyen a ete mise en evidence. Les consequences qui en decoulent ont ete etudiees. Les profils des principaux parametres turbulents ont ete etablis en utilisant la normalisation par les echelles convectives. Les resultats ont ete compares a des etudes precedentes en couche limite convective. Enfin, la variabilite de l'etat de couplage de la couche nuageuse avec la couche melangee observee au cours d'une journee a motive une analyse lagrangienne de la couche limite a stratocumulus. Cette etude, realisee a partir des mesures aeroportees et du bateau et confirmee par l'imagerie satellitale, a montre que les structures nuageuses se deplacaient dans le flux moyen sans deformation importante sur une periode de l'ordre de deux heures.
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Blein, Sébastien. "Observation et modélisation de couche limite atmosphérique stable en relief complexe : le processus turbulent d'écoulement catabatique." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAI023/document.
Анотація:
La couche-limite atmosphérique turbulente stable, particulièrement en zone de relief, n'est pas totalement comprise. Elle est, donc, mal représentée par les modèles atmosphériques. En présence de pente et d'un refroidissement du sol, l'augmentation locale de masse volumique génère un écoulement catabatique. En région de montagne, le maximum de vent est généralement enregistré à une hauteur (z_j) de 1-10 m. Le jet de paroi engendre un changement de signe du flux de qdm ainsi qu'une variabilité du flux de chaleur sensible proche du sol. Ces variabilités de flux turbulents contredisent l'applicabilité de la théorie des similitudes de Monin-Obukhov (TSMO), pourtant utilisée de manière universelle dans les modèles atmosphériques. Si la TSMO est discutable pour les cas très stables, c'est en présence de pente qu'elle n'est naturellement plus valide puisqu'elle néglige le couplage entre les équations de vitesse et de température. Il est donc impossible de représenter correctement un écoulement catabatique (z_j O(1m)) par un modèle utilisant la TSMO et avec une résolution verticale de l'ordre de la hauteur du maximum de vent. L'objectif du travail de thèse est d'apporter une contribution dans la compréhension et la modélisation de ces écoulements.Afin de compléter les observations peu nombreuses, une campagne de mesure a été réalisée sur une pente raide (20-40 deg) : la pente ouest du Grand Colon (chaîne de Belledonne, Alpes). Les analyses spectrales témoignent de la sensibilité de l'écoulement local aux perturbations externes, même faibles. Les caractéristiques turbulentes classiques sont observées à haute-fréquence alors que des comportements moins standards sont observés aux fréquences intermédiaires ou basses et expliqués par la présence de perturbations turbulentes d'énergie du même ordre de grandeur que l'injection locale. Les cospectres montrent un comportement propre aux écoulements catabatiques: recouvrement progressif selon z des corrélations croisées <0 et >0. La TSMO est mise en défaut pour l'écoulement observé et une solution alternative est utilisée pour estimer les flux en surface, permettant une bonne description de la vitesse de frottement.Le modèle 1D de surface de ISBA (Météo-France) est modifié pour répondre à la modélisation des écoulements catabatiques. Dans un premier temps, le modèle est validé sur un cas standard: en comparaison avec un modèle de Prandtl adapté. Dans un second temps, les données in-situ sont modélisées, d'abord en fournissant des profils de diffusivités effectives puis en utilisant un modèle modifié de turbulence d'ordre 1.5. Les modélisations 1D représentent correctement les champs moyens de vitesse et température mais montrent cependant des comportements trop diffusifs. Le modèle de longueur de mélange est principalement remis en cause, y compris en utilisant des paramétrisations adaptées.Des simulations LES 3D réalistes (Meso-NH, Météo-France) sont effectuées à haute résolution pour représenter le cas d'étude. Ces modélisations représentent finement les variabilités spatiales de l'écoulement catabatique. Cependant, des biais sont engendrés principalement par l'utilisation de la TSMO en condition aux limites de surface. Malgré la forte résolution spatiale, l'utilisation de la TSMO repousse à seulement z=2 m la perception des termes sources de l'écoulement catabatique par le modèle, alors que la source de l'écoulement atteint son maximum précisément en surface. Les modèles analytiques d'écoulement catabatique (de type Prandtl, qui pourraient aisément être intégrés en conditions aux limites) nécessitent de connaître "a priori" les profils de diffusivité. Ceci implique l'utilisation d'un modèle de turbulence. Le couplage du modèle 1D de surface (précédemment modifié et validé "off-line") est donc proposé pour répondre au manque de description de la physique par les CaL classiques de surface. Le travail préliminaire du couplage est présenté et des solutions sont proposées en perspectiveThe stable atmospheric boundary layer, particularly in complex terrain, is not yet fully understood and it is thus still inadequately modelled. A surface cooling of a sloping terrain generates katabatic wind due to local density increase. This flow behaves as a wall-bounded turbulent jet, often simply modelled by a local balance between the buoyancy force and the turbulent friction. In mountainous regions, the wind maximum is typically observed at a height (z_j) of 1-10 m above the ground. The wall-bounded jet is responsible for a momentum-flux sign change and a heat-flux variability close to the ground. Those turbulent-flux variabilities are fully conflicting with the aplicability of the Monin-Obukhov similarity theory (MOST), which is nevertheless universally used in the atmospheric models to provide the surface boundary condition. If the MOST is already questionable for the very stable cases, it is obviously not valide over sloping surfaces because it neglectes the coupling of the wind and temperature equations, which constitutes the katabatic source. Hence, it is not possible to adequatly model a katabatic flow (z_j O(1m)) using the MOST, especially with a vertical resolution of the order of magnitude of z_j. The aim of the this PhD work is thus to improve the current understanding and modelling capacity of the katabatic winds.Since data sets of turbulent-katabatic-flow measurements are still scarce, a new field campain was carried out on a steep slope (20-40 deg): the west face of the Grand-Colon mountain (Belledonne ridge, French Alps). The experimental setup was mainly composed of a 6m mast with four sonic-anemometer levels (1, 2, 4 and 6m) to measure the turbulence on both sides of the katabatic jet. The spectral analysis shows the hight sensitivity of the local flow to external perturbations, even when these are weak. The hight-frequency subrange shows a classical behaviour (energy-injection frequency, inertial subrange), but the spectra of the intermediate and low-frequency subranges are less typical: turbulent perturbations with an energy of the order of magnitude of the local injection are present. A specific cospectra behaviour of the katabatic flows is shown: negative and positive cross-correlations overlap gradually, increasing z. The MOST fails in representing the observed flow and a surface-flux alternative estimation is succesfully used to describe the friction vellocity.The 1D surface model of ISBA (Météo-France) is modified to model katabatic flows. The model is firstly validated with a standard calibrated Prandtl model (with variable eddy difusivity). Secondly, the field data are modelled both with a prescribed effective diffusivity (from data) and using the 1.5-order turbulence scheme. The mean velocity and temperature fields are well reproduced, but it appears that the model is over-diffusive (which generates excessive fluxes), even when an adapted mixing-length is used.Realistic 3D LES simulations (Meso-NH, Météo-France) are computed with high resolution to model the field data. Spatial flow variabilities over sloping terrain are finely represented, but are biased, mainly due to the using of MOST for the surface boundary counditions. The using of MOST shifts the start of the katabatic source detection by the atmospheric model to a height of 2 m, while the katabatic source reaches its maximum at the surface. Analytical katabatic models (of the Prandtl type, which could be easily used to feed surface boundary counditions) need an "apriori" definition of the eddy and heat diffusivities. Currently, the general definition of these diffusivities is only possible by the use of turbulent models that include closures. The coupling of the previously-presented 1D surface model (validated off-line) is suggested to overcome the lack of physics description in the classic surface boundary counditions. Preliminary work on this coupling is developed and perspective solutions are proposed
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Canut, Guylaine. "Interaction mousson-Harmattan, échanges de petite échelle." Toulouse 3, 2010. http://thesesups.ups-tlse.fr/1194/.
Анотація:
C'est à l'échelle de la turbulence que se produit l'entraînement d'air sec du flux d'Harmattan à l'intérieur du flux humide de Mousson. Ce processus de petite échelle est analysé dans le cadre du programme AMMA (Analyse Multidisciplinaires de la Mousson Africaine) qui vise a mieux renseigner et prévoir la mousson de l'Afrique de l'ouest. Les mesures atmosphériques réalisées par l'avion de recherche français ATR-42 et la modélisation des grands tourbillons (LES) sont complémentaires et permettent de documenter la structure verticale, moyenne et turbulente de la couche limite Sahélienne, de d'écrire les intrusions d'air sec et leur contribution dans les transferts turbulents, de quantifier le processus d'entraînement, de tester les paramétrisations existantes et de les relier aux conditions de grande échelle, et aux caractéristiques de la couche limite et de ses interfaces, notamment du cisaillement de vent Mousson/HarmattanEntrainment of dry air from the Harmattan flow inside the moist monsoon flow is a turbulent process. This process is analysed in the context of the AMMA (African Monsoon Multidisciplinary Analysis) campaign experiment, which aimed at better understanding and forecasting the African Monsoon. The atmospheric measurements made by the ATR-42 research aircraft, and large eddy simulations enable us in a complementary way to study the mean and turbulent vertical structure of the sahelian boundary layer, to describe the dry intrusions and their contributions in the turbulent transferts, to quantify the entrainment process, to test the existing parametrizations and to link the entrainment process with the conditions, and with the characteristics of the boundary layer and its interfaces, in particular the windshear between monsoon & Harmattan
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Dipankar, Anurag. "Simulation des grandes échelles de la turbulence atmosphérique : application à l’étude de la propagation des ondes électromagnétiques dans la couche limite atmosphérique." Paris 6, 2010. http://www.theses.fr/2010PA066029.
