# 4 — PROCESSUS MACROSCOPIQUES ET PHENOMENES PARTICULIERS

## 4.1 — Caractéristiques, identification et propagation des ondes, localisation des sources

Dans le domaine des perturbations magnétiques de fréquence quasi nulle l'étude des caractéristiques équatoriales des débuts Brusques d'orages magnétiques, d'abord effectuée (J. ROQUET, 1975) à partir des données d'Addis-Abéba et de Bangui (1958 à 1972), a été développée (J. ROQUET, 1976) en utilisant les données des 9 stations de la chaîne méridienne Tamanrasset - Binza.

L'enregistrement au sol des variations géomagnétiques UBF (Pc et Pi) a été poursuivi dans les stations de Chambon-la-Forêt et de Garchy (France), ainsi qu'à Addis-Abéba (Ethiopie), accompagné d'interprétations théoriques relatives au rayonnement de sources de pulsation dans un modèle simple de magnétosphère (M. SIX, 1975). Par ailleurs, on a mis en évidence une dérive du point d'émergence des Pc 1 dans l'ionosphère, en liaison avec la dérive des particules sources (F. GLANGEAUD et LACOUME, 1976 ; F. GLANGEAUD et al., 1978). Enfin, la diffusion horizontale de ces ondes à partir de leur ligne de force de piégeage a été expliquée en terme de propagation guidée dans des conduits horizontaux, en utilisant la méthode "full-wave" (C. ALTMAN et FIJALKOW, 1978).

Toujours dans la gamme UBF, des pulsations ont été observées à bord des satellites GEOS, avec mesure de leur polarisation et parfois comparaison avec les enregistrements au sol (S. PERRAUT et al., 1978 b ; R. GENDRIN et al., 1978).

Dans le domaine TBF des sifflements reçus par différents satellites au-dessus de l'Europe, entre 300 et 2000 km d'altitude, ont été étudiés (M. TIXIER, 1976 ; M. TIXIER et CHARCOSSET, 1978). Leurs caractéristiques peuvent s'expliquer par divers modes de propagation des ondes TBF dans la magnétosphère : modes non guidé et quasi transverse aux basses latitudes ($L < 2$), modes guidé et partiellement guidé aux moyennes latitudes ($1,5 < L < 3$). Par ailleurs, les mesures d'ondes TBF artificielles effectuées par le satellite FR1, groupées et organisées en fonction de différents paramètres géophysiques, ont montré l'étroite relation existante entre la direction de propagation de l'onde et certaines caractéristiques à grande échelle de l'ionosphère telles que ses variations en longitude et heure locale (L. CAIRO et CERISIER, 1976 ; J.C. CERISIER, 1977).

A bord des satellites GEOS, on a mis en évidence différents types d'ondes électromagnétiques TBF (N. CORNILLEAU-WEHRLIN et al., 1978 a) et les relations qu'elles représentent avec les ondes similaires observées simultanément ou non au sol en un point conjugué (N. CORNILLEAU-WEHRLIN et al., 1978 b). On a également étudié la réception d'un émetteur TBF de grande puissance situé aux Etats-Unis (N. CORNILLEAU-WEHRLIN et al., 1978 c).

Toujours à bord de GEOS, et dans le domaine de fréquences supérieures à la gyrofréquence électronique locale, on a identifié les principales émissions naturelles électrostatiques : $(n + 1/2)f_{ce}, f_{pe}, f_q, \dots$ (P.J. CHRISTIANSEN et al., 1978 a, b).

Enfin des observations d'ondes naturelles ont été effectuées à bord du satellite ISEE dans le vent solaire, en relation avec la fréquence de plasma locale, résultats récents qui seront édités en 1979.

## 4.2 — Interactions résonnantes ondes-particules

Un article de synthèse sur les observations et les théories des interactions (linéaire et non linéaire) dans le domaine des ondes TBF a été publié (R. GENDRIN, 1975 a).

Dans le domaine des interactions électromagnétiques (instabilités cyclotroniques), on a poursuivi l'étude du rôle joué par le plasma froid dans l'amplification des ondes. On a montré
que les régions préférentielles d'intéractions entre protons et ondes UBF n'étaient pas toujours localisées sur le bord interne de la plasmapause, mais que dans de nombreux cas, les émissions pouvaient prendre naissance à des valeurs de L élevées (R. GENDRIN, 1975 b ; S. PERRAUT et al., 1976).

Les ondes électrostatiques engendrées au voisinage des multiples demi-entiers de la gyrofréquence électronique ont également été étudiées (M. ASHOUR-ABDALLA, 1975 ; M. ASHOUR-ABDALLA et al., 1975). Pour des fonctions de distribution particulières des électrons chauds, il a été possible de calculer les fréquence et nombre d'ondes des modes les plus instables en fonction des rapports de densité et de température des plasmas "chaud" et "froid" (M. ASHOUR-ABDALLA et KENNEL, 1975, 1976 a et b).

La phase non linéaire des intéractions a été étudiée principalement dans le cas de l'interaction d'une distribution d'électrons avec une onde monochronomatique intense se pageant dans le mode des sifflements. On a appliqué un formalisme mis au point antérieurement et obtenu une théorie analytique complète de la génération des ondes TBF déclenchées (A. ROUX, 1975 ; A. ROUX et PELLAT, 1976, 1978).

### 4.3 – Instabilités ionosphériques et courants alignés

Les instabilités de plasma à deux faisceaux et en champs croisés engendrées dans l'élektrojet équatorial ont été étudiées au Tchad et en Ethiopie (C. HANUISE et CROCHET, 1977 et 1978).

L'étude théorique des irrégularités de la couche E de l'ionosphère équatoriale s'est poursuivie, du point de vue des phénomènes non-linéaires (A. ROGISTER et JAMIN, 1975) et de la convection en milieu faiblement inhomogène en faisant ressortir l'influence prépondérante de la composante de vitesse de groupe des ondes, parallèle au champ magnétique (E. JAMIN et KENNEL, 1976).

Dans la couche E, à la frontière entre la calotte polaire et l'anneau auroral, on a mis en évidence des instabilités associées à des fluctuations de densité de forte intensité (~ 10 %) mesurées in-situ au cours de la campagne IPOCAMP 1 (C. BEGHIN et al., 1976) suscitant leur étude dans le cadre de deux autres campagnes (1976 et 1979).

Dans la couche F de moyenne latitude des instabilités associées à des fluctuations de densité de faible intensité (< 1 %) ont été mises en évidence in-situ au cours des campagnes EIDI (B. HIGEL, 1975).

Dans la magnétosphère enfin, des fluctuations de densité (≥ 150 – 300 m) ont été mises en évidence dans les zones de transition : plasmapause et îlots de plasma détachés (B. HIGEL, 1978 b).

Une étude théorique sur la fonction de distribution des vitesses des électrons dans un courant aligné a montré qu'elle peut s'écarter très significativement de la forme couramment admise d'une maxwellienne déplacée (N. SINGH, 1978).

### 4.4 – Processus déclenchés artificiellement

Dans la basse ionosphère, les ondes acoustiques engendrées par explosions nucléaires ont été étudiées et un modèle précis d'excitation et de propagation de ces ondes a été élaboré (P. BROCHE, 1977).

Dans un autre domaine une expérience d'interaction onde-onde dans l'ionosphère à partir du sondeur à diffusion incohérente de Saint-Santin a montré que les effets non linéaires pouvaient être utilisés à des fins de diagnostic du plasma ionosphérique : densité et vitesse électroniques du plasma froid (J. LAVERGNAT et al., 1977).

Amorcée avec l'expérience ZARNITZA (F. CAMBOU et al., 1975 a), la participation des équipes françaises aux expériences actives d'injection de faisceaux de particules dans la
magnétosphère s'est poursuivie avec l'expérience ARAKS. Deux tirés de fusée ont eu lieu desus les îles Kerguelen. L'un dirigé vers le nord magnétique où l'accent était mis dans les mesures ondes, l'autre dirigé vers l'est magnétique dont l'objectif était plus particulièrement l'étude des particules avec comme principale retombée la détermination exacte du point géomagnétique conjugué, point miroir des particules. Par ailleurs, il s'est avéré que le problème de la dynamique d'un faisceau d'électrons était un problème complexe dont l'incidence sur les retombées géophysiques des telles expériences était fondamentale. Des résultats nouveaux sur l'influence de la neutralisation du canon à électrons ont été obtenus (F. CAMBOU et al., 1978). En ce qui concerne les ondes déclenchées, on a fait une analyse détaillée des processus d'émission cohérente ainsi que des instabilités en dimensions finies (J. LAVERGNAT et al., 1977 ; PELLAT et al., 1976).

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# IV — OBSERVATIONS, INSTRUMENTS ET INDICES —

## J. CHRISTOPHE-GLAUME

### I.A.P.

## I — OBSERVATOIRES MAGNETIQUES —

Excepté le transfert de la station permanente d'enregistrement des variations magnétiques rapides de Chambon-la-Forêt à Garchy (site moins perturbé par les parasites d'origine industrielle), le fonctionnement des divers observatoires magnétiques s'est poursuivi sans modifications.

La liste de ces observatoires, la région où ils sont implantés et l'organisme qui en assure le fonctionnement est donnée ci-dessous :

<table><tr><td>GARCHY</td><td>France</td><td>IPGP</td></tr><tr><td>M'BOUR</td><td>Sénégal</td><td>ORSTOM</td></tr><tr><td>BANGUI</td><td>République Centrafricaine</td><td>ORSTOM</td></tr><tr><td>PAMATAI</td><td>Tahiti</td><td>ORSTOM</td></tr><tr><td>PORT aux FRANCAIS</td><td>Kerguelen</td><td>TAAF</td></tr><tr><td>DUMONT D'URVILLE</td><td>Terre Adélie</td><td>TAAF</td></tr><tr><td>PORT ALFRED</td><td>Crozet</td><td>TAAF</td></tr></table>

liste à laquelle il faut ajouter la station de l'Observatoire d'Addis Abeba travaillant en collaboration avec l'IPGP.

Les trois centres dépendant de l'ORSTOM sont maintenant équipés de magnétomètres vecteur pour les mesures absolues de H et Z (I).

Dans le cadre de l'IMS, une station magnétique de l'UCLA relayée par satellite fonctionne depuis le début de 1978 à Pamataï.

Les observatoires magnétiques austraux de Kerguelen, Terre Adélie et Crozet, placés sous la responsabilité scientifique de l'IPGP, sont équipés d'une manière identique. Ils comportent pour les mesures absolues des théodolites (déclinaison), des Q.H.M. (composante horizontale) et des magnétomètres à protons (intensité du champ total). Les variations magnétiques sont suivies à l'aide de variomètres tri-directionnels Fluxgate et de magnétomètres à protons à précession libre. Les informations "champ magnétique" sont enregistrées numériquement, toutes les minutes, sur bande magnétique 7 ou 9 pistes et minicassette. La visualisation est assurée par deux enregistreurs graphiques 4 voies dont l'un à décalage de zone automatique. Les magnétographes La Cour, installés en 1957 aux observatoires de Dumont d'Urville et de Port-aux-Français, ont été maintenus en fonctionnement. Les variations magnétiques rapides (5 s à 1 000 s) sont détectées à l'aide de capteurs inductifs à noyau perméable à contre réaction de flux et sont enregistrées numériquement, toutes les deux secondes, sur bande magnétique 9 pistes.

Les caractéristiques de la station de Garchy sont les mêmes que celles de Chambon-la-Forêt : enregistrement magnétique analogique des phénomènes de période comprise entre 0,2 et 600 s.
De nouveaux variomètres à asservissement de champ réalisés par le CRG (Mosnier, 1977) sont expérimentés à Brest d'une façon couplée à une station de télémesure de surface.

## Diffusion de données obtenues dans les observatoires austraux

L'exploitation des observations est faite sur une base annuelle, la diffusion régulière concerne :

- les indices d'activité (Service des indices mondiaux : I.P.G.P. ; Service international des indices d'activité magnétisme : De Bilt, Centre mondial ; W.D.C.C.1. Copenhagen) ;

- les microfilms des magnétogrammes (Centre mondial : W.D.C.C.1. Copenhagen) ;

- les fascicules valeurs moyennes horaires (202 correspondants ayant manifesté leur intérêt effectif pour ces publications) ;

- les valeurs moyennes annuelles (Izmiran) ;

- les valeurs moyennes horaires sur bande magnétique (Centres mondiaux : W.D.C.C.1. Edinburg, W.D.C.A. Boulder) ;

- les valeurs "minute" sur bande magnétique (Centre mondial : W.D.C.A. Boulder) ;

- les analyses morphologiques des principaux évènements (Roquetas, Boulder).

## II - OBSERVATIONS IONOSPHERIQUES

### 1 - Observations permanentes par sondages verticaux

Le tableau ci-dessous énumère les observatoires ionosphériques permanentes, placés sous responsabilité française : il indique le nom de la station, le pays où elle est située et l'organisation dont elle dépend ainsi que la cadence des sondages.

Observatoires permanentes :

<table><tr><td>GARCHY</td><td>FRANCE</td><td>C.R.G.</td><td>15 min (5 min les RWD)</td></tr><tr><td>POITIERS</td><td>FRANCE</td><td>LPHA</td><td>60 min (15 min ” )</td></tr><tr><td>LANNION</td><td>FRANCE</td><td>CNET/MIR</td><td>15 min</td></tr><tr><td>DAKAR</td><td>SENEGAL</td><td>CNET/MIR</td><td>15 min</td></tr><tr><td>ARTA</td><td>DJIBOUTI</td><td>CNET/MIR</td><td>15 min</td></tr><tr><td>OUAGADOUGOU</td><td>HAUTE VOLTA</td><td>CNET/MIR</td><td>15 min</td></tr><tr><td>TARAVAO</td><td>TAHITI</td><td>CNET/MIR</td><td>15 min</td></tr><tr><td>PORT AUX FRANCAIS</td><td>KERGUELEN</td><td>TAAF (1)</td><td>15 min (5 min les RDW)</td></tr><tr><td>DUMONT D'URVILLE</td><td>TERRE ADELIE</td><td>TAAF (1)</td><td>5 min</td></tr></table>

Des liaisons-tests HF sont exploitées entre Dakar et Lannion d'une part, Dakar et Arta d'autre part.

