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Conséquences physiques des mesures du
nombre de Lewis turbulent à partir d’observations
(MétéopoleFlux ; Cabauw) et d’une LES (cas IHOP)
Ateliers de Modélisation de l’Atmosphère
Toulouse, le 2 février 2017
Pascal MARQUET, Rachel HONNERT Météo-France. CNRM-GMAP
William MAUREL Météo-France. CNRM-GMEI
Plan
1
3
2
Modèle numérique : LES-IHOP
Mesures instrumentales : Météopole-Flux / Cabauw
4 Résumé - Perspectives
Turbulence de l’air humide : motivations / Nombre de Lewis ?
Plan
1
3
2
Modèle numérique : LES-IHOP
Mesures instrumentales : Météopole-Flux / Cabauw
4 Résumé - Perspectives
Turbulence de l’air humide : motivations / Nombre de Lewis ?
Taylor (1915) Richardson (1919)
Proc. Roy. Soc. London. Vol 96. pp.9-18
Mélanges turbulents de
l’air humide pour :
• l’eau totale qt
• l’entropie s ( s )
• le vent horizontal (u, v)
1
Turbulence humide : utilisation de s ?
zKw lhl ''
zqKqw twt ''
On pose en
général : wh KK Nombre de Lewis
Let = Kh / Kw = 1
2
Turbulence humide : utilisation de s ?
zKw sss ''donc, Richardson voudrait :
tls q exp )6( Marquet (2011, 1er ordre) :
Et pourtant, l’entropie vaut :
zKw lhl ''
zqKqw twt ''
On pose en
général : wh KK Nombre de Lewis
Let = Kh / Kw = 1
2
Turbulence humide : utilisation de s ?
''''exp'' tslts qwwqw Flux verticaux :
Gradients : z
q
zq
z
ts
lt
s
exp
zKw sss ''
tls q exp )6( Marquet (2011, 1er ordre) :
zKw lhl ''
zqKqw twt ''
On pose en
général : wh KK
Et pourtant, l’entropie vaut :
Nombre de Lewis
Let = Kh / Kw = 1
donc, Richardson voudrait :
2
Turbulence humide : utilisation de s ?
tls q exp )6(
zKw lhl ''
zqKqw twt ''zKw sss '' quelles
différences ?
3
Turbulence humide : utilisation de s ?
tls q exp )6(
On obtient au final : z
qKK
zKw t
lwsl
sl
''
zKw l
hl
''à comparer avec :
semblables ssi : hs KK ws KK Lets = Ks / Kw = 1 ?
“sur/contre ↑ gradient” ?
si Ks ≠ Kw
zKw lhl ''
zqKqw twt ''zKw sss ''
Nombre de Lewis
quelles
différences ?
QUESTION :
3
Plan
1
3
2
Modèle numérique : LES-IHOP
Mesures instrumentales : Météopole-Flux / Cabauw
4 Résumé - Perspectives
Turbulence de l’air humide : motivations / Nombre de Lewis ?
P. Marquet (GMAP) & W. Maurel (GMEI) / DEPHY2 2016
Anémomètre sonique Gill
(u’, v’, w’, T’sonique)
Analyseur rapide Licor-7500
(c’CO2 , q’V)
Météopole-Flux
CNRM/GMEI
4
P. Marquet (GMAP) & W. Maurel (GMEI) / DEPHY2 2016
Lets
2014- 2016
(1) (1)
Météopole-Flux CNRM/GMEI
- On a : < 1 la nuit ; maxi le matin ;
décroissance diurne ?
h (GMT)
5
P. Marquet (GMAP) & W. Maurel (GMEI) / DEPHY2 2016
Lets / janvier 2016
Lets / août 2016
Lets
2014- 2016
(1) (1)
(1)
(1) (1)
(1)
Météopole-Flux CNRM/GMEI
h (GMT)
h (GMT)
- On a : < 1 la nuit ; maxi le matin ;
décroissance diurne ?
5
- disparités mensuelles pour Lets
P. Marquet & F. Bosveld (KNMI) 2013-2016
Cabauw masts / KNMI
(213 m + 2 x 20 m)
6
P. Marquet & F. Bosveld (KNMI) 2013-2016
Cabauw masts / KNM
h (GMT)
Lets
2002 - 2010
(1) (1)
Lets / février
Lets / juillet
(1)
(1)
h (GMT)
- On a : < 1 la nuit ; maxi le matin ;
décroissance diurne ?