Анотація:
Cette thèse traite du couplage de la simulation des grandes échelles (LES) à la propagation des ondes électromagnétiques dans la couche limite atmosphérique. La simulation de la couche limite de convection avec des nuages de faible altitude de type cumulus a été effectuée, et les donnés ont été post-traitées pour la propagation d’ondes électromagnétiques (EM) dans le domaine simulé. La première partie de la thèse porte sur la validation du code LES avec pour trois différentes types de conditions atmosphériques. Les données correspondants à la convection des nuages de faible altitude de type cumulus sont ensuite post-traitées pour obtenir les quantités temporelles d’intérêt pour la modélisation de propagation d’ondes EM. Ces quantités sont les suivantes: la distribution instantanée des indices de réfraction, paramètres locaux de la fonction de structure de l’index de réfraction, échelle caractéristique des structures les plus énergétiques, et échelle caractéristique des échelles dissipatives non résolues. La deuxième partie de la thèse porte sur l’application de ces quantités dans la modélisation de propagation de: ondes radio, ondes optiques, et tourbillons optiques. Une nouvelle méthode a été développée pour étudier la dispersion des ondes radio dans l’atmosphére turbulente. Cette nouvelle méthode établit l’ importance des fluctuations des grandes échelles sur les fluctuations de la phase des ondes radio. Il a été démontrée, via des exemples numériques, que le caractére instationnaire de ces quantités influesur la propagation des ondes optiques.
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Pergaud, Julien. "Étude et paramétrisation de la turbulence et des nuages de couche limite." Toulouse 3, 2008. http://thesesups.ups-tlse.fr/2340/.
Анотація:
L'objectif principal de cette thèse était de développer une nouvelle paramétrisation améliorant le mélange et la représentation des nuages dans les couches limites convectives. Nous avons développé ainsi une paramétrisation basée sur le concept EDMF pour Eddy-Diffusivity/Mass Flux dans lequel le schéma en flux de masse représente un thermique idéalisé qui peut échanger de l'air avec son environnement et dont les parcelles d'air peuvent condensées. Dans la partie sèche de l'updraft, l'entraînement et le détrainement sont définis comme proportionnels à la flottabilité et inversement proportionnels à la vitesse verticale dans l'updraft. Ce formalisme permet à ces échanges de s'adapter en fonction du type de couche limite ou encore de l'intensité de la convection. Dans le nuage, c'est le formalisme en tri par flottabilité qui a été choisi. Il est en effet bien adapté pour les échanges entre le nuage et son environnement. Les tests dans un modèle unicolonne ont permis de mettre en valeur l'apport d'un tel schéma dans la représentation du mélange mais aussi des nuages de couche limite. Il permet notamment une bonne représentation de la zone à contre-gradient et corrige un défaut bien connu des paramétrisations en coefficient d'échange turbulent. Des résultats 3D pré-opérationnels sont présentés et montrent la nécessité d'un tel schéma pour des modèles à 2. 5km de résolution. Il a été ainsi implémenté dans le nouveau modèle opérationnel de Météo-France, AROMEThe main objective of this thesis was to develop a new parameterization enabling to improve the mixing and representation of clouds in convective boundary layers. We thus developed a parameterization based on the concept EDMF for Eddy- Diffusivity/Mass Flux and in which the mass _ux scheme represents idealized thermal which can exchange air with its environment and whose air parcels can condensate. In the dry part of the updraft, entrainment and detrainment are defined as proportional to the buoyancy and inversely proportional to the vertical velocity in the updraft. This formalism allows the exchanges to adapt depending on the type of boundary layer or the intensity of convection. In the cloud, the buoyancy sort formalism was chosen. Indeed, it is well suited to represent exchanges between the cloud and its environment. Tests in a single column model helped highlight the contribution of such a scheme in the representation of the turbulence but also boundary layer clouds. It allows a good representation of the counter-gradient area and corrects a well-knwon defect of eddy-diffusivity parameterizations. 3D results are presented and demonstrate the need for such a scheme for models with 2. 5km resolution. It has been well implemented in the new operational mesoscale model at Météo-France named AROME
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Puygrenier, Vincent. "Etude de la couche limite atmosphérique côtière durant ESCOMPTE 2001 : évaluation et amélioration des performances d'un radar UHF." Toulouse 3, 2005. http://www.theses.fr/2005TOU30193.
Анотація:
La prévision des phénomènes de pollution atmosphérique est l'objectif central de la campagne ESCOMPTE-2001, qui s'est déroulée durant l'été 2001 dans la région très hétérogène de Marseille/Fos/Berre. Cet objectif nécessite une bonne compréhension et prise en compte, par les modèles numériques de physico-chimie, des processus physiques intervenant dans la Couche Limite Atmosphérique (CLA), au sein de laquelle s'effectuent le transport et la diffusion des polluants émis en surface. Dans le cadre de la campagne ESCOMPTE-2001, ce travail de thèse est consacré à l'étude de la basse troposphère en période de brise de mer, situation météorologique défavorable à la qualité de l'air des zones côtières. Il a permis notamment de mettre en évidence une oscillation de l'intensité de la brise de mer et des compétitions de brises de mer locales et régionales, qui modifient le temps d'advection de l'air marin sur la surface terrestre et ont donc des répercussions importantes sur le développement de la CLA et sa concentration en polluants. Ces travaux s'appuient principalement sur le réseau de quatre radars profileurs de vent UHF mis en place sur la zone côtière de Marseille/Fos/Berre, permettant une description en trois dimensions et en continu dans le temps des écoulements de brises de mer et de la CLA. Pour les besoins de cette étude phénoménologique, des développements méthodologiques sont apportés sur la mesure des propriétés turbulentes de la CLA par les radars UHF (termes du bilan de l'énergie cinétique turbulente) et sur leur utilisation en réseau pour l'étude de la trajectographie de panaches de polluantsForecasting of pollution events was the main objective of the ESCOMPTE-2001 campaign, which took place in the Marseille/Fos/Berre heterogeneous area (southeastern France) in the early summer 2001. This goal requires good understanding and taking into account, by physicochemical numerical models, of the physical processes in the Atmospheric Boundary Layer (ABL), in which pollutants are emitted, transported and diffused. In the ESCOMPTE-2001 campaign context, this work was devoted to study the low troposphere during sea breeze events, related to meteorological conditions responsible for poor air quality of coastal areas. It presents notably an oscillation of the sea breeze intensity and competitions of locals and regional sea breeze, which change the advected time of the marine air above the continental surface and thus influence the ABL development and its pollutants concentration. This study is based principally on the network of four UHF wind profilers radars set up on the coastal area of Marseille/Fos/Berre, allowing a continuous three-dimensional description of the sea breeze flow and the ABL. For the needs of this phenomenological work, methodological developments was realized to improve the measurement of ABL turbulent properties with UHF radars (terms of turbulent kinetic energy budget) and the use of wind profilers network for the study of pollutants plumes trajectography
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Durand, Pierre. "Approche expérimentale de la dynamique de la couche limite atmosphérique pour des conditions de surface non homogènes." Toulouse 3, 1989. http://www.theses.fr/1989TOU30124.
Анотація:
Le travail presente consiste en une etude experimentale de la dynamique de la couche limite atmospherique dans des situations non homogenes (donc reelles et complexes). Les resultats proviennent de trois programmes experimentaux. Le premier, coast, a permis l'etude des champs bidimensionnels des parametres thermodynamiques moyens et des moments turbulents dans la couche limite interne developpee a partir de la cote dans le cas d'une transition mer-terre. Le programme mesogers a permis de montrer que, dans le cas d'une couche limite au-dessus d'un relief (collines regulieres, la signature du relief de surface disparait rapidement avec l'altitude. En revanche, les heterogeneites horizontales, a l'echelle de 10 km ou plus, dans les caracteristiques de surface (en particulier, energie disponible a la surface) se retrouvent dans les flux turbulents de chaleur dans la couche limite. Enfin, le programme autan 84 a permis d'etablir les caracteristiques moyennes et turbulences d'une couche limite presentant des variations importantes a moyenne echelle. On a pu etablir quelle etait la part des mecanismes turbulents et ceux relevant du mouvement moyen dans le bilan des scalaires (comme la temperature) de la couche limite
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Puygrenier, Vincent. "Etude de la couche limite atmosphérique côtière durant ESCOMPTE 2001. Evaluation et amélioration des performances d'un radar UHF." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011691.
Анотація:
La prévision des phénomènes de pollution atmosphérique est l'objectif central de la campagne ESCOMPTE-2001, qui s'est déroulée durant l'été 2001 dans la région très hétérogène de Marseille/Fos/Berre. Cet objectif nécessite une bonne compréhension et prise en compte, par les modèles numériques de physico-chimie, des processus physiques intervenant dans la Couche Limite Atmosphérique (CLA), au sein de laquelle s'effectuent le transport et la diffusion des polluants émis en surface.Dans le cadre de la campagne ESCOMPTE-2001, ce travail de thèse est consacré à l'étude de la basse troposphère en période de brise de mer, situation météorologique défavorable à la qualité de l'air des zones côtières. Il a permis notamment de mettre en évidence une oscillation de l'intensité de la brise de mer et des compétitions de brises de mer locales et régionales, qui modifient le temps d'advection de l'air marin sur la surface terrestre et ont donc des répercussions importantes sur le développement de la CLA et sa concentration en polluants. Ces travaux s'appuient principalement sur le réseau de quatre radars profileurs de vent UHF mis en place sur la zone côtière de Marseille/Fos/Berre, permettant une description en trois dimensions et en continu dans le temps des écoulements de brises de mer et de la CLA.
Pour les besoins de cette étude phénoménologique, des développements méthodologiques sont apportés sur la mesure des propriétés turbulentes de la CLA par les radars UHF (termes du bilan de l'énergie cinétique turbulente) et sur leur utilisation en réseau pour l'étude de la trajectographie de panaches de polluants.
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Bernard-Trottolo, Sandrine. "Diagnostic de la présence de structures cohérentes au sein de la couche limite atmosphérique : campagnes TRAC98 et MAP99." Toulouse 3, 2001. http://www.theses.fr/2001TOU30182.
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Kubwimana, Thierry. "Simulation de l'écoulement atmosphérique au voisinage d'une tête de tunnel." Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEC023.