Des riomètres fonctionnent aux stations de Port-aux-Français (30,1 25,0 20,5 et 15,5 MHz) et de Dumont d'Urville (75,0 30,1 20,5 et 13,7 MHz).

Des stations de télémesure-télécommande de satellites en bande VHF (TM : 136-138 MHz-TC : 148-150 MHz) permettent à Port-aux-Français et Dumont d'Urville d'exploiter, entre autres, les satellites géophysiques ISIS.

Les observations sont régulièrement transmises aux Centres Mondiaux.

<footnote>(1) Stations gérées par l'équipe Station du L.G.E., 4, avenue de Neptune, 91400 Saint-Maur.</footnote>
## 2 – Sondages à diffusion incohérente

La fréquence des sondages systématiques effectués entre la station émettrice de Saint-Santin et les stations réceptrices de Nançay, Monpazier et Menole est maintenue à 3 jours par mois en fonction du Calendrier Géophysique International. Une ou deux fois par an des campagnes de 10 à 15 jours sont réalisées en liaison avec les radars météoriques en vue d'étudier la variabilité des marées atmosphériques.

Des expériences exceptionnelles sont également faites avec le L.G.E. pour l'étude de phénomènes de couplages non linéaires et d'autres avec le CEPHAG pour l'étude des fluctuations rapides du champ magnétique ou électrique.

## 3 – Radar météorique

L'étude de la dynamique de la basse thermosphère se poursuit au moyen de deux radars météoriques du CNET en France (Garchy et Monpazier) et sous diverses latitudes (Kiruna 1974-1975 et Porto Ricco 1977-1978).

Le radar météorique mobile a été installé à Monpazier en 1975 de manière à sonder la colonne d'atmosphère située au-dessus de Saint-Santin.

Les observations sont faites dans le cadre d'une collaboration internationale (Franco-soviétique, CTOP, CRMWSP) pendant des périodes de 1 semaine à 1 mois choisies selon le Calendrier Géophysique International.

# III – OBSERVATIONS DES EMISSIONS LUMINEUSES

## 1 – Photométrie

Le Groupe Luminescence Atmosphérique de l'IAP poursuit les mesures systématiques des émissions nocturnes dans la gamme de longueur d'ondes 3600 à 7770 Å.

Les observations sont réalisées à l'Observatoire de Haute Provence et dans les trois stations australes de Kerguelen, Terre Adélie et Crozet gérées par les TAAF.

Les conditions météorologiques peu favorables aux mesures photométriques à Crozet ont conduit à leur arrêt à la fin de 1978.

Des mesures de haute résolution spatiale et temporelle de la raie verte ont été effectuées depuis 1972 à Odeillo (42,5°N, 2°E). La surface d'entrée de cet appareil est une lentille de 90 cm de diamètre et de 5,130 m de distance focale. Les observations sont faites dans 8 directions s'appuyant sur un cône de 2° d'angle au sommet, le balayage s'effectue en 9 s. Le champ est de 15'. Ces mesures ont permis d'étudier les fluctuations de courte durée de l'intensité de la raie verte (M. Petitdidier 1978).

La photométrie du ciel crépusculaire entreprise en 1972 à l'Observatoire du Pic du Midi, en vue de détecter la présence de poussières cosmiques dans la haute atmosphère se poursuit durant environ 1 semaine par mois. A ce même observatoire sont également réalisées des observations régulières de la lumière zodiacale.

## 2 – Stations Lidar

Le Service d'Aéronomie à Verrières-le-Buisson a actuellement 3 stations Lidar opérationnelles. L'une est implantée depuis 1972 à l'Observatoire de Haute Provence (lat. 44°N ; long. 6°E). Elle a permis l'observation du sodium, du potassium et plus récemment du Lithium dans la haute atmosphère. Une seconde station a été implantée en 1975 à l'Ile de Heyss-URSS
(lat. 80°5' N ; long. 50°E). Elle est limitée à l'observation du sodium, mais cet alcalin est un traceur des paramètres atmosphériques tels que : température, turbulence, mouvements à petite et grande échelle, et il est utilisé en tant que tel pour fournir des indications sur ces paramètres entre 80 et 100 km. Une troisième station Lidar installée à Verrières-le-Buisson (48°45' N, 2°17' E) qui n'est pas destinée à être utilisée de façon continue, a permis d'étendre l'application du Lidar à la mesure d'autres constituants, notamment l'ozone du sol à 30 km.

## IV - OBSERVATIONS DES ONDES RADIOELECTRIQUES NATURELLES

Dans le domaine des ondes TBF (300 Hz-10 KHz), l'enregistrement sur bande magnétique des sifflements et des émissions naturelles se poursuit régulièrement à raison de 2 mn/heure aux observatoires de Poitiers, Kerguelen et Belgrano (base antarctique dont le fonctionnement est assuré par l'Institut Antarctique Argentin de Buenos-Aires). Le bruit intégré dans 4, puis 6 canaux distincts a, de plus, été enregistré en permanence à Kerguelen.

## V - CAMPAGNES DIVERSES

Dans le cadre du programme international d'étude de la dynamique de la plasmapause et de la plasmasphère (programme IPPDYP) développé pendant l'I.M.S., des campagnes d'enregistrements TBF simultanés ont été réalisées – sous la responsabilité du LPHA – à Kerguelen et à Belgrano. Elles se sont déroulées en juin et juillet durant les années 1975-1978 et comportaient des enregistrements continus ou de 1 mn/5 mn. En 1977 et 1978, ces observations ont été complétées, à Kerguelen, par des enregistrements simultanés sol-satellites ISIS lorsque ceux-ci se trouvaient dans la zone de visibilité couverte par la station de réception de satellites.

### Station mobile

Cette station a déjà été implantée en zone aurorale au cours de deux campagnes :

- une première opération s'est déroulée en Norvège (Skibotn ; coordonnées géographiques : 69°4' N, 20°E) du 13 novembre au 27 décembre 1976 ;

- une deuxième campagne a eu lieu en Islande (Husafell : coordonnées géographiques : 64°4' N, 20°8' O), du 5 juillet au 22 septembre 1977. Cette seconde opération a été effectuée en coordination avec le satellite GEOS-1. En effet, à cette époque, l'orbite de ce satellite était telle que GEOS-1 était grossièrement conjugué de la station de Husafell durant 5 heures par jour autour de 14.00 TL. Des mesures étaient simul-nément effectuées à la station conjuguée sol de l'hémisphère Sud (Syowa Base dans l'Antarctique, coordonnées géographiques : 69°0' S, 39°6' E).

### Eclipse du Soleil du 23 octobre 1976

Cette éclipse a fait l'objet de mesures communes entre l'OHP (mesures photométriques) et le CRPE (sondeur de St Santin).

Une campagne d'observation commune à l'expérience de rétrodiffusion de Valensole-Tromsoe et au sondeur a été organisée en décembre 1976 dans le but d'étudier les ondes de gravité de grande échelle se propageant entre les régions aurorales et les régions de moyennes latitudes.

Plusieurs campagnes de lancer de ballons stratosphériques ont été faites par le groupe de l'IAP tant aux moyennes latitudes que dans la zone de l'anomalie équatoriale (Brésil).
# VI – INSTRUMENTS

## 1 – Magnétisme

La série des capteurs magnétométriques mis au point au CRG a été complétée pour couvrir la gamme de fréquences depuis le continu jusqu'à 200 KHz :

- variomètres optiques ou capacitifs à aimant du continu à 0,1 Hz

- capteurs inductifs à contre réaction de flux de 1 MHz à 200 KHz.

Plusieurs modèles sont utilisés couramment par des sociétés de prospection (sondages magnéto-telluriques ou électromagnétiques). La base d'étalonnage magnétique du CRG a été développée avec l'aide de l'INAG, de façon à assurer des étalonnages précis en amplitude, phase et densité spectrale de bruit.

Le laboratoire de l'ORSTOM à Bondy étudie actuellement un dispositif permettant l'enregistrement numérique des trois composantes du champ magnétique.

La version définitive du dispositif d'enregistrement numérique des variations magnétiques lentes développée par le Service des Observatoires Magnétiques Austraux entre 1971 et 1974, est opérationnelle depuis 1975 dans les stations de Kerguelen, Terre Adélie et Crozet. Depuis 1975 ce même service étudie un appareillage permettant de réaliser commodément les mesures absolues utilisées pour le calcul des valeurs des composantes du champ magnétique terrestre. Le prototype, réalisé en 1978, comporte une sonde à noyau saturé, fixée sur un théodolite amagnétique (résolution ± 1 seconde d'angle) ; un coffret électronique, dont la consommation n'excède pas 6 watts, complète cet appareillage. Les principaux critères pris en compte pour la construction de ce matériel sont : une résolution et une précision meilleures que 5 secondes d'angle pour les mesures angulaires de la déclinaison et de l'inclinaison du champ magnétique, la possibilité de mesurer directement les composantes horizontales et verticales à ± 1 nanotesla et la simplicité d'utilisation du matériel pour les mesures de terrain. Les résultats obtenus avec le prototype testé en 1978 répondent à ces spécifications en ce qui concerne les mesures de la déclinaison et de l'inclinaison.

## 2 – Laboratoire de Géophysique de Kerguelen

Après une période transitoire d'un an (1975) l'ensemble des disciplines géophysiques est regroupé à Port-aux-Français dans un laboratoire unique construit en 1973-74. De nombreux moyens communs facilitent le travail des équipes :

- un faisceau hertzien permet d'exploiter une station automatique située à 18 km de Port-aux-Français et groupant les capteurs les plus sensibles aux nuissances optiques et radioélectriques (photomètres, fluxmètres UBF et TBF). Son énergie provient de deux éoliennes ;

- un ensemble d'enregistrement et de traitement analogique (analyse spectrale) ;

- un minicentre de calcul ;

- une station de télémesure-télécommande de satellites.

Ce laboratoire administré par les T.A.A.F. concerne :

- l'I.P.G. de Paris pour le magnétisme

- le C.R.P.E. pour les fluxmètres UBF

- le L.P.H.A. pour les E.B.F. et T.B.F.

- le L.G.E. pour l'ionosphère

- le Service de Luminescence Atmosphérique de l'I.A.P. pour la photométrie.
### 3 – Station Mobile de l'INAG

Réalisée grâce à l'aide financière de l'INAG, la Station Mobile de réception de signaux naturels est équipée de différents capteurs dont la liste est donnée ci-après.

#### Description des capteurs de la station mobile

<table><thead><tr><th>Expérience</th><th>Equipement</th><th>Bande passante</th><th>Fréquence échantillonnage</th></tr></thead><tbody><tr><td>AURORES</td><td>{*Photomètre DC<br>Photomètre rapide<br>λ = 5577 Å</td><td>0-11 Hz</td><td>1/22 s<sup>-1</sup><br>23 s<sup>-1</sup></td></tr><tr><td></td><td>{Photomètre 8 couleurs<br>λ = 3915 Å à 7400 Å</td><td>0-2 s</td><td>1/1.38 s<sup>-1</sup></td></tr><tr><td>IONOSPHERE</td><td>Riomètre (30.1 MHz)</td><td>0-5 s</td><td>1/9.6 s<sup>-1</sup></td></tr><tr><td>CHAMP MAGNETIQUE</td><td>Fluxgate (3 composantes)</td><td>0-120 s</td><td>1/11 s<sup>-1</sup></td></tr><tr><td>ONDES U.B.F.</td><td>Fluxmètres Pc2-Pc4<br>(2 composantes)<br>*Fluxmètres Pc1<br>(3 composantes)</td><td>0.5-600 s</td><td>1/1.38 s<sup>-1</sup></td></tr><tr><td>ONDES E.B.F.</td><td>*Bruits intégrés (3 canaux centrés à 60, 150, 300 Hz)<br>Forme d'onde</td><td>0-2-10 s</td><td>23 s<sup>-1</sup></td></tr><tr><td>ONDES T.B.F.</td><td>*Bruits intégrés (5 canaux centrés à 0.5, 0.9, 1.8, 3.6 et 7.2 kHz)<br>Forme d'onde</td><td>30-450 Hz</td><td>5.8 s<sup>-1</sup><br>enregistrement analogique (FM)<br>5.8 s<sup>-1</sup><br>enregistrement analogique (FM)</td></tr></tbody></table>

Les capteurs marqués d'une * sont éloignés de la station centrale d'enregistrement afin de ne pas être parasités par les interférences électriques et lumineuses. Ces signaux sont transmis par une télémesure.

Un calculateur gère l'ensemble des expériences et permet de faire l'acquisition des données à des cadences différentes suivant la bande passante des appareils, mais qui restent dans des rapports simples, ce qui rend aisé toute corrélation des signaux entre eux. Un pré-traitement est également effectué à l'aide de ce calculateur, en particulier des transformées de Fourier sont calculées et visualisées sur une table traçante. Pour l'acquisition des données, on dispose de deux enregistreurs numériques fonctionnant en flip-flap et d'un enregistreur analogique 14 pistes.

Cette station a déjà été implantée deux fois en zone aurorale (voir paragraphe V).

### 4 – Caméra télévision

Réalisée par l'équipe OHP-IAP, après une période d'essai à l'OHP cette caméra sera installée à Kerguelen. La caméra de prise de vue est du style télévision, équipée d'un tube
NOCTICON. L'objectif a un champ de 180°. L'image télévision du ciel est envoyée sur un moniteur à côté duquel sont placés des affichages permettant d'identifier l'usage. Le tout est filmé par une caméra type Eclair.

