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OSUG - Terre Univers Environnement

Modélisation de la structure verticale de la turbulence optique en milieu naturel

Travaux de thèse de Joris PIANEZZE soutenue en février 2013

4 novembre 2016 ( maj : 22 décembre 2016 )

Encadrants : S. Anquetin, JM Cohard (HyBIS), Y. Gagne (LEGI)

Le couplage des processus de surface avec la dynamique de l’atmosphère est une source d’incertitude importante notamment lorsqu’il s’agit de développer des modélisations numériques qui rendent compte de l’hétérogénéité surfaces continentales. Quelles que soient les échelles atmosphériques considérées, la dynamique de l’atmosphère sera sensible aux forçages surfaciques des plus petites échelles dont il faudra rendre compte à travers des lois d’échelles et/ou de paramétrisations afin de restituer les variabilités « sous maille ». Dans ce contexte, notre démarche scientifique s’appuie sur la modélisation atmosphérique pour i) caractériser la variabilité des flux de surface turbulents au-dessus des surfaces naturelles et ii) analyser la sensibilité des systèmes précipitants aux variations de surface. Ces études sont menées avec l’équipe HyBIS et ont pour objectif de progresser dans la compréhension des processus de couche limite atmosphérique où les hétérogénéités de surface sont importantes et où l’orographie impose sa signature sur la dynamique des basses couches de l’atmosphère. Ces processus, conditionnés par la var-iabilité des flux turbulents, sont étudiés ici via le paramètre de structure des fluctuations de température (CT²) et de l’indice de réfraction de l’air (Cn²).

Pour cela, un scintillomètre virtuel a été développé (Pianezze, M2R, 2009) et permet ainsi de calculer la donnée scintillométrique instantanée, Cn², à partir des diagnostiques LES fournis par le modèle et de la comparer directement avec les observations.

Nous utilisons les données scintillométriques (Cn²) issues de la campagne VOTALP (1996) menée dans la vallée des Grisons dans le Sud de la Suisse (Fig.1d).

Le modèle MesoNH a été implémenté sur les 5 domaines de simulation (Fig.1) communiquant en interaction “two-way” pour les domains 1, 2 et 3, puis en mode “one-way” pour les domaines 4 et 5.

Figure 1 : 5 domaines de simulation pour représenter la dynamique atmosphérique dans la vallée VOTALP (Fig1d). Les résolutions sont respectivement 16km, 4km, 1km, 340m et 110m

Figure 2 : (gauche) Structure 3D du Cn2 simulé. La ligne blanche indique le trajectoire du scintillomètre. (droite) Comparaison des Cn2 observés et “simulés moyennés le long du scintillomètre.

A partir des champs thermody-namique simulés, on calcul, off-line, les paramétres de structure de fluctuation de la temperature et de l’humidité, ainsi que l’indice de refraction de l’air (Fig.2). Puis, le Cn2 est moyenné avec une func-tion poids le long de la trajectoire du scintillomètre, et compare aux observations (Fig.2).