Анотація:
La conception d’un système de ventilation mécanique dans un tunnel nécessite de recenser tous les phénomènes physiques mis en jeu dans le mouvement de l’air dans le tunnel. Et ceci afin d’établir les capacités de ventilation nécessaires au regard d’objectifs règlementaires. On peut compter parmi ces phénomènes les effets atmosphériques, et notamment l’effet du vent, susceptible de générer des surpressions ou dépressions à proximité des ouvertures d’un tunnel et par conséquent d’induire ou de modifier un courant d’air établi à l’intérieur de celui-ci. Le présent travail entend contribuer à une meilleure compréhension ainsi qu’à une meilleure prise en compte de l’écoulement atmosphérique extérieur dans les études de ventilation de tunnel.Modélisations expérimentale et numérique ont été mises en œuvre pour cela. Des essais en soufflerie ont été menés dans la soufflerie atmosphérique de l’École Centrale de Lyon et ont fait appel à différentes techniques (PIV, anémométrie à fils chauds, micromanomètre) pour mesurer les caractéristiques moyennes et turbulentes de l’écoulement atmosphérique au voisinage d’un tunnel. Et nous avons également employé les approches numériques moyenne (RANS) et filtrée (LES) pour simuler l’écoulement atmosphérique autour d’un tunnel.La représentation de l’écoulement atmosphérique, instationnaire et turbulent, en entrée d’un domaine de calcul LES pose des difficultés. Nous avons, au cours de ce travail, implémenté un générateur synthétique de conditions amont dans le code de calcul FLUENT et, à l’appui des résultats expérimentaux, établi le paramétrage optimal d’une simulation LES de couche limite atmosphérique pleinement rugueuse.Deux configurations de tunnel ont ensuite été étudiées par voies numérique et expérimentale. Dans une première série d’essais, le champ de pression sur la tête d’un tunnel assimilée à la section frontale d’une cavité parallélépipédique a été étudié. Les comparaisons entre les différentes approches ont mis en évidence l’influence de la géométrie du tunnel et du bâti environnant, ainsi que la meilleure performance de l’approche LES dans la caractérisation de l’écoulement turbulent. Et dans une deuxième série d’essais, nous nous sommes rapprochés d’une configuration réelle et avons instrumenté une maquette de tête de tunnel ouverte dans lequel nous pouvions créer un courant d’air dirigé vers l’intérieur ou l’extérieur de l’ouvrage. Les résultats ont montré une interaction importante entre la couche limite atmosphérique et le jet pariétal tridimensionnel issu du tunnelThe design of a mechanical ventilation system in a tunnel requires to identify all the physical phenomena involved in the movement of the air in the tunnel. That is in order to establish the necessary ventilation capacities with regard to regulatory objectives. Atmospheric effects feature among the mechanisms likely to generate overpressures or depressions near the openings of a tunnel and consequently to induce or to modify the airflow established inside. This research work intends to contribute to a better understanding as well as a better consideration of the external atmospheric effects in tunnel ventilation studies.Experimental and numerical modeling have been completed. Wind tunnel tests were carried out in the atmospheric wind tunnel of the École Centrale de Lyon and used different techniques (PIV, hot wire anemometry, micromanometer) to measure the mean and turbulent statistics of the atmospheric flow in the vicinity of a tunnel. Time averaged (RANS) and filtered (LES) turbulence models were also used to simulate the atmospheric flow around a tunnel.The suitable representation of the unsteady turbulent atmospheric flow at the inlet of an LES computational domain remains an issue. During this work, we implemented a synthetic turbulence generator in the CFD code Fluent and, through comparison with experimental data, derived the optimal setup for the simulation of a fully rough atmospheric boundary layer.Thereafter, two tunnel configurations were studied by numerical and experimental means. In a first series of tests, the pressure field at the front section of a rectangular cavity was studied. The comparisons between the different approaches highlighted the influence of the geometry of the tunnel and the arrangement of the surrounding urban-like environment, as well as a better performance of the LES model in the description the turbulent flow. And in a second series of tests, we got closer to a realistic configuration and instrumented an open tunnel in which we could create an airflow directed towards the outside or the inside of the structure. The results showed a significant interaction between the atmospheric boundary layer and the three-dimensional wall jet from the tunnel
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Sandu, Irina. "Impact de l'aérosol sur le cycle de vie des nuages de couche limite." Toulouse 3, 2007. http://thesesups.ups-tlse.fr/116/.
Анотація:
L'aérosol anthropique peut affecter le cycle de vie des nuages de couche limite, en modifiant l'albédo du nuage et en inhibant la formation des précipitations. Cependant, il est difficile de quantifier ces impacts à partir d'observations. Les interactions aérosol-nuages de couche limite sont donc étudiées à l'aide des modèles numériques à résolution fine (LES), qui disposent de paramétrisations détaillées de la turbulence, du transfert radiatif et de la microphysique nuageuse. Dans cette étude, nous examinons plus spécifiquement les impacts de l'aérosol sur le cycle diurne de stratocumulus marins. Des simulations LES d'un cycle de 36 heures sont réalisées pour des concentrations d'aérosol typiques de masses d'air pures et polluées. Partant d'un même état initial, les simulations divergent rapidement. L'augmentation de la concentration des noyaux de condensation nuageux conduit à une augmentation de la concentration des gouttelettes, à une diminution de leur diamètre, et ainsi à l'inhibition de leur sédimentation et de la précipitation de bruine. Le contenu en eau liquide au sommet nuage augmente et l'entraînement sommital est renforcé. De plus, l'absorption du rayonnement solaire à la base du nuage n'est plus compensée par l'évaporation de la bruine et le découplage de la couche nuageuse est renforcé. Dans l'ensemble, la couche limite polluée est mieux couplée la nuit et plus découplée le jour que la couche limite marine pure. Ces simulations permettent d'identifier des signatures mesurables de l'impact des aérosols sur la dynamique de la couche limite, et ainsi de mieux concevoir les expériences de terrain qui visent à quantifier ces impactsAnthropogenic aerosols may have a noticeable impact on the life cycle of boundary layer clouds, via their effects on radiation and precipitation efficiency. It is however difficult to document such impacts from observations. The interactions between aerosol particles and the dynamics of boundary layer cloud systems (typically marine stratocumulus) have therefore been explored with high resolution numerical models (LES), that now include detailed parameterizations of turbulence, radiative transfer and microphysics. In this study, the focus is on the coupling between aerosol impacts on cloud microphysics and the diurnal cycle of stratocumulus clouds. LES simulations of a 36 hours cycle are performed with aerosol concentrations typical of pristine and polluted air masses, successively. Although the simulations start from the same initial state, they rapidly diverge. The increased concentration of cloud condensation nuclei yields to an increased droplet concentration, a reduction of the droplet sizes and the inhibition of the droplet sedimentation and precipitation formation. The liquid water content at cloud top hence increases and the cloud top entrainment is strengthened. Moreover, the absorption of solar radiation at cloud base is no longer balanced by the droplet and drizzle evaporation, and the decoupling of the cloud layer is reinforced. Overall, the polluted cloud layer is better coupled during the night and more decoupled during the day than its pristine counterpart. Measurable signatures of these impacts are identified to help at designing observational studies of aerosol impacts on the dynamics on boundary layer clouds
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Affre, Christine. "Méthodologie de la mesure (aéroportée et au sol) des flux turbulents. Application à l'ozone aux échelles locale et régionale." Toulouse 3, 1997. http://www.theses.fr/1997TOU30112.
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Colin, Pierre-Yves. "Evaluation numérique et expérimentale des effets de la structure de la végétation sur l'écoulement de la couche de surface atmosphérique." Aix-Marseille 2, 2005. http://theses.univ-amu.fr.lama.univ-amu.fr/2005AIX22100.pdf.
Анотація:
On analyse les termes supplémentaires apparaissant lorsqu'on moyenne spatialement les équations de Reynolds. Des simulations explicites fondées sur ces équations sont effectuées sur des feuillages simplifiés. Ces calculs donnent la traînée aérodynamique, la production et la dissipation ε de l'énergie cinétique turbulente k. Des simulations implicites sont réalisées sur les mêmes feuillages représentés par l'ajout aux équations de termes fournis par les simulations explicites ou par la littérature. Dans le premier cas, le champ de la composante horizontale moyenne U est bien représenté, celui de k l'est moins bien. Dans le deuxième cas, les termes sources doivent être ajustés à l'aide de coefficients qui dépendent du feuillage. La réintroduction de l'échelle de longueur dans l'équation de ε améliore les simulations. Des mesures expérimentales sont effectuées en lisière forestière et comparées à des simulations, qui décrivent bien le champ de U mais échouent à représenter le champ de kThe additional terms appearing when one average the Reynolds equations are analysed. Explicit simulations founded on these equations are carried out on simplified foliages. These simulations give the aerodynamic drag, the production and the dissipation ε of the turbulent kinetic energy k. Implicit simulations are carried out on the same foliages represented by the addition in the equations of terms provided by explicit simulations or by the literature. In the first case, the field of the average horizontal component U is well represented, that of k is less good. In the second case, the source terms must be adjusted using coefficients which depend on the foliage. The reintroduction of the scale length in the equation of ε improve simulations. Experimental measurements are carried out in forest edge and are compared with simulations, which describe the field of U well but fail to represent the field of k
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Brosse, Fabien. "Influence de la couche limite convective sur la réactivité chimique en Afrique de l'Ouest." Thesis, Toulouse 3, 2017. http://www.theses.fr/2017TOU30324/document.