## 5 – Divers

Un spectrographe à haute résolution est en voie d'achèvement à l'Observatoire du Pic du Midi, il devrait permettre d'obtenir le spectre nocturne des raies de Fraunhofer.

## VII – INDICES D'ACTIVITE MAGNETIQUES

Le calcul des indices d'activité magnétiques am, as et an dont la série commence en 1959 et des indices aa dont la série commence en 1868 a été poursuivi régulièrement à l'Institut de Physique du Globe de Paris par P.N. MAYAUD. Les premiers sont diffusés mensuellement (indices provisoires) soit par l'IPGP soit par J.V. LINCOLN dans le J. Geophys. Res. Les seconds sont diffusés mensuellement par le Service International des Indices Géomagnétiques de De Bilt. La publication des valeurs définitives pour les deux types d'indices est effectuée dans les Bulletins Annuels 32 de l'AIGA.

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SCHLICH R., BITTERLY J., OLLIVIER B. et PETIT J.R. (1975) — Observations magnétiques faites à l'Observatoire de Dumont d'Urville (Terre Adélie), 1973. *Ann. de l'I.P.G. de Paris*, p. 1-53.

SCHLICH R., BITTERLY J., GEHANT D. et LASSERRE J.L. (1975) — Observations magnétiques faites à l'Observatoire de Port-aux-Français (Kerguelen), 1974. *Ann. de l'I.P.G. de Paris*, p. 1-53.

SCHLICH R., BITTERLY J., DEININGER R. et DENIER P. (1975) — Observations magnétiques faites à l'Observatoire de Dumont d'Urville (Terre Adélie), 1974. *Ann. de l'I.P.G. de Paris*, p. 1-53.

SCHLICH R., BITTERLY J., CHOMAT C. et DESMAS M. (1976) — Observations magnétiques faites à l'Observatoire de Dumont d'Urville (Terre Adélie), 1969. *Ann. de l'I.P.G. de Paris*, p. 1-53.

SCHLICH R., BITTERLY J., BLOND B. et KRINICKI J.C. (1976) — Observations magnétiques faites à l'Observatoire de Port-Alfred (Crozet), 1974. *Ann. de l'I.P.G. de Paris*, p. 1-53.

SCHLICH R., BITTERLY J., BOULANGER D. et BRUN J.C. (1976) — Observations magnétiques faites à l'Observatoire de Port-aux-Français (Kerguelen), 1970. *Ann. de l'I.P.G. de Paris*, p. 1-53.

SCHLICH R., BITTERLY J., REGNAT F. et VIOT P. (1976) — Observations magnétiques faites à l'Observatoire de Port-Alfred (Crozet), 1975. *Ann. de l'I.P.G. de Paris*, p. 1-53.

SCHLICH R., BITTERLY J., FORGET P. et AUBERT Y. (1976) — Observations magnétiques faites à l'Observatoire de Port-aux-Français (Kerguelen), 1975. *Ann. de l'I.P.G. de Paris*, p. 1-53.

SCHLICH R., BITTERLY J., LEFEVRE P. et LAURENT T. (1976) — Observations magnétiques faites à l'Observatoire de Dumont d'Urville (Terre Adélie), 1975. *Ann. de l'I.P.G. de Paris*, p. 1-53.

SCHLICH R., BITTERLY J., DUQUESNOIS L. et PAJON G. (1977) — Observations magnétiques faites à l'Observatoire de Dumont d'Urville (Terre Adélie), 1976. *Ann. de l'I.P.G. de Paris*, p. 1-53.

SCHLICH R., BITTERLY J., LIMON B. et AUGNACS A. (1977) — Observations magnétiques faites à l'Observatoire de Port-aux-Français (Kerguelen), 1976. *Ann. de l'I.P.G. de Paris*, p. 1-53.

SCHLICH R., BITTERLY J., WOLESJZO J. et VALETTE J. (1977) — Observations magnétiques faites à l'Observatoire de Port-Alfred (Crozet), 1976. *Ann. de l'I.P.G. de Paris*, p. 1-53.

SCHLICH R., BITTERLY J., SORTON G. et LESCHALLIER DE L'ISLE J. (1977) — Observations magnétiques faites à l'Observatoire de Dumont d'Urville (Terre Adélie), 1970. *Ann. de l'I.P.G. de Paris*, p. 1-53.

SCHLICH R., BITTERLY J., BAINIER M. et GOMEZ G. (1978) — Observations magnétiques faites à l'Observatoire de Port-aux-Français (Kerguelen), 1971. *Ann. de l'I.P.G. de Paris*, p. 1-53.

SCHLICH R., BITTERLY J., JEANNE A. et BONNET J. (1978) — Observations magnétiques faites à l'Observatoire de Dumont d'Urville (Terre Adélie), 1977. *Ann. de l'I.P.G. de Paris*, p. 1-53.

SCHLICH R., BITTERLY J., OSANZ J. et HACHETTE O. (1978) — Observations magnétiques faites à l'Observatoire de Port-Alfred (Crozet), 1977. *Ann. de l'I.P.G. de Paris*, p. 1-53.

SCHLICH R., BITTERLY J., MARTIN Y. et VIOT P. (1978) — Observations magnétiques faites à l'Observatoire de Port-aux-Français (Kerguelen), 1977. *Ann. de l'I.P.G. de Paris*, p. 1-53.

TIXIER M. (1976) — Contribution à l'étude de la propagation des ondes radioélectriques de très basse fréquence rayonnées par l'éclair. Thèse d'Etat, Poitiers.

TIXIER M. et CHARCOSSET G. (1978) — Partly ducted whistlers over Europe, *J. Atm. Terr. Phys.*, **40**, 601.

TURCAT C. (1977) — Problèmes liés à l'estimation d'une matrice de densité spectrale. 6ᵉ Colloque sur le Traitement du Signal et ses applications (GRETSI), Nice, p. 70/1 - 70/7.
# SECTION V

## MÉTÉOROLOGIE ET PHYSIQUE
DE L'ATMOSPHÈRE
TABLE DES MATIERES

Pages

I - Modélisation à grande échelle

D. ROUSSEAU (Météorologie Nationale - PARIS) 225

II - Modélisation à petite et à moyenne échelle

M. BENISTON (Laboratoire de Météorologie Dynamique du CNRS - PARIS) 227

III - Rayonnement Atmosphérique

J. LENOBLE (Laboratoire d'optique Atmosphérique - LILLE) 234

IV - Couche limite terrestre et marine

J. SAISSAC (Observatoire du Pic du Midi et de TOULOUSE) 241

V - Météorologie Synoptique

A. BERROIR (Laboratoire de Météorologie Dynamique du CNRS - PARIS) 249

VI - Physique des nuages

R. ROSSET (Laboratoire Associé de Météorologie Physique - CLERMONT-FERRAND) 251

VII - Convection profonde

D. RAMOND (Laboratoire Associé de Météorologie Physique - CLERMONT-FERRAND) 255

VIII - Météorologie Tropicale

P. de FELICE (I.U.T. DAKAR) 260

IX - Physico-chimie de l'Atmosphère

J. MORELLI (Ministère de l'Environnement et du cadre de vie - PARIS) 262

X - Modification du temps

P. ADMIRAT (Laboratoire de glaciologie du CNRS - GRENOBLE) 273
# I – MODELISATION A GRANDE ECHELLE

D. ROUSSEAU

Météorologie Nationale

## INTRODUCTION

La période 1975-1978 a vue un approfondissement des travaux entrepris par les deux organismes s'occupant en France de modélisation à grande échelle : le laboratoire de Météorologie Dynamique et la Direction de la Météorologie. Les aspects abordés par ces deux organismes ont été notamment : l'analyse, les méthodes numériques d'intégrations, les paramétrisations dans les modèles de grande échelle. Nous noterons ici également des travaux plus théoriques sur la représentation des phénomènes turbulents capables d'influencer la modélisations à grande échelle.

## ANALYSE

Dans ce domaine on notera la réalisation effective d'un schéma d'analyse de type "optimal" (c'est-à-dire exploitant les propriétés statistiques des champs météorologiques), par la méthode de cokrigeage (CHAUVET et alii 1975). La multiplication de données non synchrones rend nécessaire l'étude du problème de l'assimilation quadridimensionnelle. Dans ce domaine un travail théorique important a été fait qui explique pourquoi certaines techniques d'assimilation réussissent et qui donne des indications pour l'amélioration de l'efficacité de ces méthodes (TALAGRAND 1977). Signalons également un travail qui intéresse à la fois l'analyse et la simulation faite par représentation spectrale (SINOLECKA 1977).

## MODELES D'EVOLUTION

Plusieurs études ont été faites concernant les problèmes numériques liés à l'intégration des équations d'évolution. L'importance de la conversation de l'enstrophie potentielle dans l'intégration numérique a été mise en évidence et des schémas numériques assurant cette conversation ont été développés (SADOURNY 1975). L'étude de modèles numériques utilisant la représentation spectrale a progressé et les algorithmes ont été testés avec succès sur une solution particulière exacte des équations d'évolution (ROCHAS 1975).

Les modèles de prévision numérique ont pris une importance grandissante dans l'exploitation météorologique. Les prévisions sont faites actuellement jusqu'à 72 heures en utilisant des modèles dont les plus fins ont des mailles de calcul de 180 km de côté et qui comportent une représentation simplifiée des différents processus physiques. Des éléments statistiques sur les performances obtenues ont été publiées et les possibilités d'utilisation de modèles numériques pour des prévisions très fines ont été étudiées (ROUSSEAU 1976).

Les études sur les paramétrisations physiques se sont développées et des algorithmes originaux ont été mis au point pour la représentation du rayonnement dans les modèles (GELEYN 1975, 1977).
TURBULENCE

L'état des recherches dans ce domaine et la complexité du problème ne permettent pas encore de tenir compte correctement du caractère turbulent de l'atmosphère dans la modélisation à grande échelle. Signalons cependant que des études fondamentales ont été entreprises dans ce domaine. Une méthode de mise en forme du problème par des considérations physiques a été proposée (BLANCHET 1975). Des premiers résultats ont d'autre part été obtenus récemment pour la paramétrisation des transferts d'énergie et d'enstrophie à la limite de résolution des modèles, dans le cas d'un fluide bidimensionnel (BASDEVANT et alii 1978).

BASDEVANT C., LESIEUR M. et SADOURNY R. (1978) - Subgrid-Scale Modeling of Enstrophy Transfer in Two Dimensionel Turbulence. *Journal of Atmospheric Sciences*, Vol. 35, p. 1028-1042.

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CHAUVET P., PAILLEUX J. et CHILES J.P. (1975) - Analyse objective des champs météorologiques par cokrigeage. *La Météorologie*, VI Série, n° 4, p. 37-56.

GELEYN J.F. (1975) - Un modèle unidimensionnel et son application à l'étude du cycle diurne. *La Météorologie*, VI Série, n° 2, p. 17-34.

GELEYN J.F. (1977) - Paramétrization of radiative transfer at ECMWF - *Proceeding from ECMWF Seminar 1977*. Bracknell U.K., p. 276-345.

ROCHAS M. et MITTELBERGER J.P. (1975) - Intégration numérique d'un modèle barotrope spectral en équations primitives. *La Météorologie*, VI Série, n° 3, p. 71-82.

ROUSSEAU D. (1976) - "Prévision météorologique par un modèle d'écoulement à maille fine". Lecture notes in physics - Computing methods in applied sciences Springer Verlag, p. 339-346.

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TALAGRAND O. (1977) - "Contribution à l'assimilation quadridimensionnelle d'observations météorologiques". Thèse de Doctorat d'Etat, Université P. et M. Curie, p. 295.
## II – MODELISATION A PETITE ECHELLE ET A MOYENNE ECHELLE

M. BENISTON

Laboratoire de Météorologie Dynamique du CNRS

### INTRODUCTION

La modélisation à petite échelle a connu une importante évolution en France depuis la publication du dernier rapport de l'UGGI en 1974. Des équipes, dans divers centres de recherche, se sont penchées sur le problème de la simulation de la couche limite planétaire (L.M.D, Météorologie Nationale, E.D.F) ; la modélisation de phénomènes tels que l'advection à l'échelle locale (INRA), le régime thermique et hydrique du sol (Institut de Mécanique de Grenoble), le relief (E.D.F et L.P.D.A) ; et le développement de modèles de nuages "chauds" avec une microphysique détaillée (LAMP).

Ce rapport sera donc divisé en quatre parties principales, en commençant par la modélisation à l'échelle locale, suivie de l'effort de recherche dans la simulation de la couche limite planétaire, les modèles à méso-échelle, et finalement les modèles de nuages/convection.

### MODELISATION DE LA COUCHE LIMITE DE SURFACE

Trois équipes ont travaillé sur les problèmes que pose la couche limite de surface (les premiers 50 à 100 m de l'atmosphère).

LE DIMET et ROSSET (1978 a) du LAMP ont développé un schéma lagrangien de diffusion turbulente afin d'étudier la dispersion d'embruns marins dans la Couche Limite de Surface (CLS). L'importance de cette étude réside dans l'influence de cette diffusion sur les flux de chaleurs sensible et latente, ainsi que sur la concentration de noyaux de condensation qui sont injectés dans l'atmosphère. Ce modèle, à la différence d'autres modèles de CLS, est compliqué par le fait que le "polluant" étudié n'est pas passif mais est composé de particules de taille et de masse non négligeables ; les particules, étant hygroscopiques, ont une taille variable en fonction de la température et de l'humidité ambiantes. La concentration du "polluant" est calculée à partir de statistiques sur les trajectoires d'un grand nombre de particules. LE DIMET et ROSSET (1978 b) ont développé l'algorithme qui permet de construire la trajectoire de chaque particule. L'intérêt de cette recherche est de pouvoir adapter ce schéma à un modèle numérique, tel qu'un modèle de convection avec précipitations.

