Projet ANR-12-JS06-0007 – BLLAST_A : Analyse de la transition de fin d’après-midi de la couche limite atmosphérique : structure verticale complexe
Programme : JCJC - SIMI 6 - Système Terre, environnement, risques (JCJC SIMI 6)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Madame Marie LOTHON (Laboratoire d'Aérologie UMR5560)
Partenaires : Laboratoire d'Aérologie
Montant : 157997.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 36 mois
Résumé : BLLAST_A, Analyse de la transition de fin d'après-midi de la couche limite atmosphérique: structure verticale complexeEn tant qu'interface entre la surface terrestre et l'atmosphère, la couche limite atmosphérique (CLA) est une composante cruciale du système terrestre. C'est dans cette couche de l'atmosphère que se produisent les échanges de chaleur, de quantité de mouvement, d'humidité et d'espèces en trace entre la surface et l'atmosphère libre. Le projet BLLAST_A s'intéresse à la période transitoire de fin d'après-midi de la CLA.
Comprendre et représenter la dynamique de la transition de fin d'après-midiLa transition en fin d'après midi depuis la couche limite mélangée convective vers une couche résiduelle surmontant la couche de surface stratifiée stable est encore mal comprise. Il n'y a pas de consensus sur les critères qui la définissent et les lois réduites usuellement utilisées ne sont plus valables. Pourtant, cette transition précédant la mise en place de la couche limite nocturne joue un rôle important sur le transport et la diffusion des composés en trace, l'établissement de jet nocturne, etc... Un groupe international de chercheurs a décidé de travailler sur ces questions, dans le but d'améliorer notre compréhension de ces processus turbulents de la fin d'après-midi et de mieux les représenter dans les modèles météorologiques. Sur une initiative française, BLLAST a émergé en 2009. BLLAST_A a pour but d’exploiter les observations collectées pendant la campagne de mesures qui a eu lieu en été 2011, et d’effectuer des simulations numériques, en se focalisant sur une question primordiale du projet BLLAST : la structure verticale complexe qui se met en place à ce moment du cycle diurne. BLLAST_A s'appuiera sur la synergie entre les observations et la simulation numérique des grands tourbillons pour:(1) comprendre la structure verticale moyenne et turbulente et son évolution(2) évaluer son impact sur les lois de normalisation et la représentation de la couche limite dans les modèles.Les questions suivantes seront adressées:(1) – Comment les profils verticaux de vent, température et humidité évoluent, tandis que le flux en surface décroît ?- Quelle est l'évolution correspondante de l'énergie cinétique turbulente et des échelles qui la caractérisent ?- Quels processus gouvernent ces évolutions ?(2) – Les modèles méso-échelle représentent-ils correctement cette transition et ses impacts ?- Comment les lois de normalisations évoluent-elles ?- Pouvons-nous proposer des lois couvrant le passage de la couche convective mélangée à la couche résiduelle ?
Plan de travail et méthodeL'analyse fondamentale de la turbulence sera basée à la fois sur les observations et sur la simulation numérique.(1) Comprendre la structure verticale pendant la transition de fin d'après-midi:- Analyse de la structure verticale moyenne à partir des observations in situ et de télédétection.- Etude numérique idéalisée et tests de sensibilité de l'évolution de la structure verticale en fonction du cisaillement, de l'entraînement, de l'inversion sommitale, de la subisdence de grande échelle et de l'advection.- Simulation d'un cas réel explicite avec des tests de sensibilité.- Analyse synergétique des simulations et des observations, pour une définition précise des couches de l'atmosphère impliquées, et une meilleure compréhension du lien entre l'évolution de la structure verticale et les processus impliqués.(2) Etude des impacts sur les loins de normalisations et la représentation de la couche limite dans les modèles:- Evaluation du comportement des modèles de prévision français (ARPEGE et AROME) pendant la transition de fin d'après-midi à partir des données de la campagne de mesures.- Evaluation de la capacité des lois de normalisation à représenter les mécanismes impliqués. Recherche de nouvelles lois de normalisation, qui puissent couvrir le passage de la couche mélangée à la couche résiduelle.- Analyse théorique des limites des schémas de paraméterisations. usuelles de couche limite atmosphérique dans les modéles méso-échelles 1D ou 3D, dans le contexte des transitions de fin d'après-midi et du soir.
Résumé de la soumission : En tant qu'interface entre la surface terrestre et l'atmosphère, la couche limite atmosphérique (CLA) est une composante cruciale du système terrestre. C'est dans cette couche de l'atmosphère que se produisent les échanges de chaleur, de quantité de mouvement, d'humidité et d'espèces en trace entre la surface et l'atmosphère libre. Le projet BLLAST_A (Boundary Layer Late Afternoon and Sunset Turbulence : Analysis)  s'intéresse à la période transitoire de fin d'après-midi de la CLA. La transition en fin d'après midi depuis la couche limite mélangée convective vers une couche résiduelle surmontant la couche de surface stratifiée stable est encore mal comprise. Il n'y a pas de consensus sur les critères qui la définissent et les lois réduites usuellement utilisées ne sont plus valables. Pourtant, cette transition précédant la mise en place de la couche limite nocturne joue un rôle important sur divers phénomènes atmosphériques tels que le transport et la diffusion des composés en trace, l'établissement de jet nocturne, l'inversion des brises plaine/montagne ou terre/mer. Un groupe de chercheurs provenant de pays européens et d'Amérique du Nord ont décidé de travailler ensemble sur ces questions, dans le but d'améliorer notre compréhension de ces processus turbulents de la fin d'après-midi et de mieux les représenter dans les modèles météorologiques. Sur une initiative française, BLLAST a émergé il y a 3 ans. BLLAST_A (BLLAST : Analysis) est un volet indispensable du projet, puisqu’il a pour but d’exploiter les observations collectées pendant la campagne de mesures qui a eu lieu en été 2011, et d’effectuer des simulations numériques, en se focalisant sur une question primordiale du projet BLLAST : la structure verticale complexe qui se met en place à ce moment du cycle diurne. Le but de la présente demande est d'apporter un soutien à l’équipe de chercheurs français réunie dans BLLAST_A, afin d’assurer le prolongement de la coordination du projet global, et l’exploitation optimale des observations et des simulations, pour une meilleure compréhension de cette question. BLLAST_A s’appuiera sur la synergie des observations et de la simulation numérique des grands tourbillons (LES), afin de: (1) comprendre la structure verticale des variables atmosphériques moyennes et turbulentes et son évolution, et (2) évaluer l’impact de ces processus sur la normalisation et la représentation de la couche limite atmosphérique pendant la transition. Le travail se réalisera selon les étapes suivantes : (i) analyser la structure verticale à partir des observations, (ii) utiliser des simulations idéalisées pour tester le rôle des différents mécanismes gouvernant la transition, (iii) utiliser une simulation numérique explicite de cas réels choisis, (iv) estimer l’impact de la transition de fin d’après-midi sur les schémas de paramétrisations usuels de la couche limite dans les modèles meso-échelle. Les moyens spécifiquement demandés dans le cadre de cette demande correspondent principalement au recrutement d’un post-doctorant sur deux ans, ---qui travaillera sur la problématique principale du projet, et sera chargé du travail d’exploitation des observations et d’analyse---, à des missions permettant aux participants de diffuser leurs résultats dans des conférences internationales, et aux frais de publications d’articles dans des revues à comité de lecture.
Résultats : A suivre
Perspectives : A suivre
Publications et brevets : A suivre