Анотація:
Cette thèse porte sur l'influence de la couche limite convective et nuageuse sur la réactivité chimique en Afrique de l'Ouest. Pour répondre à cette question, des simulations à haute résolution (50m) sont réalisées sur le modèle atmosphérique Méso-NH couplé à un mécanisme chimique détaillé représentant la chimie gazeuse et aqueuse. Cette échelle spatiale permet de représenter explicitement les caractéristiques spatiales et temporelles des structures turbulentes. Les thermiques en couche limite sont identifiés à l'aide d'un échantillonnage conditionnel basé sur l'utilisation d'un traceur passif à décroissance radioactive. L'impact du transport turbulent sur la redistribution d'espèces chimiques dépend du temps de vie chimique de ces espèces. La ségrégation spatiale créée au sein de la couche limite augmente ou réduit les taux de réaction moyens entre composés. La campagne de terrain AMMA, et plus récemment DACCIWA, sont utilisées pour définir des forçages dynamiques et chimiques pour des environnements simulés. Le premier est représentatif d'un environnement biogénique dominé par des émissions naturelles de COV. Le second reproduit un environnement urbain modérément pollué typique du Golfe de Guinée (Cotonou au Bénin). Pour simplifier, l'analyse des simulations est limitée aux réactions chimiques entre OH et l'isoprène dans le cas biogénique, entre les aldéhydes C>2 et OH dans le cas urbain. L'influence de la couche limite convective est étudiée à l'échelle du thermique et du domaine. Cela permet une connexion avec les modèles à résolution plus lâche qui adoptent une hypothèse de mélange parfait et immédiat, négligeant de fait les variabilités spatiales de composés chimiques au sein d'une maille. Les premiers résultats, basés sur la phase gazeuse uniquement, montrent que les nuages en couche limite convective affectent le transport vertical d'espèces chimiques. Les thermiques sont des zones de réactions privilégiées où la réactivité chimique est maximale. La plus grande intensité de ségrégation est calculée au sommet de la couche limite, toutefois de signes opposés entre les deux environnements. En environnement biogénique, le mélange non-homogène de l'isoprène et de OH dans cette zone induit une diminution maximale de 30% du taux de réaction moyen. Dans le cas urbain, la constante de réaction effective entre OH et les aldéhydes est supérieure de 16% à la constante moyenne. La réactivité de OH est supérieure de 15 à 40% dans les thermiques comparé au reste du domaine, dépendant de l'environnement chimique et de l'heure. Comme les thermiques occupent une faible portion du domaine, l'impact des structures turbulentes sur la réactivité totale de OH est une diminution de 9% pour le cas biogénique et une augmentation maximale de 5% dans le cas anthropique. Des simulations LES incluant la réactivité aqueuse révèlent une baisse importante des rapports de mélange de OH associée à la présence de nuagesThis thesis focuses on the influence of the convective and cloudy boundary layer on the chemical reactivity in West Africa. To answer this question, high resolution simulations (50m) are performed on the atmospheric model Meso-NH coupled to a detailed chemical scheme representing the gaseous and aqueous phases. This spatial scale allow to explicitly represent the spatial and temporal characteristics of turbulent structures. Thermals in the boundary layer are identified by a conditional sampling based on a radioactive-decay passive scalar. The turbulent transport influence on the redistribution of chemical species depends on the chemical lifetimes of these species. Spatial segregation is created within the convective boundary layer that increases or decreases the mean reaction rates between compounds. AMMA campaign field study, and more recently DACCIWA, are used to define dynamical and chemical forcing of two simulated environments. The first one is representative of a biogenic environment dominated by natural emissions of VOC. The second reproduces a moderately polluted typical urban area of the Guinean Gulf (Cotonou in Benin). For the sake of simplicity, simulations analysis are limited to the chemical reaction between isoprene and OH in the biogenic case, and the reaction between C>2 aldehydes and OH in the anthropogenic case. The convective boundary layer influence is studied at thermal and domain scale. This makes the connection with coarse resolution models for which a hypothesis of perfect and immediate mixing is made, neglecting the spatial variability of chemical species within a grid cell. The first results are based on the gaseous phase only. Cloudy development in the convective boundary layer only affects the vertical transport of chemical species. The simulations show that thermals are preferential reaction zones where the chemical reactivity is the highest. The top of the boundary layer is the region characterized by the highest calculated segregation intensities but of the opposite sign in both environments. In the biogenic environment, the inhomogeneous mixing of isoprene and OH in this zone leads to a maximum decrease of 30% of the mean reaction rate. In the anthropogenic case, the effective rate constant for OH reacting with aldehydes is 16% higher at maximum than the averaged value. The OH reactivity is higher by 15 to 40% inside thermals compared to the surroundings depending on the chemical environment and time of the day. Because thermals occupy a small fraction of the simulated domain, the impact of turbulent motions on the domain-averaged OH total reactivity reaches a maximum 9% decrease for the biogenic case and a maximum of 5% increase for the anthropogenic case. LES simulations including the aqueous reactivity reveal a significant decrease in OH mixing ratios associated to the presence of clouds. Consequently, isoprene and C>2 aldehydes mixing ratios increase at these altitudes
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Arnault, Nicolas Vincent. "Ondes internes de gravité pendant la transition nocturne - diurne de la couche limite atmosphérique : observations et expériences de laboratoire." Paris 6, 2005. http://www.theses.fr/2005PA066179.
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Largeron, Yann. "Dynamique de la Couche Limite Atmosphérique stable en relief complexe. Application aux épisodes de pollution particulaire des vallées alpines." Phd thesis, Université de Grenoble, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00606115.
Анотація:
L'étude se concentre sur l'analyse de la dynamique de la Couche Limite Atmosphérique stable et hivernale en vallée, notamment dans des situations conduisant à des épisodes de pollution particulaire. L'analyse est effectuée à partir de simulations numériques de type LES et de mesures locales. Dans une première partie, on étudie les vents catabatiques prenant naissance sur les pentes des vallées encaissées. On montre qu'ils sont instationnaires, inhomogènes et turbulents, que leur diffusivité turbulente évolue quadratiquement avec le nombre de Froude et décroît avec la stratification ambiante. On s'intéresse ensuite au champ d'ondes internes généré par ces vents. On trouve que sa fréquence ne dépend que de la stratification et est indépendante des caractéristiques des vents qui lui donnent naissance. Dans une seconde partie, on s'intéresse au système de vents de vallées et aux inversions thermiques dans les vallées Grenobloises. Les conditions météorologiques conduisant aux épisodes de pollution sont étudiées et leur lien avec les mécanismes précédents est explicité. On montre que ces épisodes se déroulent toujours dans un contexte anticyclonique, sont induits par la présence d'une inversion et que leur évolution est liée à celle des régimes de temps. Pendant ces épisodes, le système de vents local est toujours similaire, indépendant du régime synoptique et constitué de vents thermiques, dont l'organisation spatiale est gouvernée par la géométrie du site. Ces courants sont contenus dans la couche d'inversion qui persiste pendant toute la durée de l'épisode et n'est pas détruite si l'énergie solaire est insuffisante. Le seuil énergétique correspondant est mis en évidence.
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Rio, Catherine. "Paramétrisation de la couche limite atmosphérique convective et représentation du cycle diurne des nuages dans un modèle de climat." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2007. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00003728.
Анотація:
L'objectif principal de cette thèse est d'améliorer la représentation du cycle diurne des nuages convec- tifs dans les modèles de circulation générale atmosphérique grande-échelle. La sous-estimation des nuages bas, le déclenchement prématuré des précipitations convectives ainsi que leur arrêt prématuré en fin de journée sont des biais communs à la plupart des modèles de climat. L'amélioration de ces dif- férents aspects passe notamment par une représentation plus réaliste des mouvements convectifs de la couche limite atmosphérique. Pour cela, les processus en jeu dans la turbulence de couche limite, la convection sèche et nuageuse, peu profonde et profonde, sont d'abord étudiés à l'aide d'observations et de simulations haute résolution. Cela permet d'établir les hypothèses à la base de la paramétrisation que l'on souhaite développer. Pour essayer de prendre en compte toutes les échelles de turbulence observées dans la couche limite convec- tive, on combine à un schéma diffusif classique une paramétrisation en flux de masse représentant les structures cohérentes de la couche limite : le modèle du thermique nuageux. Le schéma est principale- ment testé dans une version unicolonne du modèle LMDZ, développé au Laboratoire de Météorologie Dynamique, sur des cas particuliers de convection continentale, sèche et nuageuse, peu profonde et pro- fonde, et évalué à partir d'observations et de simulations haute résolution. La représentation explicite d'un panache ascendant entraînant et détraînant, ainsi que d'une subsidence compensatoire dans l'en- vironnement, permet d'améliorer le cycle diurne de la couche limite et des cumulus qui se forment par beau temps. Cette meilleure représentation des nuages de couche limite a par ailleurs des répercussions sur le cycle diurne de la convection plus profonde associée aux orages et prise en compte par une para- métrisation indépendante. Le contrôle du déclenchement et de l'intensité de la convection profonde par les processus dits sous-jacents, de couche limite d'une part et liés à la formation de poches froides sous le système convectif précipitant d'autre part, permet de retarder le déclenchement des précipitations de plusieurs heures et de les maintenir plus tard dans la soirée. Enfin, les développements effectués sont adaptés à la représentation de la convection induite par les feux de biomasse dans les Tropiques. Initialisé par les caractéristiques des feux dans ces régions, le modèle du thermique nuageux devient celui du pyro-thermique nuageux, avec des panaches qui restent confinés dans la couche limite mais peuvent aussi percer jusqu'à la moyenne troposphère. Les différentes paramétrisations évoquées sont destinées à faire partie de la nouvelle version 3D de LMDZ, en vue des simulations climatiques à effectuer dans le cadre du prochain rapport du Groupe d'experts Intergouvernemental sur l'Evolution du Climat (GIEC).
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Espana, Guillaume. "Étude expérimentale du sillage lointain des éoliennes à axe horizontal au moyen d'une modélisation simplifiée en couche limite atmosphérique." Phd thesis, Université d'Orléans, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00496915.
Анотація:
L'objet de ce travail de thèse est l'étude en soufflerie du sillage lointain des éoliennes à axe horizontal. La complexité phénoménologique du sillage des éoliennes fait que les mécanismes le régissant sont généralement traités d'un point de vue stationnaire : les principaux paramètres (déficit de vitesse, production de turbulence...) sont alors moyennés dans le temps. Néanmoins, considérer les instationnarités du sillage d'une éolienne placée en écoulement atmosphérique permet d'observer un phénomène appelé meandering, traduisant un battement aléatoire du sillage. Ce travail est construit en deux grandes parties : la vision stationnaire et la vision instationnaire du sillage d'un modèle simplifié d'éolienne, basé sur le principe du disque de Froude, placé dans une couche limite atmosphérique (CLA) modélisée en soufflerie à l'échelle 1/400. La première partie est composée de plusieurs études paramétriques sur l'influence du point de fonctionnement d'une éolienne, sur sa hauteur de mât ou encore sur le type de CLA. Une éolienne en situation de dérapage fait également l'objet d'études paramétriques. Celles-ci visent à étudier le comportement du sillage dans différentes situations et il est alors montré les limites des lois empiriques présentes dans la littérature, concernant notamment l'influence de la turbulence ambiante. La seconde partie se focalise sur la vision instationnaire, jusqu'ici rarement considérée. En utilisant l'anémométrie par fil chaud, les résultats montrent le rôle des grandes échelles de la turbulence atmosphérique sur l'apparition du meandering. L'amplitude du battement et les dimensions du sillage instantané sont ensuite appréhendées de façon quantitative par mesures PIV, montrant l'influence du point de fonctionnement de l'éolienne et de l'intensité de turbulence ambiante.