VAUCLIN (1978) a développé un modèle qui décrit l'évolution du régime thermique et hydrique du sol en considérant des équations couplées de transfert de masse, de chaleur, et de quantité de mouvement entre la nappe phréatique et la CLS. Le fait que ce modèle soit

CNRS : Centre National de la Recherche Scientifique

E.D.F. : Electricité de France

INRA : Institut National de Recherches Agronomiques

LAMP : Laboratoire Associé de Météorologie Physique – Université de Clermont-Ferrand

L.M.D : Laboratoire de Météorologie Dynamique, C.N.R.S.

L.P.D.A : Laboratoire de Physique et Dynamique de l'Atmosphère de l'Université Pierre et Marie Curie
basé sur des processus physiques permet d'utiliser ce modèle en prédicteur. Les données climatiques sont indépendantes de la solution recherchée ; les données phénoménologiques dont a besoin le modèle pour son initialisation, peuvent être évaluées indépendamment de la solution. Dans sa publication, VAUCLIN (1978) exploite le modèle pour montrer la sensibilité de la température de surface et du flux de chaleur latente à des variations de l'albedo, de l'émissivité, et de la rugosité du sol en l'absence de végétation. Un modèle analytique d'advection locale a été étudié par ITIER et PERRIER (1978) à l'INRA de Versailles. Ce modèle bidimensionnel est simplifié par des hypothèses restrictives, telles que l'analogie à la diffusion, le régime permanent, et le fait que la chaleur soit traitée comme contaminant passif. Malgré ces restrictions, le modèle permet d'estimer les changements à l'échelle microclimatique en fonction de la distance dans le sens du vent pour différentes conditions à la surface du sol. Ce modèle permet également de relier les différences de flux aux contrastes surfaciques et aux distances rapportées au paramètre de rugosité. Les résultats du modèle INRA ont été confrontés à des données numériques de Taylor et également à des données expérimentales, avec des résultats encourageants. Les applications des études de CLS sont orientées vers l'incorporation de résultats à des modèles numériques de plus grande taille, mais surtout comportent un caractère agrométéorologique.

## MODELISATION DE LA COUCHE LIMITE PLANETAIRE

L'effort français dans le domaine de la modélisation de la Couche Limite Planétaire (CLP) s'est poursuivi à la Météorologie Nationale et au L.M.D.

En 1976, ANDRE et al. (1976 a) ont développé une approximation de la turbulence pour des écoulements non-homogènes. La méthode utilisée ("clipping approximation") est basée sur l'inégalité de SCHWARTZ, qui limite la croissance des triples corrélations par une troncature de ces corrélations lorsque celles-ci n'obéissent pas aux lois des inégalités. En imposant les lois des inégalités de SCHWARTZ, les auteurs prennent en compte l'effet d'atténuation des corrélations du quatrième ordre.

Cette approximation a été utilisée pour construire un modèle numérique de turbulence dans un fluide type Boussinesq. Le modèle est appliqué à une expérience de convection restreinte, et les résultats sont comparés à des données expérimentales obtenues en laboratoire. Le modèle reproduit bien les phénomènes observés, tels que la température moyenne, le flux de chaleur turbulent, l'énergie cinétique, la variance de la température, et certaines corrélations de troisième ordre (ANDRE et al., 1976 b).

Le problème de l'évolution nocturne de la CLP est un sujet qui, jusqu'ici, n'a pas fait l'objet d'études approfondies, mais qui mérite néanmoins une attention particulière. L'équipe de ANDRE et al. (1978) a développé un modèle d'évolution nocturne de la CLP, dérivé du précédent, qui prend en compte la divergence du flux radiatif infrarouge moyen et, de manière simplifiée, les termes d'interaction turbulence/rayonnement. Dans le domaine de la CLP nocturne, les processus turbulents et radiatifs jouent des rôles comparables et aucun ne peut être négligé. Il se trouve que la simulation de la CLP nocturne nécessite une complexité d'équations de turbulence plus élevée que celle des modèles tridimensionnels tels que celui de DEARDORFF ; celui-ci ne prend pas en compte de façon satisfaisante l'atténuation de la turbulence causée par la stabilité de la stratification thermique. ANDRE et al. (1978) insistent sur le fait que la description de l'interaction entre la turbulence et le transfert radiatif est essentielle pour une simulation satisfaisante de la CLP nocturne.

Une des originalités du modèle tri-dimensionnel de SOMMERIA (1976) est le traitement de la turbulence à l'échelle inférieure à la maille. Une série d'hypothèses qui permettent la troncature des équations de moments d'ordre 2, aboutit à une paramétrisation correcte, et efficace sur le plan du temps de calcul. Les conditions aux limites latérales du modèle sont cycliques, et les erreurs de troncature sont minimisées par le fait que le domaine d'in-
tégration évolue en suivant le vent moyen. L'intégration des six principales équations d'évolution se fait pour un pas de temps de 5 secondes. L'évolution des 7 variables indépendantes est calculée à chacun des 64000 points de maille.

Depuis la publication de cet article, une amélioration sensible a été apportée au modèle SOMMERIA par une nouvelle présentation de la condensation à l'échelle inférieure à la maille. Dans la grande majorité des modèles, une maille est supposée être soit entièrement saturée, soit entièrement non-saturée ; cette hypothèse peut être erronée même pour une maille très fine, telle que les 59 m de SOMMERIA, car il se peut qu'une fraction de certaines mailles soit saturée. C'est le cas notamment aux bords des nuages, où l'écoulement turbulent leur donne une forme très irrégulière. SOMMERIA et DEARDORFF (1977) ont proposé un schéma de paramétrisation où le concept d'une distribution statistique des points de la maille où la condensation a lieu est introduit.

La comparaison des résultats de simulation numérique avec des observations sur le terrain est un point délicat souvent laissé de côté par les modélistes. SOMMERIA a confronté son modèle à des données atmosphériques représentatives d'un cas de convection restreinte, en l'occurence l'expérience Porto Rico du NCAR (qui s'est déroulée en 1972). Une simulation numérique à partir des profils verticaux mesurés par avion lors de cette expérience a donné des résultats très satisfaisants (SOMMERIA et LE MONE, 1978).

Afin d'essayer d'aller au-delà de la simple comparaison modèle/atmosphère, les résultats du modèle SOMMERIA ont été étudiés dans le but d'analyser l'effet d'une population de cumulus des alizés sur le champ turbulent de la CLP, et de tester certaines des paramétrisations relatives à l'intéraction nuages/atmosphère à grande échelle (BENISTON, 1978 a). La morphologie des nuages est examinée afin de tester la validité de certaines hypothèses utilisées dans la paramétrisation de la convection ; des tests de paramétrisation de type BETTS et de FRAEDRICH aboutissent à des résultats intéressants. Des relations empiriques ont été formulées pour lier les flux turbulents à des quantités représentant la population de nuages. Ce genre de relations empiriques peut entraîner des simplifications de paramétrisations de la convection, et les estimations raisonnables des transports turbulents ainsi obtenues peuvent suppléer aux données atmosphériques obtenues par les techniques actuelles limitées de measures et d'observations (BENISTON, 1978 b).

L'incorporation de la pluie dans les modèles de convection est une étape importante vers la simulation de la convection profonde. Il s'agit de développer une méthode qui ne détaille pas les processus microphysiques mais qui permette cependant de représenter les caractéristiques du phénomène de précipitation. Trois variables indépendantes ont été choisies pour représenter le cycle de l'eau : l'humidité spécifique et les teneurs spécifiques en gouttelettes de nuages et de pluie. L'incorporation des équations tient compte des intéractions turbulentes à l'échelle inférieure à la maille, entre les trois quantités représentant le cycle de l'eau et les autres variables indépendantes du modèle de SOMMERIA. Pour cela, il est nécessaire de généraliser le système d'équations aux moments de second ordre pour la convection sans précipitation. Ce travail est en voie d'achèvement (REDELSERGER, 1978).

Un autre modèle de CLP est en cours de développement à la Direction des Etudes et Recherches de l'EDF, afin d'étudier la dispersion des effluents gazeux dans l'atmosphère. Ce genre d'études demande un traitement sensiblement plus complexe que les modèles utilisant les coefficients de diffusion K ; ces derniers types de modèles peuvent être justifiés seulement lorsqu'ils se situent loin de la source de la pollution, lorsque le polluant a eu le temps de se diffuser dans toute la couche de mélange, afin que les échelles associées au transfert turbulent soient petites en comparaison de celles associées à la source. Le modèle de SAAB (1978) considère l'évolution des moments de deuxième ordre et utilise une fermeture à ce niveau. Ce modèle servira entre autres à traiter des problèmes de la dispersion atmosphérique de polluants industriels gazeux.
## MODELISATION A MESO-ECHELLE.

La modélisation à méso-échelle est un sujet qui retient l'attention de nombreux chercheurs dans le monde depuis cinq ans environ. La recherche en France dans ce domaine n'est qu'à ses débuts ; il existe cependant trois équipes chargées d'étudier ce genre de modèle pour divers types d'exploitations : BENQUE et DEWAGENAERE à l'EDF ; BLONDIN et PETTRE à la Météorologie Nationale ; et SOMMERIA et BENISTON au L.M.D. Il faut noter qu'à présent le terme "méso-météorologique" est utilisé pour décrire des domaines d'intégration tridimensionnels ayant une maille allant de 1 à 10 Km horizontalement, et de 50 à 500 m d'extension verticale.

Le modèle étudié et développé par l'EDF porte sur la résolution tridimensionnelle des équations de Navier-Stokes qui sont couplées à une équation de température ; le modèle prend en compte le relief et la structure thermique de l'atmosphère ; l'approximation anélastique est utilisée. Les échanges turbulents sont simulés par un modèle de fermeture au second ordre. Le modèle a été appliqué à la Plaine d'Alsace, situation intéressante vue l'importance du relief des Vosges. Les résultats sont comparés aux mesures effectuées en veine hydraulique et sont jugés très satisfaisants (BENQUE et DEWAGANAERE, 1978).

BLONDIN et PETTRE (1978) se sont penchés sur les problèmes de la conception et l'analyse des résultats de modèles à méso-échelle, en comparant le modèle de PIELKE (Université de Virginie, U.S.A.), et celui développé par la Météorologie Nationale. Les deux modèles sont confrontés à des résultats atmosphériques dans la plaine d'Alsace.

Au L.M.D, SOMMERIA et BENISTON ont commencé à développer un modèle à méso-échelle, se situant dans les premiers 2000 à 4000 m de la troposphère, et ayant une maille de l'ordre du kilomètre horizontalement. La première phase du projet consiste en une représentation correcte de la turbulence à l'échelle inférieure à la maille ; par la suite les échanges radiatifs entre le sol solide et l'atmosphère seront abordés ; enfin, il est envisagé que ce nouveau modèle puisse être suffisamment généralisé pour être appliqué à la simulation de la convection profonde.

A la modélisation des phénomènes de moyenne échelle, se rattachent — bien que les méthodes de calcul utilisées diffèrent de celles des études précédentes — les travaux théoriques menés, au LPDA, dans le domaine de l'action du relief sur l'écoulement de l'air. Le Professeur P. QUENEY a, jusqu'à son décès, survenu en février 1978, continué ses recherches sur les perturbations de relief. Tout en travaillant à une synthèse de ses travaux [P. QUENEY, 1977] il a étudié, en collaboration avec D. CRUETTE, des modèles d'ondes de relief de grande extension horizontale, suggérés par les résultats de la thèse de Doctorat d'Etat soutenue en 1973, par celle-ci [D. CRUETTE, 1976]. Il s'agit de modèles linéarisés d'onde de gravité dans une atmosphère constituée de plusieurs couches de stabilité uniforme. Les modèles, dont on a la solution analytique, vont maintenant être exploités de façon plus complète par voie numérique. En effet, l'étude de l'influence du relief sur l'écoulement de l'air, influence dont P. QUENEY avait, dès 1933, pressenti toute l'importance, se trouve au centre des préoccupations actuelles des chercheurs qui préparent l'expérience "Mountex", (sous Programme de GARP), à la définition de laquelle le LPDA a pris une part active.

## MODELES DE NUAGES ET MODELES DE CONVECTION

Outre les catégories de modèles numériques que nous avons passées en revue dans les trois précédentes sections, il est utile de mentionner ici les efforts accomplis dans le domaine de la modélisation de la convection (autre que celle associée avec les modèles de CLP ou à méso-échelle), en particulier la modélisation qui comprend une microphysique de nuages détaillée. Le but de la recherche actuelle semble être orientée vers les problèmes d'ordre industriel, en particulier les problèmes qui interviennent à l'échelle locale lorsqu'il y a rejet
d'énergie et d'humidité en provenance de sources industrielles, telles que des centrales élec-
triques.

Le modèle développé par BRENGUIER (1978) a pour but d'étudier les changements
qui interviennent lorsqu'un panache refrigérant provenant d'une source industrielle se joint
aux mécanismes convectifs naturels. BRENGUIER (1978) considère deux cas de simulation :
le premier simule un panache thermique isolé ; le deuxième simule plusieurs panaches ther-
miques simultanés qui agissent les uns sur les autres. L'intérêt de ce genre de simulation,
outre la simplicite du modèle unidimensionnel, réside dans la possibilité de simuler des phé-
nomènes non stationnaires, tels que la formation de petits cumulus ou les changements ap-
portés aux panaches par les variations à grande échelle du vent moyen. Il permet également
la prévision des perturbations causées en altitude par un rejet d'énergie au niveau du sol ;
cette prévision est particulièrement intéressante pour l'initialisation de modèles d'interaction
panaches/nuages.

L'équipe de PASTRE et ROSSET du LAMP a travaillé sur des modèles de convection
qui comprennent une microphysique détaillée. Le modèle de PASTRE et ROSSET (1978 a)
prend en compte les phénomènes turbulents et les problèmes énergétiques posés par la convec-
tion ; le modèle peut être exploité pour la simulation de divers phénomènes, tels que le dé-
veloppement de nuages isolés, l'interaction entre cellules naturelles et celles provenant de
tours de réfrigération. Le modèle peut aussi être étendu à l'étude des fronts et même, avec
un traitement de la micro-physique amélioré, l'étude de la représentation spectrale de la glace
précipitante.