- disparités mensuelles pour Lets
7
Comment aller plus loin : calculs du Nombre Lets ?
zKw s
ss
''
z
qKqw t
wt
''
wsts KKLe / tls q exp
z
qLe
zLeKw t
ltsl
tswl
1''
Richardson (1919)
Pr)/( Sc
Marquet (2011)
8
zKw s
ss
''
z
qKqw t
wt
''
wsts KKLe / tls q exp
z
qLe
zLeKw t
ltsl
tswl
1''
Richardson (1919)
si vraiment Lets ≠ 1 en fait il
faut revisiter “CBR” : revenir
à Sommeria (1976) et RS81 …
tsLe
Pr)/( Sc
Comment aller plus loin : calculs du Nombre Lets ?
Marquet (2011)
8
zKw s
ss
''
z
qKqw t
wt
''
wsts KKLe / tls q exp
z
qLe
zLeKw t
ltsl
tswl
1''
Richardson (1919)
si vraiment Lets ≠ 1 en fait il
faut revisiter “CBR” : revenir
à Sommeria (1976) et RS81 …
tsLe
ze
LY s
s
2
Pr)/( Sc
3 constantes ( A A B )
plus 2 variables clefs
( nombres de Redels.) z
q
e
LY t
q
2
Comment aller plus loin : calculs du Nombre Lets ?
Marquet (2011)
8
z
q
e
LY t
q
2
Météopole-Flux: juin 2016
h (GMT)
(1)
(0)
(0)
ze
LY s
s
2
tsLe
Comparaison théorie / observations ?
L R.M.C.-2001
(mais sans “HCLP”…)
e : fourni par
eddy-correl.
9
qY
sY
qY
sY
tsLeMétéopole-Flux : 2014 à 2016
… décevant : calculs de « L » et « e » ?
autre possibilité : étude des LES ? z
X
e
LYX
2
),( qsts YYLe ),( qsts YYLe
Comparaison théorie / observations ?
(moyennes mensuelles) (toutes)
10
Plan
1
3
2
Modèle numérique : LES-IHOP
Mesures instrumentales : Météopole-Flux / Cabauw
4 Résumé - Perspectives
Turbulence de l’air humide : motivations / Nombre de Lewis ?
LES du cas IHOP (ARM-USA-2002) / qv ≠ 0 / ql = qi = 0
Couvreux et al. (2005) / R. Honnert 2016
11
LES du cas IHOP (ARM-USA-2002) / qv ≠ 0 / ql = qi = 0
Couvreux et al. (2005) / R. Honnert 2016
Kh Ks Kw
Calculs de Kh instables : contre-gradients avec …
Calculs de Ks partout possibles : s = OK !
On peut donc calculer : Lets = Ks / Kw (…/…)
11
Marquet / Honnert (2016)
Couvreux et al. (2005) / R. Honnert 2016
Lets Lets
LES du cas IHOP (ARM-USA-2002) / qv ≠ 0 / ql = qi = 0
12
z
q
e
LY t
q
2
tsLe
ze
LY s
s
2
encourageant : calculs
de « L » et « e » plus
robustes ? chercher les
3 constantes ( A A B ) ?
LES du cas IHOP (ARM-USA-2002) / qv ≠ 0 / ql = qi = 0
13
Plan
1
3
2
Modèle numérique : LES-IHOP
Mesures instrumentales : Météopole-Flux / Cabauw
4 Résumé - Perspectives
Turbulence de l’air humide : motivations / Nombre de Lewis ?
Conclusions - Perspectives
Richardson (1919) / Marquet (2011) : turbulence sur s
Travaux DEPHY2 ANR « HIGTUNE » (Fleur Couvreux)
paramétrisation de Lets en fonction de Ys et Yq
14
Conclusions - Perspectives
Richardson (1919) / Marquet (2011) : turbulence sur s
Dans les LES : séparer les flux turbulents des thermiques
(traceurs + balayer les LES de HIGH-TUNE…)
Travaux DEPHY2 ANR « HIGTUNE » (Fleur Couvreux)
paramétrisation de Lets en fonction de Ys et Yq
Pbs mesures de “L” via “HCLP” dans les observations ?
Valider les calculs théoriques de Lets (Ys ,Yq)
14
Merci – Questions ?
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