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Quimbayo-Duarte, Julian. "Modélisation numérique de la couche limite atmosphérique par condition stable en terrain complexe. Application à la qualité de l'air." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAU005/document.
Анотація:
En hiver, par condition anticyclonique hivernale, les régions montagneuses urbanisées font l'objet de conditions atmosphériques stables et découplées, qui conduisent à des épisodes de forte pollution particulaire. Ce travail de thèse traite de la caractérisation des facteurs de pollution de l'air aux particules par condition stable en vallée alpine encaissée, du point de vue de la dynamique atmosphérique. Ce travail repose sur des simulations numériques idéalisées et en conditions réelles à l'aide du modèle Weather Research and Forecasting (WRF), les particules étant modélisées par un champ de traceur passif.Dans une première partie, des simulations numériques à haute résolution ont été réalisées, en utilisant deux configurations différentes de vallées tridimensionnelles idéalisées ouvrant sur une plaine. La première configuration correspond à une vallée de largeur constante dans la direction de l'axe de la vallée ouvrant sur une plaine. Dans la seconde configuration, la vallée est composée de deux sections, la section aval, qui ouvre sur la plaine, étant plus étroite que la section amont. Cette configuration est appelée "pooling". Quelle que soit la configuration, la variation du profil vertical de température le long de l'axe de la vallée conduit à d'un gradient de pression horizontal générant un vent de vallée. Les configurations de type "pooling" sont associées à des concentrations de polluants plus élevées que dans le cas où la largeur de la vallée ne varie pas, car le vent de vallée est plus faible dans la configuration "pooling". L'impact de la largeur de la section aval sur la concentration de polluants dans la section amont est remarquable: la ventilation de la section amont peut être complètement bloquée pendant la majeure partie de la simulation (six heures) lorsque le rapport de largeur de la section amont à la section aval est égal à 10.La deuxième partie concerne une situation réelle en vallée alpine, durant un épisode fortement pollué de février 2015. La dynamique atmosphérique et la concentration de particules fines (PM) ont été modélisées dans une section de la vallée de l'Arve autour de la ville de Passy par le modèle WRF-Chem durant cet épisode. Pour cela, le cadastre d'émission préparé par l'agence de qualité de l'air de la région Auvergne Rhône-Alpes a été implémenté dans le modèle. La dynamique de la couche limite a été comparée à des profils verticaux de vent et température mesurés lors d'une campagne de terrain durant l'épisode pollué, et la concentration de PM comparée aux données de stations de qualité de l'air. La contribution des vallées tributaires à la pollution atmosphérique dans cette section de la vallée de l'Arve a d'abord été étudiée. Les résultats montrent que cette contribution est très faible par rapport à celle des sources locales; ceci implique que les émissions $in-situ$ sont principalement responsables de la forte concentration de particules polluantes enregistrée dans la vallée car le fond de vallée est découplé de l'atmosphère au-dessus de la vallée. Les processus de ventilation et leur influence sur la concentration de particules (PM) ont ensuite été étudiés. L'analyse montre qu'en raison de la ventilation limitée autour de la ville de Passy, la variabilité horaire de la concentration de PM dans la ville est contrôlée par les émissionsDuring wintertime anticyclonic regimes, urbanized mountain areas often experience stable and decoupled atmospheric conditions, resulting in severe episodes of particulate air pollution. This study deals with the characterization of drivers of particulate air pollution in deep alpine valleys under such stable conditions from the point of view of atmospheric dynamics. The work has been carried out through the implementation of both idealized and real case numerical simulations using the Weather Research and Forecasting (WRF) model. Particulate air pollution has been modelled by implementing passive tracers in the simulations.In a first part, high-resolution numerical simulations have been performed using two different configurations of three-dimensional idealized valleys opening onto a plain. The first configuration corresponds to a valley of constant width in the along-valley direction, directly opening onto a plain. The second one consists in a valley of varying width in that direction, with an upstream section of larger width than the downstream section, which opens onto the plain. The latter configuration is referred to as a pooling case. The change in the vertical temperature profile along the valley axis in all configurations results in a horizontal pressure gradient that leads to the development of an along-valley flow. Configurations in which the upstream section of the valley opens onto a narrower one have shown to be prone to higher pollutant concentrations than in the case of a valley opening directly onto a plain, due to the weaker down-valley flow developing in the variable width configurations. The impact of the downstream valley section on the concentration of pollutants in the upstream valley section is remarkable: the ventilation of the upstream valley section can be completely blocked for most of the simulation (six hours) when the ratio of the upstream to downstream valley section width is equal to 10.The second part deals with a real case situation, focusing on a section of the alpine Arve River valley around the city of Passy. The numerical modelling of the atmospheric dynamics and particulate matter (PM) concentration in that section has been performed during a strongly polluted wintertime episode of February 2015. For this purpose the emission inventory prepared by the air quality agency of the région Auvergne Rhône-Alpes has been implemented in the WRF-Chem model. The boundary layer dynamics has been compared to wind and temperature profiles collected during a field campaign conducted during the episode, and PM concentration has been compared to data recorded by air quality stations. The contribution of the valley tributaries to air pollution within the section considered has been first studied. Results show that this contribution is very small compared to that from local sources; this implies that $in-situ$ emissions are primarily responsible for the high PM concentration recorded in the valley since the valley bottom is decoupled from the atmosphere above the valley. The ventilation characteristics of the valley and their influence on the particulate matter (PM) concentration have next been investigated. The analysis indicates that due to the limited ventilation around the city of Passy, the hourly variability of PM concentration therein is driven by that of the emissions
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Samaali, Mehrez. "Evaluation d'un modèle de couche limite atmosphérique 3D dans un cas homogène : application à une parcelle agricole de soja." Aix-Marseille 1, 2002. http://www.theses.fr/2002AIX11065.
Анотація:
Dans ce travail, un nouveau modèle de couche limite atmosphérique 3D appelé ENVImet (Bruse et Fleer, 1998) a été évalué en l'appliquant à une parcelle homogène de soja. Ce modèle comprend un schéma de surface multicouches prenant en compte le transfert radiatif dans le couvert et permettant de simuler les échanges d'énergie et de masse au voisinage de la surface ainsi qu'un schéma atmosphérique décrivant la turbulence dans la couche limite atmosphérique. L'originalité de ce modèle réside dans l'application des équations de la couche limite atmosphérique dans le couvert en prenant en compte des termes sources/puits. Les conditions initiales et aux limites de la température et de l'humidité de l'air ainsi que les conditions initiales de la température dans le sol ont été améliorées. Le transfert radiatif des courtes et des grandes longueurs d'ondes a été étudié de manière détaillée en comparant à des modèles déjà validés : le modèle SAIL (Verhoef, 1984) et celui de Prévot (1985). La turbulence dans la couche limite atmosphérique a également fait l'objet d'un diagnostic relativement approfondi en comparant à un modèle de couche limite déjà validé (Méso-NH). Au final, grâce à ces comparaisons, le modèle est capable de donner de bonnes estimations du rayonnement solaire absorbé par le couvert, mais aussi le rayonnement net. Les flux de surface, montrent des allures journalières satisfaisantes. Toutefois, le modèle reste problématique en terme d'estimation de la température de l'air du fait de certaines hypothèses qui nécessitent plus d'investigations.
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Espana, Guillaume. "Etude expérimentale du sillage lointain des éoliennes à axe horizontal au moyen d'une modélisation simplifiée en couche limite atmosphérique." Thesis, Orléans, 2009. http://www.theses.fr/2009ORLE2066/document.
Анотація:
L’objet de ce travail de thèse est l’étude en soufflerie du sillage lointain des éoliennes à axe horizontal. La complexité phénoménologique du sillage des éoliennes fait que les mécanismes le régissant sont généralement traités d’un point de vue stationnaire : les principaux paramètres (déficit de vitesse, production de turbulence...) sont alors moyennés dans le temps. Néanmoins, considérer les instationnarités du sillage d’une éolienne placée en écoulement atmosphérique permet d’observer un phénomène appelé meandering, traduisant un battement aléatoire du sillage. Ce travail est construit en deux grandes parties : la vision stationnaire et la vision instationnaire du sillage d’un modèle simplifié d’éolienne, basé sur le principe du disque de Froude, placé dans une couche limite atmosphérique (CLA) modélisée en soufflerie à l’échelle 1/400. La première partie est composée de plusieurs études paramétriques sur l’influence du point de fonctionnement d’une éolienne, sur sa hauteur de mât ou encore sur le type de CLA. Une éolienne en situation de dérapage fait également l’objet d’études paramétriques. Celles-ci visent à étudier le comportement du sillage dans différentes situations et il est alors montré les limites des lois empiriques présentes dans la littérature, concernant notamment l’influence de la turbulence ambiante. La seconde partie se focalise sur la vision instationnaire, jusqu’ici rarement considérée. En utilisant l’anémométrie par fil chaud, les résultats montrent le rôle des grandes échelles de la turbulence atmosphérique sur l’apparition du meandering. L’amplitude du battement et les dimensions du sillage instantané sont ensuite appréhendées de façon quantitative par mesures PIV, montrant l’influence du point de fonctionnement de l’éolienne et de l’intensité de turbulence ambianteThe aim of this work was to study the far wake of horizontal axis wind turbines in wind tunnels. Aerodynamic phenomena within the wakes are very complex and, most of the time, they are studied from a steady point of view : the main parameters (wake deficit, production of turbulence...) are therefore time averaged. Nevertheless, studying the wake unsteadiness of a wind turbine located in the atmospheric boundary layer (ABL) enables the consideration of the meandering phenomenon, which describes random oscillations of the wake. The present work was constructed in two main parts : firstly the steady vision and secondly the unsteady vision of a wind turbine wake, modelled according to the actuator disk theory and placed in an ABL reproduced in a wind tunnel at a geometric scale of 1/400. Several parametric studies are presented in the first part : on the influence of the wind turbine’s operating point, of its mast height and also on the influence of the ABL characteristics. Wind turbines in yaw are also considered. The wake behaviour is then studied in different configurations and the limits of the empirical laws in the literature are highlighted, especially the lack of the ambiant turbulence intensity consideration. The second part focuses on the unsteady point of view, rarely considered until today. Using hot wire anemometry, the role of the atmospheric large turbulent scales on the meandering phenomenon is proven. The oscillation magnitude and the instantaneous wake dimensions are also investigated using PIV, which leads to quantitative results on the meandering characteristics
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Yahaya, Saleye. "Dynamique de la couche limite de surface semi-aride : approche des caractéristiques turbulentes par anemometrie a coupelles et effets des traitements de surface du sol." Paris 7, 2004. http://www.theses.fr/2004PA077181.