PASTRE et ROSSET (1978 b) ont d'autre part mis au point un modèle microphysique
complet qui donne l'évolution du spectre de gouttelettes d'un nuage chaud. Le modèle a été
appliqué à un cas d'interaction entre un panache humide émis par la tour de réfrigération d'une
centrale électrique et des nuages stratiformes. Le modèle, qui comprend les processus de con-
densation, de coalescence, de rupture hydrodynamique des plus grosses gouttes, la rupture
due aux collisions, et la formation de précipitations, est suffisamment général pour que di-
verses applications puissent être envisagées, tels que l'étude des cumulus tropicaux, et l'in-
sémination de nuages chauds.

Une étude originale de la convection dans son contexte méso-échelle est proposée par POINTIN au LAMP : la convection profonde à l'échelle de 200 à 400 km est modélisée par un ensemble de tours convectives interagissant à tous les niveaux de l'atmosphère en modifiant la stratification thermique et d'humidité de l'environnement. L'environnement réagit de façon immédiate (40 à 60 s) à la présence, au déplacement et au développement de chaque cellule convective par l'intermédiaire des flux convectifs d'énergie, d'humidité et de quantité de mouvement calculés de façon explicite à partir de la schématisation de la convection profonde par ces tours convectives. L'évolution des cellules est déterminée en fonction des valeurs des paramètres de l'atmosphère environnant en utilisant un modèle unidimensionnel de cumulo-nimbus comportant 3 cylindres concentriques de rayon variable et qui incorpore la thermodynamique de la vapeur d'eau, une microphysique paramétrée et la dynamique.

Au Laboratoire de Physique de l'Atmosphère de Toulouse, l'étude de la simulation de nuages convectifs s'est poursuivie avec l'équipe de SARTHOU. SARTHOU (1977) a construit deux modèles de nuages, l'un monodimensionnel, l'autre bidimensionnel. Le modèle monodimensionnel est utile comme instrument de prédiction dans les expériences de modification du temps. Les paramètres concernant la morphologie des nuages doivent être évalués expérimentalement. Malgré ses avantages, le modèle monodimensionnel est trop simpliste en ce qui concerne une représentation détaillée de la microphysique des nuages, d'où l'intérêt d'une simulation bidimensionnelle de ces phénomènes. Le deuxième modèle de SARTHOU est donc plus complexe et permet de mettre en évidence le rôle important de la coalescence dans le processus de formation des précipitations. SARTHOU indique également l'importance qu'il faut accorder à la discrétisation de la répartition en taille des individus de la population du nuage.
A partir de cette étude, RASOAMANANA et SARTHOU (1977) ont utilisé le modèle bidimensionnel pour étudier la turbulence, à l'aide d'un coefficient de diffusion K variable. Les auteurs proposent également une étude comparative d'un nuage alimenté à la base par un courant ascendant et d'un nuage non-alimenté.

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ANDRE J.C., de MOOR G., LACARRERE P., TERRY G., du VACHAT R. (1978) – The Clipping Approximation on Inhomogeneous Turbulence Simulations. Proceedings of Symposium on turbulent shear Flows. Springer Verlag (à paraître).

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BENQUE J.P. et DEWAGENAERE P. (1978) – Modèles météorologiques à moyenne et petite échelle. Paraîtra dans le *J. Rech. Atmos.*.

BRENGUIER J.L. (1978) – Modèle de convection unidimensionnel Lagrangien ; Application à la simulation d'un panache de réfrigérant atmosphérique. Paraîtra dans *J. Rech. Atmos.*.

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LE DIMET F.X. et ROSSET R. (1978) – Un schéma Lagrangien de diffusion turbulente : Quelques applications. Paraîtra dans *J. Rech. Atmos.*.

PASTRE J.R. et ROSSET R. (1978 a) – Interaction entre un panache humide et un nuage : Etude préliminaire. A paraître dans *J. Rech. Atmos.*.

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PETTRE P. et BLONDIN C. (1978) – Modèles de méso-échelle. Conception, Utilisation. A paraître dans *J. Rech. Atmos.*.

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RASOAMANANA R. et SARTHOU P. (1977) – Un procédé de simulation numérique des cumulus à faible développement. *J. Atmos. Sci.*, 11, 255-267.

REDELSPERGER J.L. (1979) – Thèse le Troisième Cycle, Université de Pierre et Marie Curie.

SAAB (1978) – "Contributions à l'étude du transport turbulent de masse dans l'atmosphère". Thèse d'Etat, Université de Pierre et Marie Curie.

SARTHOU P. (1977) – "Contributions à l'étude des modèles mono et bidimensionnels de nuages convectifs". Thèse d'Etat, Université Paul Sabatier, Toulouse.

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VAUCLIN M. - Modélisation des transferts de masse et de chaleur entre le sol et l'atmosphère. A paraître dans *J. Rech. Atmos*.
# III — RAYONNEMENT ATMOSPHERIQUE

J. LENOBLE

Université des Sciences et Techniques de Lille
Laboratoire d'Optique Atmosphérique - B.P. 36 - 59650 VILLENEUVE D'ASCQ

Pendant la période 1975-1978 les équipes françaises ont développé le réseau de mesures au sol, tandis que se précisait l'importance des échanges radiatifs dans les basses couches et leur interaction avec les échanges turbulents.

Par ailleurs deux grands axes de recherche se sont développés rapidement, concernant d'une part les interactions rayonnement-dynamique-thermodynamique avec une finalité climatologique, d'autre part les problèmes de télédétection incluant l'étude directe des paramètres atmosphériques et la correction des effets atmosphériques en télédétection terrestre.

## MESURES AU SOL ET ECHANGES RADIATIFS DANS LES BASSES COUCHES

### 1 – Flux et bilan radiatif au sol

La Météorologie Nationale [11-60-61] effectue la collecte et l'étude statistique des données horaires de 22 stations de mesure du rayonnement solaire global (surface horizontale) et de 2 stations de mesures des rayonnements solaires direct et diffus. Elle a mis en place 5 nouvelles stations de mesure du rayonnement diffus (surface horizontale) et 2 stations complètes destinées à l'étude des composantes (directe et diffuse) du rayonnement solaire incident sur des surfaces inclinées à fine échelle de temps (6 minutes). Enfin elle a étudié et réalisé un pyrradiomètre et débuté la mise en place d'un réseau de stations de mesure du rayonnement terrestre provenant de l'atmosphère. La mesure des différents éléments du bilan radiatif (rayonnement global, réfléchi, diffus, et durée d'insolation) est en routine depuis plusieurs années à la station de Bioclimatologie de l'Institut National de Recherches Agronomiques (INRA) à Montfavet [53-54]. Ce bilan est mesuré également en permanence à la station de Bioclimatologie de l'INRA à Versailles [55].

### 2 – Turbidité atmosphérique

La turbidité atmosphérique est mesurée par transmission du rayonnement direct en 4 stations de la Météorologie Nationale. Un programme de mesure systématique du trouble atmosphérique (facteurs de LINKE et d'ANSTROM) est en cours également à la station INRA de Montfavet depuis deux ans en relation avec les problèmes de pollution atmosphérique ; des programmes de calcul ont été développés dans le cadre des études d'impact des tours de réfrigération atmosphérique des centrales nucléaires [1-2-3-4]. Des mesures de turbidité sont également effectuées par le Laboratoire d'Optique Atmosphérique de Lille (LOA) et l'Université d'Abidjan en liaison avec les études de climatologie et de télédétection [16].

### 3 – Interface atmosphère-océan

L'étude des interactions entre les transferts turbulents et radiatifs de chaleur dans la basse atmosphère et dans la couche mélangée marine, au niveau des flux moyens d'une part,
et au niveau des structures turbulentes elles-mêmes, a été poursuivie à l'Institut de Mécanique Statistique de la Turbulence de Marseille [19-20-21]. Le LOA a également étudié ce problème des bilans radiatifs à l'interface océan-atmosphère et les conditions d'établissement d'une couche froide superficielle [26].

# INTERACTIONS RAYONNEMENT DYNAMIQUE DANS L'ATMOSPHERE CLIMATOLOGIE

## 1 – Modélisation des nuages et des flux radiatifs

Le LOA a développé des méthodes rapides pour le calcul des flux radiatifs solaires et infrarouges dans les nuages (Double-Delta Eddington, Noyau Exponentiel) [15-32-35-36-56] et les a testées en comparaison avec des méthodes précises (Harmoniques Sphériques) [29-30-45-47-49]. L'absorption gazeuse en présence de diffusion est traitée en utilisant soit la distribution du chemin optique des photons diffusés, soit la distribution de la quantité d'absorbant ; cette distribution est obtenue par une méthode originale utilisant les approximants de Padé [33-34-37].

Ces calculs de flux ont été introduits dans un modèle intégral de la couche limite planétaire développé par le Laboratoire Associé de météorologie Physique de Clermont-Ferrand (LAMP) et le Laboratoire de Physique des Aérosols et de Radioactivité Atmosphérique de Brest [38-39].

## 2 – Paramétrisation des nuages stratiformes et calcul des flux radiatifs dans un GCM

Le programme de calcul des flux solaires développé par le LOA a été introduit comme sub-routine dans le modèle de circulation générale (GCM) du Laboratoire de météorologie Dynamique de Paris (LMD) ; l'introduction des flux infrarouges est en cours. Les études faites sur la modélisation des nuages préparent la paramétrisation de ceux-ci dans le GCM.

D'autre part le LMD et le Laboratoire d'Energétique Solaire d'Odeillo ont proposé une approche statistique du problème de la paramétrisation des flux radiatifs de grande longueur d'onde [69]. En comparant des mesures in situ de la divergence des flux radiatifs infrarouges aux caractéristiques des situations synoptiques, on cherche à mettre en évidence l' influence de la vapeur d'eau et des nuages stratiformes de grande étendue. Les dispositifs expérimentaux ont été mis au point au cours des deux dernières années et une première expérience a eu lieu en septembre 1978 à Biscarosse.

## 3 – Expérience Nephos

Cette campagne, organisée conjointement par le LAMP, le LOA et le LMD, a eu lieu en septembre 1977 sur la Manche [38]. Elle avait pour but de mesurer simultanément et aussi complètement que possible sur une zone bien délimitée, les champs dynamiques et thermodynamiques, la nébulosité et les caractéristiques radiatives des nuages (c'est-à-dire essentiellement la teneur en eau qui commande leur épaisseur optique et leur température de surface) et enfin les flux radiatifs visibles et infrarouges. Les résultats sont en cours de traitement et seront analysés à l'aide du modèle de couche limite.

## 4 – Rôle climatique des aérosols

Cette étude menée conjointement par le LOA et l'Université d'Abidjan utilise les programmes de calculs radiatifs décrits ci-dessus. La partie expérimentale de ce travail consiste en la mesure des albédos de sol et de la divergence des flux radiatifs dans les brumes sèches au-dessus de l'Afrique de l'Ouest, le long d'une ligne Abidjan-Gao et d'une surveillance en continu à partir de stations météorologiques réparties sur le territoire Africain de la turbidité de l'atmosphère et des flux au sol.
# TELEDETECTION DES RAYONNEMENTS ATMOSPHERIQUES

## 1 – Télédétection des paramètres atmosphériques

L'office National d'Etudes et de Recherches Aérospatiales (ONERA) participe à l'expérience LIMS (Limb Infrared Monitor of the Stratosphere) [14-50] embarqué sur Nimbus G et qui a pour but la détermination des profils verticaux de température et de concentration de O₃, H₂O, NO₂ et HNO₃ ; des expériences de validation à bord de ballons stratosphériques par spectrométrie d'absorption sont prévues en synchronisme avec le passage du satellite ; une expérience préliminaire a été effectuée.

L'étude du rayonnement infrarouge des nuages est effectuée par le LMD au cours d'expériences aéroportées utilisant la radiomètre ARIES [23-57-74-75]. La campagne la plus importante a eu lieu en mars-avril 1977 en collaboration avec la NASA. Les résultats obtenus doivent d'une part aider au développement d'algorithmes à introduire dans les études satellitaires de la couverture nuageuse et d'autre part, grâce à la haute résolution thermique et spatiale des mesures, à améliorer notre connaissance du bilan radiatif des nuages.

Au LMD pour tenter de relier l'altitude des phénomènes observés sur une image du satellite Nimbus-5 dans le canal 6-7 µm au contenu en vapeur d'eau, on a effectué des calculs synthétiques des radiances et on a montré que l'altitude du pic de contribution de la fonction poids dépend essentiellement du profil de vapeur d'eau [63]. Ce travail est actuellement poursuivi en utilisant les images du satellite Météosat, pour obtenir une paramétrisation de la radiance en fonction de l'altitude des phénomènes.

Un spectroradiomètre à réseau a été construit au laboratoire d'énergétique solaire d'Odeillo et le spectre d'émission de l'atmosphère a été comparé aux valeurs calculées [65].

Au LOA on a montré que la mesure de la différence des deux composantes polarisées du rayonnement infrarouge émis par la surface de la mer est sensible à la présence d'absorbants sur le trajet atmosphérique [25]. Théoriquement, en choisissant les bandes spectrales on peut ainsi accéder à une mesure du contenu en vapeur d'eau indépendamment de la présence de nuages dans le champ de l'appareil. Un prototype aéroporté utilisant plusieurs canaux entre 8 et 14 µm est actuellement testé.

## 2 – Spectroscopie atmosphérique

Les recherches poursuivies au LMD par l'équipe de Spectroscopie Théorique Atmosphérique ont porté sur les problèmes directs et inverses posés par l'étude des phénomènes de transfert radiatif dans une atmosphère, ainsi que sur le calcul et l'amélioration des données spectroscopiques concernant les molécules actives dans l'infrarouge [17-18-70]. Ces thèmes sont développés en vue du traitement des données des expériences TVOS (Satellite TIROS-N), VOYAGER (mission vers Jupiter et Satume), VENERA-83 (radiométrie submillimétrique ; mission vers Vénus), ARIES (radiométrie différentielle pour l'étude des températures de surface).

A l'ONERA des calculs à haute résolution (10⁻³ cm⁻¹) de la transparence atmosphérique et de la radiance énergétique observable au Limbe terrestre ont été effectués sur les deux canaux spectraux NO₂ et O₃ des radiomètres LIMS. Ces calculs sont basés sur l'emploi de données spectrales établies en laboratoire à l'ONERA pour NO₂, à l'Université de Reims pour O₃. Les calculs effectués doivent servir de base au dépouillement opérationnel du canal NO₂ du radiomètre LIMS.

A l'observatoire de Meudon le groupe d'Infrarouge. Spatiale a développé une méthode de simulation numérique des spectres de transmission et d'émission de la basse atmosphère dans la gamme 10 µm-1 mm. Le calcul est effectué raie par raie et inclue H₂O, CO₂, O₃, N₂O, CO, O₂. Des observations du spectre d'émission ont été effectuées au Pic du Midi dans la bande 17,5-20 µm et en avion volant à 13 km dans la bande 70-100 µm [5-6-52].
### 3 – Méthodes d'inversion

Au Groupe Planètes de l'Observatoire de Meudon et au Centre National d'Etudes de Télécommunications, on a étudié le contenu d'information dans une télédétection du profil thermique par analyse de FOURIER et procédure d'échantillonnage de SHANNON [41].

Au LOA, une étude a été consacrée à l'information contenue dans le rayonnement de diffusion multiple pour la télédétection des aérosols [31].

Enfin le Centre de Météorologie Spatiale de Lannion (CMS) a entrepris une étude systématique des diverses méthodes d'obtention du profil thermique [42-56-67-68].

### 4 – Correction des effets atmosphériques en télédétection des sols ou de l'océan

Dans le domaine de l'infrarouge thermique, l'effet atmosphérique qui peut être de plusieurs degrés a été étudié par le Groupe de Recherche en Télédétection Radiométrique de Strasbourg (GTS) et le LOA.

Le GTS a mis au point en collaboration avec le LMD [7-8-9-10] un modèle de correction pour atmosphères claires fondé sur la linéarisation des équations de transfert et de la fonction de PLANCK et sur l'hypothèse que l'essentiel de l'absorption variable est dû à la vapeur d'eau. Dans le cas d'une mesure faite dans 2 canaux la température $T_2$ de surface est reliée aux mesures $T_1$ et $T_2$ faite dans chacun des canaux par une relation linéaire qui a été vérifiée avec succès sur la mer Méditerranéenne et sur le Rhin. La précision obtenue a toujours été dans les cas étudiés meilleure que $\pm 0,3^\circ C$.

Le LOA [24-26-28-62] a étudié la correction statistique sur le Proche-Atlantique en utilisant les données du navire météorologique stationnaire au point K pour la bande spectrale $10,5-12,5 \ \mu\text{m}$ couramment utilisée par l'expérience VHRR des satellites NOAA. Une méthode multispectrale utilisant plusieurs bandes spectrales dans l'infrarouge permet également d'effectuer cette correction ; l'optimisation de la méthode multispectrale a été étudiée, et son application à l'expérience AVHRR sur les satellites TIROS-N envisagés.

Une méthode d'histogrammes permettant une discrimination des nuages et de la mer a été mise au point au CMS [22-58-79-80].

Le LOA a également étudié le problème d'élimination de l'effet atmosphérique en télédétection du rayonnement visible [27-76-77-78]. Des algorithmes de correction sont mis au point pour l'étude de la couleur de l'océan par l'expérience CZCS (Coastal Zone Color Scanner) sur le satellite NIMBUS-G. L'effet des aérosols sur la réduction des contrastes a été étudié pour le satellite SPOT.

[1] BAILLE A., MERMIER M., REICH P. (1976) – Mise au point d'un programme de dépouillement et d'exploitation de mesures de rayonnement (bilan radiatif, facteur de trouble). Note technique INRA, 76/5.

[2] BAILLE A., REICH P., SEGUIN B. (1978) – Calcul des réductions d'insolation dues aux panaches des réfrigérants atmosphériques, (à paraître).

[3] BAILLE A., MERMIER M. – Etude du trouble atmosphérique en zone semi-rurale (Montfavet). I – Evolution du trouble pendant le 1er semestre 1976. Ann. Agron., 28, (5), 543-560.

[4] BAILLE A., GUICHERD R., MERMIER M. (1978) – Le pyranomètre sélectif : étude de ses possibilités d'utilisation dans le domaine agronomique et dans celui de la pollution atmosphérique. Ann. Agron., 29, (1), 59-78.

[5] BALUTEAU J.P., MARTEN A., BUSSOLETTI E., ANDEREGG M., BECKMAN J.E., MOORWOOD A.F.M., CORON N. (1977) – High Resolution Infrared Spectra of the Earth's Atmosphere. - II - Ground based observations in the 500-570 cm$^{-1}$ range. Infrared Physics, 17, 211-224.

[6] BALUTEAU J.P., MARTEN A., BUSSOLETTI E., ANDEREGG M., BECKMAN J.E., MOORWOOD A.F.M., CORON N. (1977) – High Resolution Infrared Spectra of the Earth's Atmosphere. - III - Airborne observations in the 100-140 cm$^{-1}$ range. Infrared Physics, 17, 283-291.
[7] BECKER F., IMBAULT D., PONTIER A. (1977) - Sea surface temperature and atmospheric transmission. Measurements by differential radiometry. Proceedings of the First General Assembly EARSEL, Strasbourg.

[8] BECKER F. (1978) - Température superficielle de la mer et la transmission atmosphérique par radiométrie différentielle. - *Pub. C.N.E.X.O. Actes Colloq. n° 5*, Brest.

[9] BECKER F., PONTIER L. (1978) - Mise en oeuvre d'un radiomètre embarquable et mesure superficielle de la mer. *Rapport DRME*.

[10] BECKER F., BLUMENROEDER D., DESCHAMBENOY C., HECHINGER E., HOURANI A., PELLEGRIN A., RAMEY B., TRAUTMANN J. - Thermographie de la surface du Rhin par télédétection radiométrique infrarouge. GTS 78/4.

[11] BEDEL, CERON, JAN (oct. 1977) - Le rayonnement solaire à Trappes. - *Météorologie Nationale*. Le rayonnement solaire à Carpentras. - *Météorologie Nationale* (oct. 1977).

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[13] BENSIMON J., DEHOVE B. (February 1978) - One-dimensional radiative-convective model. - 2 nd meeting of study groupe II, Brussels.

[14] BOUCHARDY A.M. (novembre 1978) - Calcul d'échanges radiatifs dans la stratosphère. Application aux canaux NO₂ et O₃ du radiomètre LIMS. - Communication réunion CNES-DGRST, 28-29.

[15] BIGOURG-BROGNIEZ C. (1975) - Calcul approché des flux radiatifs en milieu diffusant. Application aux mesures de Venera 8 - Thèse de 3ᵉ cycle, Université de Lille I.

[16] CERF A. (août 1976) - Atmospheric Turbidity. Measurements in West-Africa. - *Int. Symposium on Radiation in the Atmosphere*, Garmisch-Partenkirchen, RFA, p. 16.

[17] CHEDIN A. (novembre 1977) - Importance des mesures de laboratoire à haute précision pour l'étude des phénomènes de transfert radiatif atmosphérique. (Opération GEISA : Gestion et Etude des Informations Spectroscopiques Atmosphériques). Rencontre "Spectroscopie Moléculaire de Fourier à Haute Résolvance", RCP 453, Orsay.

[18] CHEDIN A., HUSSON N., SCOTT N.A., GAUTIER D. (1978) - V₄ band of methane (¹²CH₄ and ¹³CH₄) Line parameters and evaluation of Jovian atmospheric transmission at 7.7 µm. *J. Mol. Spectros.* 71, 343.

[19] COANTIC M., (1976) - La turbulence dans la couche de surface atmosphérique, partie VI, p. 300-362. Problèmes divers, partie VII, p. 364-369. "La turbulence en mécanique des fluides" par FAVRE A., KOVASZNAY L.S.G., DUMAS R., GAVIGLIO J., COANTIC M. Dunod Editeur.

[20] COANTIC M. (July 1978) - An introduction to turbulence in geophysics and air-sea interactions. *AGARDograph n° 232*.

[21] COANTIC M. (1978) - Les mécanismes couplés de transfert et transformation d'énergie à travers l'interface océan-atmosphère ("Coupled energy transfer and transformation mechanisms across the ocean-atmosphere interface"). *Proceedings Sixth International Heat Transfer Conference*, Toronto, Canada, August 7-11, vol. 6 and 7.

[22] DAGO D., LEBARF C.D. (juin 1977) - Définition de la température de la mer en surface par des méthodes statistiques à l'aide des mesures de radiance VHRR et VTPR. *Mémoire de fin d'études. Ecole Météo*.

[23] DESBOIS M., SZEJWACH G. (août 1976) - Analysis of meteorological satellite data on the DIVISET interactive system. *Int. Symposium on Radiation in the Atmosphere*, Garmisch-Partenkirchen, RFA.

[24] DESCHAMPS P.Y., PHULPIN T. (6/11 mars 1978) - Elimination de l'effet de l'atmosphère et optimisation des bandes spectrales d'un radiomètre infra-rouge à un ou deux canaux pour la mesure de la température de surface des sols. *Int. Conference on Earth Observation from Space and Management of Planetary Resources*. Toulouse. (ESA SP 134) p. 347-353.

[25] DESCHAMPS P.Y., PHULPIN T. (août 1976) - Remote sensing from space of the infrared transmission of the atmosphere using polarization radiometry. *Int. Symposium on Radiation in the Atmosphere*, Garmisch-Partenkirchen, RFA.

[26] DESCHAMPS P.Y. (mai 1977) - Télédétection de la température de surface de la mer par radiométrie infrarouge. Technique de mesure, corrections et applications. Thèse de Doctorat d'Etat, Université de Lille I.

[27] DESCHAMPS P.Y., TANRE D. (1978) - Corrections atmosphériques pour la télédétection de la couleur de l'océan. *Pub. C.N.E.X.O.*, *Actes Colloq. n° 5*, 133-140, Brest.

[28] DESCHAMPS P.Y., PHULPIN T. (1978) - Correction des données obtenues par télédétection dans l'infrarouge. *Pub. C.N.E.X.O.*, *Actes Colloq. n° 5*, 123-131. Brest.

[29] DEUZE J.L., DEVAUX C., HERMAN M. (1975) - Adaptation de la méthode des harmoniques sphériques au calcul de la lumière diffusée polarisée. Remarques sur la formation du rayonnement rediffusé par une atmosphère optiquement dense. *Nouv. Rev. Opt. 6*, 103-111.

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[32] FOUQUART Y. (1974) – Accurate Computations of Fluxes and Heating Rates in Case of Cloudy Atmospheres. 1st IAMAP-LAPSO Conjugued Assembly, Melbourne Australia.

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[34] FOUQUART Y. (mai 1975) – Utilisation des Approximants de Padé pour l'inversion de la Transtormée de Laplace. Congrès EUROMECH 58.

[35] FOUQUART Y., PRUVOST P., LENOBLE J. (1975) – A Check for the Computation of Fluxes and Heating Rates in Cloudy Atmospheres. Second Conference on Atmospheric Radiation-American Meteorological Society, Arlington, Virginia.

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[37] FOUQUART Y. (mars 1975) – Contribution à l'étude des spectres réfléchis par les atmosphères planétaires diffusantes. Application à Vénus. Thèse de Doctorat d'Etat, Université de Lille I.

[38] FOUQUART Y. (août 1977) – Radiation Budgets Computations in Cloudy Atmospheres for Climate Modelling. IAGA-IAMAP Joint Assembly, Seattle, USA.

[39] FOUQUART Y., MORCRETTE J.J., FRAVALO C., ROSSET R. (June 1978) – Computations of Radiative Fluxes in Clouds. Application to Cloud Modelling. This of Conference on Atmospheric Radiation American Meteorology Society, Davis California.

[40] FYMAT A.L., LENOBLE J. – Inverse Multiple Scattering Problems. III - Inadequacy of Certain Limb Darkening and Phase curves for Retrieving Atmospheric Information and Limitations of Approximate Scattering Models. J. Quant. Spect. and Rad. Transfer (sous presse).

[41] GAUTIER D., RIVAH I. (1975) – Sounding of Planetary Atmospheres : A Fourier Analysis of the Radiative Transfer Equation. J. Atm. Sc., 32, 881-892.

[42] HELARY J.M. (octobre 1978) – Restitution du profil vertical des températures. - II - Equation du transfert radiatif linéarisée. Etude de différentes méthodes numériques d'estimation linéaire et de stabilisation pour une équation intégrale de Freedholm de lère espèce avec second membre bruité. Note technique EERM - Nouvelle Série n° 6.

[43] IMBAULT D., SCOTT N., CHEDIN A. (1978) – Détermination de la température de surface de la mer à partir de mesures radiométriques dans deux fenêtres atmosphériques. Colloque "Observation Spatiale de la Terre et la Gestion des Ressources Planétaires" (ESA-SP 134) Toulouse.

[44] JULLIEN J.P., PASTRE C. (février 1977) – Etude de la télés mesure VTPR. Note interne EERM n° 383.

[45] LENOBLE J. (1975) – Méthodes pour résoudre l'équation de transfert radiatif dans des couches d'épaisseur finie. AGARD Symposium "Optical Propagation in the Atmosphere", Lyngby Danemark, 13-1, 13-9.