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Deremble, Bruno. "Dynamique atmosphérique basse fréquence : influence d'un front de température océanique." Paris 6, 2010. http://www.theses.fr/2010PA066277.
Анотація:
Dans une première partie, on regarde l'origine de la variabilité basse fréquence atmosphérique et la définition des régimes de temps. Dans un modèle atmosphérique à basse dimension, on trouve une correspondance très claire entre les points fixes et les régimes de temps. Par ailleurs, on trouve que les variétés stables associées à un point selle du modèle sont de bonnes candidates pour tracer les frontières entre les régimes. Dans une seconde partie, on regarde l'intéraction océan-atmosphère ses conséquences sur la variabilité basse fréquence atmosphérique. De récentes observations à haute résolution ont montré que l'atmosphère extra-tropicale réagit de manière intense aux fronts de température de surface de l'océan (SST) -tels le Gulf Stream. En effet, un fort gradient de la SST provoque des variations locales de l'interaction océan-atmosphère, en particulier dans les basses couches de l'atmosphère. Dans cette thèse, on montre comment la couche limite atmosphérique située au dessus de ces fronts transmet ces variations à toute la tropopause (via les flux de chaleur sensible et latent). Pour quantifier précisemment cet impact, on analyse la réponse atmosphérique (structure du stormtrack, position et amplitude du jet atmospherique) provoquée par des fronts de SST de différentes intensités et situés à des latitudes variables. Dans un second temps, à l'aide d'une modélisation très simple de la couche limite, on s'attache à décrire la dynamique atmosphérique à l'aide des états d'équilibre d'un modèle barotrope couplé. La recherche des cycles limites nous permet d'identifier la signature de la variabilité basse fréquence de l'atmosphère au dessus de ces fronts océaniquesIn a first part, we focus on the origin of the atmospheric low-frequency variability. We investigated the problem of defining unambiguously weather regimes. Indeed, while we might have a pretty good idea of the physical states associated with a particular weather regime, the edge of such a regime - and hence the transitions from one regime to another - is very poorly defined. In a quasi-geostrophic (QG), barotropic, highly truncated atmospheric model, we find that the stable manifolds associated with a saddle point are good candidates to be the boundaries between the regimes. In fact, our model is designed to reproduce the topographic instability that contributes to atmospheric LFV. In our model, we find a clear correspondence between the fixed points and the weather regimes. In a second part, we focus on the ocean-atmosphere interaction and its consequences on the atmospheric low-frequency variability. Recent high-resolution observations provide new insights into extratropical ocean atmosphere interactions. Particular attention has been devoted to measure the response of the atmosphere to zones of strong sea surface temperature (SST) grandients. Indeed, the marine atmospheric boundary layer above the ocean's mid-latitude currents (e. G. , the Gulf Stream) is largely influenced by the sharp SST fronts associated with them: these gradients produce significant changes of temperature and humidity fluxes in the lower layers of the atmosphere. In my thesis, I focus on the connection between the strong SST gradients and the atmospheric dynamics and more precisely on atmospheric low-frequency variability. In a first step, we quantify the modifications in the atmospheric dynamics due to the presence of the SST front (position and amplitude of the atmospheric jet; intensity of the storm track intensity). Then, using a simple parametrization of the boundary layer, we decribe the atmospheric dynamics using the equilibrium states of a barotropic coupled model. We use the limit cycle identified in this model to explain the basin-scale atmospheric low-frequency variability
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Song, Tae-Joon. "Simulation des hydrocarbures non méthaniques légers dans la couche limite atmosphérique marine pendant les expériences Lagrangiennes d'ACE 1 et d'ASTEX/MAGE." Paris 7, 2001. http://www.theses.fr/2001PA077147.
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Benard, Pierre. "Etude numérique à forte résolution des bandes précipantes associées à un système frontal dans une onde barocline forcée par cisaillement." Toulouse 3, 1989. http://www.theses.fr/1989TOU30209.
Анотація:
Un modele anelastique non-hydrostatique avec representation detaillee des processus physiques a ete utilise dans une version bidimensionnelle, pour simuler une grontogenese par cisaillement (probleme d'eady), avec des mailles horizontales variant de 40 a 5 km permettant de s'affranchir de l'utilisation d'un schema de parametrisation de la convection. La diversite de structure observee pour les bandes precipitantes accompagnant les systemes frontaux a pu etre reproduite par l'approche numerique bidimensionnelle. L'utilisation de diagnostics elabores issus des simulations a permis d'elucider la nature des processus donnant naissance aux differentes bandes precipitantes: destabilisation de la couche limite par basculement des isentropes, responsable de la formation de la ligne de convection frontale. Les bandes frontales etroites sont interpretees comme des ondes de gravite similaires a celles se developpant au bord d'un plateau infini. La convection oblique engendre des bandes larges dans la zone frontale de meso-echelle mais de duree de vie limitee (6-9 h). Le confinement des ascendances dans les zones de faible stabilite, qui entraine l'existence d'une large bande de secteur chaud
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Aouizerats, Benjamin. "Impacts radiatifs des aérosols sur la dynamique en couche limite urbaine : application à la campagne CAPITOUL." Toulouse 3, 2010. http://thesesups.ups-tlse.fr/1591/.
Анотація:
La modélisation de l'aérosol se pose actuellement comme un point de passage obligé pour la compréhension du système atmosphérique. Son rôle multiple le place au centre de préoccupations environnementales comme météorologiques. Aujourd'hui, de nombreuses études attestent que de par ses propriétés physico-chimiques, l'aérosol a un impact direct complexe sur le bilan radiatif du fait de ses propriétés diffusantes et absorbantes. Il a été également montré qu'il avait un fort impact indirect lorsqu'on considère sa capacité d'activation en gouttelettes nuageuses. Enfin et selon différents rapports de l'Organisation Mondiale de la Santé, l'aérosol fin et ultra fin (particules fines inhalables) pose un vrai problème de santé publique (cancers, asthmes,. . . ). Cette étude s'inscrit dans ce contexte et a pour principal objectif d'étudier les impacts radiatifs de l'aérosol urbain sur la couche limite. L'un des objectifs est d'étudier et d'évaluer les rétroactions des aérosols sur la dynamique de la couche limite urbaine au travers des interactions entre les particules atmosphériques et le rayonnement. La campagne de mesure CAPITOUL qui eut lieu entre 2004 et 2005 à Toulouse a servi de cadre à cette étude. Un cadastre d'émissions des aérosols et des gaz a tout d'abord été établi. Puis, une modélisation de l'aérosol urbain, principalement émis par des sources anthropiques (trafic routier et industries), a permis l'étude de l'évolution granulométrique et chimique, ainsi que l'analyse de la distribution spatiale des particules, fortement dépendante de la résolution adoptée. Ensuite, un module permettant de prendre en compte les caractéristiques des aérosols (taille, composition, concentration) calculées en chaque point et à chaque pas de temps lors du calcul des flux radiatifs a été développé. Ce module a permis de calculer les flux radiatifs influencés par la nature absorbante ou diffusante des aérosols. Les impacts sur ces flux et sur la température de la couche limite dans le cas réel de la campagne CAPITOUL sont présentés et comparés aux impacts dus à la surface urbaine seuleNowaday, aerosol modelling is an absolute interest for the understanding of the complex atmospheric system. The role of aerosol particles is considered crucial for air quality, meteorological and climatical purpose. Several studies show that the aerosol physical and chemical behaviours affect the atmospheric radiative budget by scaterring and aborbing the radiative fluxes. Moreover, it has also been shown that the physical and chemical description of the aerosol is necessary to give shape to water droplets. Finally, several reports from the World Health Organisation show that the fine aerosol particles can cause major diseases as cancer or pulmonary diseases, and should be now considered as a public health matter. This study takes place in this context, and aims at estimating the radiative feedbacks of urban aerosol on the boundary layer. The CAPITOUL field experiment, which took place in the city of Toulouse during one year from march 2004 to february 2005, is the framework of a modelling study during a 2-day IOP. First, an emission inventory has been set up to reproduce the gaz and particles emissions. Then, a simulation exercise aims at reproduce the aerosol evolution at the fine scale of 500 m, and the very specific spatial distribution at different resolutions. In order to estimate the impact of aerosol particles on radiation, a radiative module has been developped to compute online the aerosol optical properties depending on the complex aerosol physical and chemical parameters. The radiative fluxes are then impacted by the aerosol scaterring and aborbing behaviour, leading to change in the urban dynamics. Those feedbacks on radiative fluxes lead to a change of the boundary layer's temperature. The impacts are also compared to the urban surface impacts
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Spiga, Aymeric. "Dynamique méso-échelle de l'atmosphère martienne : développement d'un modèle météorologique et analyse des observations OMEGA / Mars Express." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00347021.