[46] LENOBLE J. (1976) – Influence de l'aérosol stratosphérique sur l'équilibre radiatif de la planète. COVOS, Monographie n° 8. Aérosols - Edit. P. ZETTWOG.

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[48] LENOBLE J. (septembre 1976) – La modification du bilan radiatif par les aérosols et poussières. XIV Journées de l'Hydraulique, Paris.

[49] LENOBLE J. (1977) – Review of Radiative Transfer Methods in Scattering Atmospheres. Interactive Workshop on Inversion Methods in Atmospheric Remote Sounding. Williamsburg, Virginia, décembre 1976, Edit. by A. DEEPACK, NASA CP 004.

[50] LOUISNARD N., EICHEN G., GIRAUDET R., GIRARD A. (juillet 1978) – Preliminary Results of the Spectrometric Balloonborne Experiment Performed on May 15th 1978, Rapport ONERA.

[51] MARTEN A., CHAUVEL Y. (1975) – Mesures des concentrations de constituants minoritaires dans la stratosphère. C.R.Ac. Sc., 280, série B, 199-202.

[52] MARTEN A., BALUTEAU J.P., BUSSOLETTI E. (1977) – High Resolution Infrared Spectra of the Earth's Atmosphere. I Numerical Simulation of Atmospheric Data. Infrared Physics 17, 197-209.

[53] MERMIER M., SEGUIN B. (1975) – Mesure et estimation du rayonnement net à Avignon-Montfavet. Note technique INRA 76/4.

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[56] MORCRETTE J.J., FOUQUART Y. – Long Wave Radiative Budget of Cloud Layers. J. Atm. Sc. (sous presse).

[57] MOREL P., DESBOIS M., SZEJWACH G. (june 1978) – A New Insight Into the Troposphere with the Water Vapor Channel of Meteosat. Bull. Atm. Met. Soc., 59, 6.

[58] PASTRE C. (avril 1975) – Comparaison entre mesures satellitaires VHRR et analyse classique des températures de surface. Campagne européenne 16-28 septembre 1974. Note interne EERM n° 360.
[59] PERRIN de BRICHAMBAUT C. (juillet 1975) – Estimations des ressources énergétiques solaires en France. *Cahiers AFEDES*, supplément au n° 1.

[60] PERRIN de BRICHAMBAUT C. (mai 1976) – Evaluation du gisement solaire. *La Météorologie VI. 5*.

[61] PERRIN de BRICHAMBAUT C. (janvier 1978) – Estimation du rayonnement solaire : les irradiations quotidiennes. *Météorologie Nationale*.

[62] PHULPIN T. (novembre 1978) – Utilisation de la radiométrie infrarouge multispectrale pour la détermination de la température de surface. Thèse de 3ᵉ cycle, Université de Lille I.

[63] POC M.M., ROULLEAU M., SCOTT N., CHEDIN A. (juin 1978) – The Influence of the Vertical Distribution of Water Vapor on the Altitude of the Phenomena from a Nimbus-5 THIR 6-7 µm Picture. *XXI Plenary Meeting of COSPAR. Symposium on Remote Sensing of the Atmosphere*, Paper C.3.5, Insbruck, Autriche.

[64] PRUVOST P. (1975) – Etude du flux solaire et de l'échauffement radiatif dans la mer par temps clair. *Annales Hydrographiques*, 5ᵉ série, 3, n° 1.

[65] ROBERT C. (juillet 1976) – Contribution à l'étude du rayonnement infrarouge de l'atmosphère. Thèse de 3ᵉ cycle, Paris VII.

[66] ROCHARD G. (1975) – Introduction du VHRR dans l'exploitation du VTPR. *Rapport DGRST*.

[67] ROCHARD G. (septembre 1978) – Restitution du profil vertical des températures. I - Principes et difficultés - Classification des méthodes. *Notes technique EERM - Nouvelle Série n° 4*.

[68] ROCHARD G. (1976) – Inversion du profil vertical des températures. – Equations de Fredholm de 1ère espèce. *Rapport (Analyse numérique) DEA*, Université de Rennes.

[69] ROULLEAU M. – Mesure des flux infrarouges dans la troposphère. A paraître dans la *Revue de Physique Appliquée* (numéro Spécial Energie Solaire).

[70] SCOTT N., WORK D.Q. (mars 1975) – Computation of spectral transmittances in the 15 µm band of carbon dioxide for application to remote sounding of the atmosphere. Optical Society of America, Anaheim, California.

[71] SCOTT N., CHEDIN A. (décembre 1977) – Problèmes en méthodes inverses pour la géophysique extérieure. *Rencontre Interdisciplinaire Problèmes Inverses RCP 264*, Montpellier.

[72] SIEWERT C.E. (1975) – On a problem of uniqueness regarding H - function calculations. *J. Quant. Spect. Rad. Transfer* 15, 385-387.

[73] SIEWERT C.E., DEVAUX C. (1978) – The effect of forward and backward scattering on the law of darkening for the Milne problem and the spherical albedo. *J. Quant. Spect. Rad. Transfer* 20, 29-33.

[74] SZEJWACH G., DESBOIS M. (août 1976) – Airborne radiation measurements over clouds in the 8-9.5 µm and 10.5-12.5 µm regions. *Int. Symposium on Radiation in the Atmosphere*, Garmisch-Partenkirchen, RFA.

[75] SZEJWACH G. (June 1978) – Infrared measurements over cirrus clouds in the 10.5-12.5 µm and 6-7 µm regions. *Third Conference on Atmospheric Radiation of the A.M.S.*, Davis, California.

[76] TANRE D. (juin 1977) – Etude de l'influence des aérosols sur le rayonnement terrestre rétrodiffusé. Thèse de 3ᵉ cycle, Université de Lille I.

[77] TANRE D., HERMAN M. (août 1976) – Polarization of the Sunlight reflected by the terrestrial atmosphere with aerosols and a reflecting ground. *Int. Symposium on Radiation in the Atmosphere*, Garmisch-Partenkirchen, RFA.

[78] TANRE D., HERMAN M. (mars 1978) – Correction de l'effet de diffusion atmosphérique pour les données de télé-détection. Colloque "L'Observatoire Spatial de la Terre et la Gestion des Ressources Planétaires, (ESA-SP-134), p. 355-360, Toulouse.

[79] TOURNIER B. (1976) – Influence de l'atmosphère sur une mesure satellitaire de température de surface dans la bande 10,5-12,5 µm – *Note interne EERM n° 376*.

[80] TOURNIER B. (juin 1977) – Détermination des températures de surface de la mer à partir des mesures radiométriques satellitaires. *Note interne de l'E.E.R.M.*, n° 397, 1977. Thèse de 3ᵉ cycle, Université de Brest.
# IV – COUCHE LIMITE

J. SAISSAC
Terrestre et Marine

L'intérêt pour les problèmes de la couche limite atmosphérique qui s'était déjà mani-
festé au cours des périodes précédentes, s'est trouvé confirmé de 1975 à 1978 avec la parti-
cipation aux travaux de recherche scientifique d'une quinzaine de laboratoires ou équipes,
et avec des aides financières spéciales de la Délégation à la Recherche Scientifique et Tech-
nique, de l'Institut National d'Astronomie et Géophysique, de la Direction des Recherches
et Etudes Techniques et de la Direction des Etudes et Recherches de l'Electricité de France.

I – THEORIE ET MODELISATION DE LA COUCHE LIMITE PLANETAIRE

Les progrès dans la théorie de la couche limite planétaire et dans la modélisation numé-
rique apparaissent de plus en plus comme dépendants de recherches fondamentales en méca-
nique de la turbulence, et n'en sont guère dissociables.

J. BLANCHET (Ecole Nationale de la Météorologie) a poursuivi ses travaux dans ce domaine, qui ont abouti à une forme quasi définitive de la théorie basée sur l'hypothèse des équilibres relaxatifs. A l'Etablissement d'Etudes et de Recherches Météorologiques J-C. ANDRE et une importante équipe de chercheurs se sont consacrés à l'amélioration et à l'application d'une approche statistique de la turbulence inhomogène, dite approximation d'écrétage. La dynamique des paramètres moyens et des corrélations doubles et triples y est décrite explicitement grâce aux équations d'évolution qu'il est possible de déduire de celles de la mécanique des fluides ; l'approximation quasi-normale y est utilisée pour la fermeture du système et la raisemblance de l'écoulement préservée par l'application de l'inégalité de SCHARTZ. Des modèles numériques ont été construits sur ces bases pour rendre compte de deux types d'écoulement, l'un, sans effet thermique, dans un canal assymétrique, l'autre purement convectif. La validité des modèles, vérifiée sur des expériences de laboratoire, a permis d'aborder le cas, plus complexe, de la couche limite planétaire. Le régime convectif diurne a été ainsi étudié, les efforts actuels portant sur le régime nocturne, plus particulièrement sur les jets de basse couche et les effets radiatifs.

Au Laboratoire de Météorologie Dynamique (CNRS), G. SOMMERIA a continué ses recherches sur la simulation numérique de la couche limite planétaire et s'est attaché à établir son modèle initial au cas d'une atmosphère comportant des nuages convectifs non précipitants. Ainsi était posée la question de la représentation des phénomènes de condensation aux échelles inférieures à la maille ; ce type de recherche a été entrepris avec l'introduction généralisée de variables conservatives et l'adjonction d'une équation d'évolution de l'énergie cinétique turbulente aux mêmes échelles. Un égal intérêt est porté actuellement à la représentation des précipitations en essayant de tenir compte au maximum des interactions turbulentes entre des caractéristiques du cycle de l'eau et les autres variables. Par ailleurs il était procédé à la comparaison des résultats de la simulation numérique avec les observations, plus précisément celles fournies par l'avion expérimental du NCAR, et les résultats sont considérés comme encourageants. Dans le même esprit, mais adoptant la simulation tridimension-
nelle comme base de comparaison, l'on a cherché à vérifier les hypothèses émises par certains spécialistes de la paramétrisation de la couche limite (généralement considérée à une dimension) et de la convection.

### THESESES

ANDRE J.C. (1976) – "Une approche statistique de la turbulence inhomogène". Thèse de Doctorat ès-Sciences, Université Pierre et Marie Curie.

SOMMERIA G. (déc. 1974) – "Modèle tridimensionnel pour la simulation numérique de la couche limite planétaire". Thèse de Doctorat ès-Sciences, Université Pierre et Marie Curie.

BENISTON M. (juin 1978) – "Utilisation d'un modèle tridimensionnel pour étudier les cumulus des alizés et la paramétrisation de leurs effets sur le champ turbulent de la couche limite tropicale". Thèse 3e cycle, Université Paris. P. et M. Curie.

### PUBLICATIONS

BLANCHET J. (1975) – "Concepts nouveaux sur la mécanique de la turbulence". La Météorologie VI, n° 1, n° 2, n° 3.

BLANCHET J. (1977) – "Extension de la méthode des équilibres turbulents aux écoulements fortement contraints". La Météorologie VI, n° 8.

DEMOOR G. (1975) – "La turbulence dans la couche limite atmosphérique. 1ère partie : paramétrisation des flux turbulents". La Météorologie VI, n° 1.

DEMOOR G., ANDRE J.C. (1975) – "La turbulence dans la couche limite atmosphérique. 2ème partie : modélisation de la couche limite". La Météorologie VI, n° 3.

POUQUET A., LESIEUR M., ANDRE J.C., BASDEVANT C. (1975) – "Evolution of high REYNOLDS number two-dimensional turbulence". Journal Fluid Mechanics, Vol. 72, part. 2.

ANDRE J.C., LACARRERE P. (1975) – "Les ondes de gravité internes et leur traitement numérique dans les modèles de couche limite atmosphérique". La Météorologie V, n° 33.

ANDRE J.C. (1976) – "A third-order-closure model for the evolution of a convective planetary boundary layer". Seminars on the treatment of the boundary layer in numerical weather predictions. Centre Européen pour les Prévisions Météorologiques à Moyen Terme.

ANDRE J.C., DEMOOR G., LACARRERE P., du VACHAT R. (1976) – "Modélisation des flux turbulents dans la couche convective". Lecture Notes in Physics, Vol. 58.

ANDRE J.C., DEMOOR G., LACARRERE P., du VACHAT R. (1976) – "Turbulence approximation for inhomogeneous flows". Journal Atmospheric Sciences, vol. 33, n° 3.

ANDRE J.C., LESIEUR M. (1977) – "Influence of helicity on the evolution of isotropic turbulence at high REYNOLDS number". Journal Fluid Mechanics, Vol. 81, part 1.

du VACHAT R. (1977) – "Realizability inequalities in turbulent flows". Physics Fluids, vol. 20, n° 4.

SOMMERIA G. (1976) – "Three-dimensional simulation of turbulence processes in an undisturbed trade wind boundary layer". Journal Atmospheric Sciences, vol. 33, p. 216-241.

SOMMERIA G., DEARDOFF J.W. (1977) – "Sub-grid scale condensation in cloud models". Journal Atmospheric Sciences, vol. 34, p. 344-355.

SOMMERIA G., LE MONE M.A. (1978) – "Direct testing of a three-dimensional model of the planetary boundary layer against experimental data". Journal Atmospheric Sciences, Vol. 35, p. 25-39.

## II – PHYSIQUE DE LA COUCHE LIMITE PLANETAIRE

L'étude physique de la couche limite planétaire a pris une nouvelle ampleur avec 1) au plan des moyens, l'emploi courant de l'avion expérimental et du sondeur acoustique, et l'équipement d'un site commun dans la plaine de Beauce, 2) au plan thématique, un intérêt plus marqué pour le caractère évolutif de la couche (notamment en régime convectif), et sa variation diurne, ainsi que pour les mécanismes qui, à sa partie supérieure, définissent le rôle de l'inversion thermique fréquemment présente. Cette orientation, partiellement dérivée des besoins de la modélisation, s'exprime encore par de nombreux travaux sur la "paramétrisation" des moments statistiques.