Анотація:
Dans cette thèse, nous analysons les phénomènes météorologiques régionaux révélés par les récentes missions martiennes. L'approche est numérique et observationnelle : nous avons construit un modèle météorologique méso-échelle complet pour la planète Mars, dont les applications potentielles sont nombreuses, et réalisé une cartographie à haute résolution de la pression de surface en nous appuyant sur les données du spectro-imageur OMEGA à bord du satellite Mars Express. Nous nous concentrons notamment sur les intenses circulations atmosphériques au voisinage des volcans, canyons et cratères martiens. Nous analysons également l'activité météorologique régionale des plaines martiennes, bien plus marquée que ne l'indique l'analyse synoptique. Les mouvements convectifs dans la couche limite martienne sont étudiés. Mars apparaît comme un environnement propice à d'intenses phénomènes météorologiques régionaux.
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Vignon, Etienne. "La couche limite extrême du Plateau Antarctique et sa représentation dans les modèles de climat." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAU023/document.
Анотація:
L’observation des couches limites atmosphériques au dessus du plateau antarctique a mis en évidence les plus fortes inversions de température proches de la surface de la planète. Bien paramétriser ces couches limites extrêmes dans un modèle de circulation générale est essentiel pour represéntercorrectement l’inversion climatologique de température au dessus du plateau, mais également pour reproduire des vents catabatiques réalistes en aval du plateau et de surcroit, une circulation atmosphérique correcte dans l’hémisphère sud. Les conclusions des précédentes "Gewex AtmosphericBoundary Layer Studies" (GABLS) ont conduit au constat que la paramétrisation des couches limites stables dans les modèles climatiques est une des priorités pour la communauté des modélisateurs.Ceci est dû au fait que la nature même des processus physiques en jeu est mal connue mais aussi parce que les lois de similitudes, sur lesquelles les paramétrisations du mélange turbulent sont fondées, ne sont pas applicables en condition très stable. L’objectif de ces travaux de thèse est d’évaluer et d’améliorer la représentation des couches limites sur le plateau antarctique dans le modèle français de circulation générale Laboratoire de MétéorologieDynamique-Zoom (LMDZ), composante atmosphérique du modèle de climat IPSL. Avant l’évaluation même du modèle, une étude approfondie de la couche limite de surface et de la structure de la couche limite stable a été conduite à partir de l’analyse de mesures in situ au Dôme C. Il en a résulté une caractérisation de la hauteur de rugosité aérodynamique, une estimation des flux turbulents de surface sur une année entière ainsi que la mise en évidence de sursaturations de la vapeur d’eau par rapport à la glace. L’analyse des mesures de température et de vent le long d’une tour de 45 m a aussi montré que la couche limite se comporte tel un système dynamique à deux régimes distincts. La relation entrevitesse du vent et inversion de température décrit un "S renversé", suggérant une transition de régime suivant un hystérésis. Une étude complémentaire a révélé que ce comportement dynamique à deux régimes est une caractéristique générale et robuste des couches limites stables, qui peuvent transiter,selon l’intensité des forçages, d’un régime ’turbulent’ peu stable à un régime ’radiatif’ très stable et vice et versa.Le modèle LMDZ a ensuite été évalué en configuration 1D sur un cycle diurne d’été dans le cadre de la quatrième expérience GABLS. Des tests de sensibilité aux paramètres de surface et à la paramétrisation du mélange turbulent ont été réalisés. Ils ont conduit à de nettes améliorations des performancesdu modèle ainsi qu’à la mise en place d’une configuration adaptée aux conditions antarctiques. Des simulations complémentaires en 3D ont par la suite soulevé l’importance du transfert radiatif infrarouge et de la paramétrisation des flux turbulents de surface pour la modélisation de la couchelimite sur le plateau pendant la nuit polaire. Enfin, les travaux de thèse ont été étendus à la modélisation des couches limites stables continentales. Les paramétrisations locales de turbulence ont en effet tendance à sous-estimer le mélange sous-maille continental, en raison de la multitude des processusde mélange en jeu. Un réflexion a donc été portée sur la façon de palier ce manque de mélange, avec comme idée directrice de transférer la perte d’énergie cinétique grande échelle perdue lors du freinage de l’écoulement par les ondes de gravité, vers de l’énergie cinétique turbulenteObservation of the Atmospheric Boundary Layers (ABL) above the Antarctic Plateau has revealed the strongest near-surface temperature stratifications on the Earth. A correct parametrization of the very stratified Antarctic ABLs in General Circulation Models (GCM) is critical since they exert a strongcontrol on the continental scale temperature inversion, on the coastal katabatic winds and subsequently on the Southern Hemisphere circulation. The previous Gewex Atmospheric Boundary Layer Studies (GABLS) highlighted that the parametrization of the very stratified, or very stable, ABLs isone of the most critical challenge in the atmospheric modelers community. Indeed, the nature of the mixing processes are not completely understood and the commonly used similarity laws, on which the model’s parametrization are usually based, are no longer valid. The aim of this PhD work is to evaluate and improve the modelling of the ABL over the Antarctic Plateau by the Laboratoire de Météorologie Dynamique-Zoom (LMDZ) GCM, the atmospheric component of the IPSL Earth System Model in preparation for the sixth Coupled Models Intercomparison Project. Before the model evaluation itself, an in-depth study of the dynamics of the atmospheric surface layer and of the stable ABL over the Antarctic Plateau was carried out from in situ measurements at Dome C. The analysis enabled the first estimations of the roughness length and of the surface fluxes during the polar night at this location as well as the characterization of very frequent occurences of near-surface moisture supersaturations with respect to ice. Investigation of meteorological measure-ments along a 45 m tower also revealed two distinct dynamical regimes of the stable ABL at this location. In particular, the relation between the near surface inversion amplitude and the wind speed takes a typical ’reversed S-shape’, suggesting a system obeing with an hysteresis. A further analysisshowed that this is a clear illustration of a general and robust feature of the stable ABL systems, corresponding to a ‘critical transition’ between a steady turbulent and a steady ‘radiative’ regime. LMDZ was then run on 1D simulations during a typical clear-sky summertime diurnal cycle in the framework of the fourth GABLS case. Sensitivity tests to surface parameters, vertical grid and turbulent mixing parametrizations were performed leading to significant improvements of the model and to a new configuration better adapted for Antarctic conditions. 3D simulations were then carried outwith the ’zooming capability’ of the horizontal grid and with nudging. These simulations enabled a further evaluation of the model over a full year and extending the analysis beyond Dome C. In particular, this study raised the importance of the radiative scheme and of the surface layer scheme forthe modelling of the ABL during the polar night over the Plateau. Finally, the PhD work extented toward the modelling of the stable ABL over the other continents, assessing how the frequently underestimated subgrid mixing of momentum and heat can be compensated by a transfer of large scalekinetic energy toward turbulent kinetic energy when the flow is slowed down by orographic gravity wave drag
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Tomas, Séverine. "Modélisation et étude expérimentale de la turbulence au sein des couches limites atmosphèriques." Toulouse 3, 2007. http://www.theses.fr/2007TOU30024.
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Chevalier, Amandine. "Développement du service d'observation PAES : pollution atmosphérique à l'échelle synoptique, bilan de l'ozone dans la troposphère libre." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00193744.
Анотація:
La thèse s'est inscrite dans le développement du service d'observation PAES (Pollution Atmosphérique à l'Échelle Synoptique), réseau de stations d'altitude, dédié à la mesure à long terme de l'ozone et de ses principaux précurseurs gazeux. La représentativité spatiale et temporelle a été évaluée grâce à l'analyse des données de surface comparées à des mesures aéroportées (MOZAIC) et satellitaires (MOPITT) ; les stations d'altitude s'avèrent capables de suivre les changements globaux de la composition de l'atmosphère et, dans une certaine mesure, sont représentatives de la variabilité de la troposphère libre malgré l'influence de la surface. Un bilan de la qualité de l'air en Europe de l'Ouest, depuis les années 1990 a été dressé à partir des données d'ozone et de CO de PAES et de différents réseaux français et européens. Enfin, l'analyse couplée des données d'observation obtenues pendant la campagne de terrain PIC 2005 (13 juin - 7 juillet 2005 autour du Pic du Midi) et de simulations (Méso-NH) a permis notamment de comprendre le cycle diurne inversé de l'ozone observé dans des climatologies issues de certaines stations d'altitude. Le rôle du transport à l'échelle synoptique et des échanges entre couche limite et troposphère libre sur la mesure en altitude a été montrée dans l'étude détaillée de l'épisode de pollution du 23 juin 2005.
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Bari, Driss. "Etude du brouillard en zone côtière par modélisation des processus physiques de la couche limite atmosphérique : cas du Grand Casablanca (Maroc)." Thesis, Toulouse 3, 2015. http://www.theses.fr/2015TOU30316/document.
Анотація:
Le brouillard est un phénomène météorologique très difficile à prévoir, même à très courte échéance, en raison de sa grande variabilité spatiale et temporelle qui est due à des interactions complexes entre divers processus physiques. Dans cette thèse, les caractéristiques météorologiques locales et les processus synoptiques favorables aux brouillards sur la région du Grand Casablanca (Maroc) sont examinés à l'aide des observations horaires aux deux stations météorologiques permanentes de cette région côtière. Un algorithme de classification objectif est développé et utilisé pour classer les événements en des types de brouillard les plus rencontrés. Cette étude climatologique a mis en évidence que le brouillard a le plus souvent un caractère localisé et que le type d'advection-rayonnement est le plus fréquent sur la région, suivi des types d'affaissement de stratus et de rayonnement. Quand le brouillard intéresse simultanément les deux stations, la probabilité d'observer deux types différents est assez élevée. Les processus advectifs liés à la circulation de brise de mer au cours de l'après-midi, suivis de ceux radiatifs en début de nuit jouent un rôle important dans la formation du brouillard sur la région. Des simulations numériques à l'aide du modèle Méso-NH sont réalisées. Ces simulations ont confirmé que les processus physiques impliqués dans le cycle de vie du brouillard peuvent être différents selon la nature géographique de la surface. Elles ont aussi mis en évidence que la prévision numérique du brouillard en zone côtière est sensible à la température de la surface de la mer, à la topographie locale, et à l'occupation du sol. De plus, la prévision du brouillard côtier dépend fortement de la capacité du modèle à reproduire correctement la circulation de brise au cours de l'après-midi et les processus radiatifs en début de nuit. Les simulations systématiques des cas de brouillard de l'hiver 2013-2014 a montré la capacité du modèle Méso- NH à reproduire l'occurrence du brouillard avec néanmoins un taux relativement élevé de fausses alarmes, en particulier à la station côtièreThe prediction of fog remains a challenge due to its time and space variability and to the complex interaction between the numerous physical processes influencing its life cycle. During the first stage of this thesis, the local meteorological and synoptic characteristics of fog occurrence over the Grand Casablanca region (Morocco) are investigated. To achieve this, hourly surface meteorological observations, at two synoptic stations of this coastal region, are used. An objective fog-type classification has been developed in this work and used to discriminate the fog events into the well known types. This fog climatology points out that the fog is often localized and that it is predominantly of advection-radiation type, followed by fog resulting from cloud base lowering and radiation fog. Besides, two different fog types can occur when fog simultaneously concerns the two stations. The advective processes associated with sea breeze circulation during the daylight, followed by the radiative processes often leads to fog formation over this coastal region. Numerical simulations are performed later using the meso-scale non-hydrostatic model Meso-NH. These simulations confirm that the physical processes, governing the life cycle of fog, can be different according to the physiographic features of the area. Moreover, the numerical prediction of coastal fog over heterogeneous area is very sensitive to sea surface temperature, land local topography and land cover. It also depends on the model's ability to reproduce the sea breeze circulation during the daylight followed by the radiative processes early in the night. The systematic numerical simulations of the fog events that occurred during the winter 2013-2014 indicate the Meso-NH's ability to well capture the fog occurrence with a relatively high false alarm rate, particularly over the coastal station
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Sadek, Radi. "Modélisation de l'écoulement atmosphérique à l'échelle hectométrique." Thesis, Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2013. http://www.theses.fr/2013ECDL0011/document.
Анотація:
De nombreuses applications pratiques ou industrielles, telles que l’étude de la dispersion atmosphérique de polluants, la qualité de l’air, la micro-météorologie en terrain complexe et l’évaluation du potentiel éolien, nécessitent la prédiction précise de l’écoulement atmosphérique à une échelle dite locale (environ 10 km horizontalement). Le travail de recherche dans le cadre de cette thèse s’inscrit donc dans la proposition d’une chaine de méthodologies et de modélisations permettant de simuler l’écoulement atmosphérique à cette échelle, avec une résolution spatiale horizontale hectométrique. Tout d’abord, nous nous sommes intéressés à la modélisation de la turbulence dans la couche limite atmosphérique (CLA). Pour cela, nous avons choisi le modèle RANS k− ε (déjà largement utilisé dans la littérature), ainsi que le modèle RANS Ri j − ε afin de simuler l’anisotropie de la turbulence. Nous avons ainsi pu vérifier la nécessité d’utiliser les constantes de Duynkerke (1988) pour l’atteinte des niveaux de turbulence atmosphérique avec le modèle k− ε. Dans cette optique, nous avons également développé un nouveau jeu de constantes atmosphériques pour le modèle Ri j − ε. Finalement, nous avons proposé un modèle théorique capable de reproduire les caractéristiques turbulentes de l’écoulement pour n’importe quel temps d’intégration, permettant ainsi de trouver une continuité entre les constantes « standards » et les constantes « atmosphériques » des modèles de turbulence. D’autre part, nous avons développé l’approche de modélisation « CFD 1D-3D », qui consiste en l’utilisation d’un modèle CFD 1D afin de fournir les profils verticaux nécessaires pour forcer le code CFD 3D en données météorologiques (utilisé en topographie complexe). Le modèle 1D a été développé au cours de cette thèse avec les modèles de turbulence k− ε et Ri j− ε. Il a été validé grâce à une comparaison avec des résultats empiriques et théoriques issus de la littérature. Cette comparaison a montré des résultats très encourageants de ce modèle dans la simulation de la CLA en sol plat. De plus, la méthodologie « CFD 1D-3D » a été évaluée grâce à une comparaison avec des mesures en soufflerie en présence d’un relief complexe : les résultats sont globalement très satisfaisants. Ces comparaisons ont permis enfin de valider le nouveau jeu de constantes pour le modèle Ri j− ε. Finalement, nous nous sommes intéressés à l’utilisation de calculs CFD partiellement convergés comme moyen de réduction du temps CPU des codes CFD, dans des contextes d’utilisation opérationnelle. Dans cette optique, nous avons montré que l’on arrive à une solution dont l’erreur est faible par rapport à la solution convergée (< 10% d’erreur), avec un temps CPU de l’ordre de 5%−10% du temps nécessaire pour atteindre la convergence. C’est un résultat très intéressant car il permet de réduire considérablement le temps de calcul, tout en gardant une erreur faible devant l’incertitude générale de l’approche CFDMany practical and industrial applications, such as the study of atmospheric dispersion of pollutants, air quality,micro-meteorology in complex terrain and wind assessment, require accurate prediction of the atmospheric flow at a so-called local scale (approximately 10 km horizontally). Therefore, the main objective in this thesis is to propose a chain of methodologies capable of simulating the atmospheric flow at this scale, with a horizontal hectometric spatial resolution. First of all, we were interested in modeling of turbulence in the atmospheric boundary layer (ABL). In addition to the largely used RANS k−ε model, we considered the use of the RANS Ri j− ε model as a way of simulating turbulence anisotropy.We were able to verify the necessity of using the Duynkerke (1988) constants in order to achieve atmospheric levels of turbulence with the k− ε model. In a similar way, we also developed a new set of atmospheric constants for the Ri j− ε model. Finally, we proposed a theoretical model capable of reproducing the main characteristics of a turbulent flow for any given sampling duration, thus allowing a more continuous approach between « standard » and « atmospheric » constants for turbulence models. Also, in this thesis, we developed the « CFD 1D-3D » modeling approach. It is based on the use of a 1D CFD model as a way of providing vertical profiles of meteorological data for boundary conditions of a 3D CFD code, used in complex terrain. This 1D model was developed as a part of the thesis, along with k− ε and Ri j − ε turbulence models. It was validated by being compared with empirical and theoretical results. The comparisons showed very encouraging results concerning the ability of this model in simulating ABL in the presence of a flat terrain. In addition, the « CFD 1D- 3D » methodology was assessed by comparison with wind tunnel measurements in the presence of complex terrain, which showed very satisfactory resultst. These comparisons also validated the newly developed set of constants for the Ri j− ε model. Finally, we studied the use of partially converged CFD as a way of reducing the CPU time of CFD simulations for operational purposes. We therefore demonstrated that we can achieve a low error solution (< 10% error compared with the converged solution), with a CPU time of about 5%−10% of the time required to achieve convergence. This result was very interesting because the methodology significantly reduces the computational time while maintaining a low error as compared to the overall uncertainty of the CFD approach
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Angot, Hélène. "Cycle atmosphérique du mercure dans des zones reculées de l’Hémisphère Sud : cas de la couche limite marine subantarctique et du continent Antarctique." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAU014/document.
Анотація:
Le mercure (Hg) est un métal émis dans l’atmosphère par des sources naturelles et anthropiques. Il est préoccupant à l’échelle mondiale de par sa propagation atmosphérique sur de longues distances, loin des sources d’émissions, sa persistance dans l’environnement, son potentiel de bioaccumulation dans les chaînes alimentaires aquatiques et ses effets néfastes sur la santé humaine. Les modèles atmosphériques, utilisés pour retracer son cheminement depuis les sources d’émissions jusqu’aux dépôts au sein des écosystèmes, sont entachés de fortes incertitudes en raison notamment de notre compréhension partielle des processus atmosphériques (réactions d’oxydo-réduction, dépôts, réémissions) et du manque de données d’observations à l’échelle planétaire. L’objectif de ces travaux de thèse est d’améliorer notre compréhension du cycle atmosphérique du Hg en trois sites reculés de l’Hémisphère Sud : l’île d’Amsterdam (AMS) en plein océan Indien, Concordia (DC) sur la calotte glaciaire antarctique et Dumont d’Urville (DDU) sur la côte Est du continent. Les données acquises à AMS démontrent une réactivité atmosphérique limitée du Hg dans cette région du globe. L’île étant faiblement et rarement influencée par des masses d’air continentales polluées, il s’agit d’un site clé pour la surveillance, sur le long terme, du bruit de fond atmosphérique aux moyennes latitudes de l’Hémisphère Sud. Les données acquises en Antarctique démontrent l’existence de processus inédits en termes de réactivité dans l’atmosphère et à l’interface air-neige. Les processus observés sur la calotte glaciaire influent par ailleurs sur le cycle du Hg à l’échelle continentale du fait des forts vents catabatiques. Ces avancées scientifiques permettront, à terme, de contraindre et d’améliorer les modèles atmosphériques globauxMercury (Hg) is a metal emitted by both natural and anthropogenic sources. It is of global concern owing to its long-range atmospheric transport, its persistence in the environment, its ability to bioaccumulate in ecosystems, and its negative effects on human health. Large uncertainties associated with atmospheric models – that trace the link from emissions to deposition of Hg onto environmental surfaces – arise as a result of our incomplete understanding of atmospheric processes (oxidation pathways, deposition, and re-emission) and of the scarcity of monitoring data at a global scale. The aim of this PhD work is to improve our understanding of the atmospheric Hg cycling at three remote sites of the Southern Hemisphere: Amsterdam Island (AMS) in the Indian Ocean, Concordia (DC) on the East Antarctic ice sheet, and Dumont d’Urville (DDU) on the East Antarctic coast. Data acquired at AMS suggest a limited atmospheric reactivity of Hg in this part of the globe. The advection of polluted continental air masses being scarce, AMS is a key site for the long-term monitoring of the atmospheric background in the Southern Hemisphere mid-latitudes. Data acquired in Antarctica highlight the occurrence of unprecedented processes in the atmosphere and at the air-snow interface. Due to katabatic winds flowing out from the East Antarctic ice sheet down the steep vertical drops along the coast, processes observed at DC influence the cycle of atmospheric Hg on a continental scale. These scientific breakthroughs will ultimately lead to improved global transport and deposition models