On peut considérer que l'ensemble de ces thèmes a été abordé au Laboratoire Associé
de Météorologie Physique (Université de Clermont II, CNRS). A partir de mesures acquises sur avion, B. GUILLEMET et S. JOUVENEAUX ont comparé les moments statistiques normalisés des second et troisième ordre avec ceux obtenus par DEARDORFF. Il en résulte un bon accord pour les paramètres liés à la convection ; par contre la structure de la turbulence intervenant dans les transferts de quantité de mouvement s'avère ne pas dépendre seulement des échelles caractéristiques internes. L'étude du transfert de la quantité de mouvement fut également entreprise par l'analyse du vent géostrophique et du vent réel au cours du cycle diurne. La conclusion en est actuellement que, pour être significative, une telle variation dirune devrait être considérée à une échelle d'espace nettement supérieure à celle qui est habituellement adoptée.

A l'aide d'un sondeur acoustique associé à un dispositif de mesures directes, G. DUBOS-CLARD a observé l'évolution matinale de la couche et a montré que l'entraînement sommital en régime peu convectif est piloté par le cisaillement avant que le flux de chaleur au sol ne soit devenu prépondérant par rapport à celui, négatif, qui est évalué à la base de l'inversion thermique. Cette dernière n'est d'ailleurs plus regardée comme une simple barrière pour les échanges verticaux. C'est ainsi que P. MASCART, étudiant également l'entraînement sommital, s'est particulièrement intéressé aux fluctuations des variables dynamiques (mesurées par avion) près de l'inversion. Après avoir identifié des ondes par une méthode spectrale, il a analysé les conditions de leur développement ; il en résulte notamment que l'évolution de l'instabilité présente un caractère cyclique jusqu'à l'établissement de profils d'équilibre.

Compte tenu de la possibilité de connaître les moments statistiques de la turbulence, R. ROSSET et F.X. LE DIMET ont développé un modèle de diffusion, fondé sur un processus gaussien-markovien, qui puisse se greffer aussi bien sur un modèle numérique de couche limite que sur des données expérimentales ; il est actuellement "calibré" avec celles de R.W. STEWART et G.T. CSANADY.

Au Laboratoire de Physique des Aérosols et des Echanges Atmosphériques (Université de Toulouse III), l'équipe de A. DRUILHET s'est consacrée à l'étude des transferts turbulents. Des campagnes de mesures par avion ont été effectuées qui devaient permettre de déterminer les paramètres d'échange et leurs caractères spectraux pour l'ensemble de la couche sur des sites et par des états atmosphériques nettement différenciés. Parmi les processus de transfert une importance nouvelle a été portée aux "thermiques", qui ont été étudiés individuellement, en collaboration avec des scientifiques de la République Fédérale Allemande, à l'aide de motoplaneurs équipés pour les mesures atmosphériques.

La détermination de la diffusion matérielle sur les traceurs radioactifs naturel (radon et thorium B), méthode assez sensible, dont l'emploi est une des premières vocations de ce laboratoire, avait déjà apporté une information détaillée sur la distribution des coefficients d'échange dans l'ensemble de la couche et D. GUEDALIA avait établi la relation de ceux-ci avec la stabilité verticale. Ces données ayant été appliquées à l'évaluation des flux de vapeur d'eau, il est apparu qu'au sein de l'inversion thermique supérieure les grandeurs ainsi obtenues étaient nettement plus élevées que celles fournies par les mesures d'avion et la méthode corrélationnelle. Pour lever cette contradiction de nouvelles expériences ont été entreprises consistant à mesurer directement la diffusion matérielle par l'observation de "flocons" visibles produits au sein même de la couche d'inversion. Par ailleurs une étude statistique à partir des données de radio-sondages du réseau météorologique a fait ressortir la forte occurrence de ce type d'inversion et sa persistance nocturne.

A l'Etablissement d'Etudes et de Recherches Météorologiques, J-P. GOUTORBE, utilisant des mesures recueillies au cours de deux campagnes où étaient associés divers moyens (sondages par ballon, avion, sondeur acoustique) a établi des profils verticaux de flux de chaleur et de vapeur d'eau, ainsi que les principaux termes du bilan d'énergie cinétique, cela en phase convection marquée. Ses travaux sont axés actuellement sur des situations peu convectives, et sur la formation et l'évolution des inversions de "sol" avec prise en compte des effets radiatifs.
Au Centre de Recherches en Physique de l'Environnement (CNET, CNRS), A. WEILL a développé l'emploi du sondeur acoustique Doppler pour l'étude de la dynamique des inver- sions de température, des ondes de gravité à la limite supérieure de la couche, de la turbu- lence et de sa paramétrisation, des cellules convectives, des transitions matinales et noctumes. L'étude de la mesure et de l'évolution des profils de vitesse par système à trois antennes a été également entreprise. Parmi les principaux résultats obtenus, il est à signaler la détermination du profil vertical du flux de chaleur dans la couche bien mélangée et une formulation de la fonction de structure de température par rapport à l'altitude.

Dans le cadre plus général d'une analyse de la mousson d'été sur l'Océan Indien, D. CADET et ses collaborateurs ont apporté des premières informations sur le comportement de la couche limite tropicale par le relevé, sur de vastes étendues, de trajectoires à 500, 1000 et 1500 m. Ce résultat a pu être obtenu grâce à la mise au point au même Laboratoire de Météorologie Dynamique (CNRS) d'une technique de ballons à niveau constant ayant une durée de vie moyenne de 4 à 5 jours.

Hors les cas de convection pénétrante, qui peuvent y être assimilés, certaines "déformations" de la couche limite planétaire font l'objet d'une attention particulière. Ainsi, H. SAU-VAGEOT (Observatoire du Puy de Dôme), utilisant un couple de radars Doppler de 5 cm a entrepris d'observer les changements intervenant sur le champ de vitesse horizontale lors d'une perturbation dépressionnaire ; J-P. PAGES et J. SAISSAC (Observatoires du Pic du Midi et de Toulouse) ont poursuivi l'étude des effets de la discontinuité terre-mer.

### THESESES

* JOUVENEAUX S. (avril 1978) - "Etude expérimentale de la structure turbulente de la couche de mélange convective". Thèse 3<sup>e</sup> cycle, Université Clermont II.

* GUEDALIA D. (1975) - "Détermination des échanges verticaux de matière dans la couche limite planétaire". Thèse Doctorat ès-Sciences, Université de Toulouse III.

* N'TSILA I. A. (1977) - "Surveillance de la stabilité verticale de l'atmosphère à l'aide du radon et du SODAR". Thèse 3<sup>e</sup> cycle, Université de Toulouse III.

* MASCART P. (mars 1977) - "Etude des ondes de gravité, des instabilités dynamiques et des microstructures dans la couche stable claire de la couche limite planétaire convective". Thèse de Doctorat ès-Sciences, Université de Clermont II.

* OLORY-TOGBE P. (1977) - "Contribution à l'étude de la mousson d'été au-dessus de l'Océan Indien à l'aide de trajectoires de ballons plafonnants". Thèse 3<sup>e</sup> cycle, Université de Pierre et Marie Curie.

### PUBLICATIONS

* GUILLEMET B., MASCART P., RAVAUT M., ISAKA H. (1977) - "Calibrage autonome et correction d'un système aéroporté pour la mesure du vent horizontal". *Journal de Recherches Atmosphériques*, XI, p. 9.

* MASCART P., GUILLEMET B., ISAKA H. (1978) - "Ondes de gravité interfaciales marginalement instables dans la couche limite planétaire". *Boundary Layer Meteorology*, 14, p. 283.

* MASCART P., GUILLEMET B., ISAKA H. - "An experimental study of unstable waves within a low-level inversion capping a convective boundary layer". *Boundary Layer Meteorology* (à paraître).

* LE DIMET F.X., ROSSET R. (1978) - "Un schéma lagrangien de diffusion turbulente". *Journal de Recherches Atmosphériques*, XII, n° 1.

* GUEDALIA D., DRUILHET A., FONTAN J. (1975) - "Détermination des échanges verticaux moyens dans la couche limite planétaire à partir des données statistiques obtenues par les radio-sondages de température". *Boundary Layer Meteorology*, 7, p. 457.

* GUEDALIA D., DRUILHET A., FONTAN J. (1975) - "Détermination des flux verticaux de vapeur d'eau entre la couche limite planétaire et l'atmosphère libre". *Tellus*, XXVII, 6, p. 552.

* BARDEAU H., COSTECALDE A., BOUCHARDY A.M., FONTAN J. (1976) - "Monitoring de la pollution atmosphérique au-dessus d'un site urbain par mesures Lidar". *Pure and Applied Geophysics*, Vol. 114.

* AUBRY M. (1975) - "Etudes de l'atmosphère par SODAR". *La Météorologie VI*, 3.

* WEILL A., AUBRY M., BAUDIN F., HEISSAT J. (1976) - "A study of temperature fluctuation in the atmospheric boundary layer". *Boundary Layer Meteorology*, Vol. 10, n° 3.

* SPIZZICHINO A., VAN GRUNDERBEEK P. (1977) - "Etude des plumes convectives de la basse atmosphère par sondage acoustique". *Annales de Géophysique*, Vol. 33, n° 4.
WEILL A., BANDIN F., GOUTORBE J.P., VAN GRUNDERBEEK P., LEBERRE - "Structure de la turbulence dans les inversions de température et les champs convectifs". *Boundary Layer Meteorology* (à paraître).

CADET D., OVARLEZ H., OVARLEZ J. (1975) - "Superpressure balloon flights in the tropical boundary layer". *Journal of Applied Meteorology*, Vol. 14, p. 1478.

CADET D., OVARLEZ H., OVARLEZ J. (1975) - "Superpressure balloon flights in the tropical boundary layer". *Journal of* *deduced from satellite-tracked superpressure balloons. Part I: Balloon trajectories*. *Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society*, Vol. 102, n° 434.

### III - COUCHE LIMITE DE SURFACE

Bien que la couche de surface ne soit pas physiquement isolée du reste de la couche limite planétaire elle suscite toujours des recherches bien distinctes, ne serait-ce qu'en raison des échanges interfaciaux qu'elle comporte.

C. BOUTIN, P.P. ALBIGNAT, P. BOULLERY et H. ISAKA (Laboratoire Associé de Météorologie Physique) ont étudié les transferts énergétiques entre un lac de faibles dimensions et l'air sus-jacent. Un coefficient de traînée a été défini par rapport à des caractéristiques des fluctuations de vitesse et l'estimation indépendante de chaque terme du bilan énergétique de surface a permis de déterminer les paramètres d'échange correspondants. Ce travail, qui comporte également la détermination des conditions de l'approfondissement de la thermocline du lac, s'étend donc à l'évolution énergétique de la masse d'eau ; par le fait que certaines formulations globales des transferts entre air et eau y ont été vérifiées en dépit de la dimension du plan d'eau il constitue également une contribution à l'étude de la couche limite marine.

A l'Institut de Mécanique Statistique de la Turbulence (Université d'Aix-Marseille II) qui est doté d'une soufflerie à veines aérienne et hydraulique superposées, le groupe de M. COANTIC s'était déjà axé sur les problèmes d'évaporation. Son activité, qui fait dans ce domaine une part importante à la préparation instrumentale et méthodologique (visualisation, mesure de l'évaporation par une méthode isotopique, anémothermométrie) comporte comme points d'intérêt majeurs en ce qui concerne les phénomènes atmosphériques et d'interface : la théorie et la modélisation des échanges air-mer, les transferts de chaleur latente et sensible, les mécanismes hydro et aérodynamiques des transferts de masse air-mer, la microstructure dynamique et thermique de la couche limite atmosphérique. Pour ce qui a trait à ce dernier point P. MESTAYER a étudié les structures fines des champs turbulents à grand nombre de REYNOLDS, la dissipation de l'énergie cinétique de la turbulence et la destruction de la variance des scalaires ; les résultats obtenus par simulation en soufflerie ont fait l'objet de comparaison avec ceux de mesures effectuées in situ notamment à la station du GRAU de VENDRES (Hérault)(*).

Les stations de Bioclimatologie de l'Institut National de Recherches Agronomiques ont poursuivi leurs travaux relatifs aux divers aspects des échanges entre surfaces naturelles et atmosphère. A Montfavet la mesure directe des flux de chaleur par la méthode corrélationnelle a été essayée au cours de deux campagnes d'été et l'évapotranspiration potentielle a fait l'objet de la part de B. SEGUIN d'estimations suivant différents procédés ; celle-ci parait pouvoir être appréciée en réseau avec une précision de 10 %. Une recherche sur l'utilisation de la thermographie infrarouge est en cours de développement. A Versailles, où les études concernent le frottement et le flux de chaleur aussi bien que le flux de vapeur d'eau, A. PERRIER et ses collaborateurs se sont intéressés particulièrement au bilan d'énergie, pour lequel a été mis au point un système de détermination horaire des flux, ainsi qu'au perfectionnement de la méthode aérodynamique utilisée jusqu'à présent en priorité, au déve-

<footnote>(*) Le lecteur pourra trouver une information plus détaillée sur l'ensemble de ces travaux dans le rapport "Transferts et transformations d'énergie au voisinage de l'interface air-mer" de la section Océanographie Physique.</footnote>
lopvement de modèles théoriques concernant l'évaporation, et à l'importante question du rôle de l'advection horizontale.

Les phénomènes à l'interface air-glace et leurs effets sur la couche atmosphérique de surface constituent le thème principal des recherches de A. POGGI qui a poursuivi au Laboratoire de Glaciologie de Grenoble (CNRS) ses travaux sur le bilan thermique du glacier Amérique aux Iles Kerguelen et de la banquise en Antarctique de l'Est, où a été entreprise l'étude du vent catabatique.

Le Laboratoire de Mécanique des Fluides de l'Ecole Centrale de Lyon, où J. MATHIEU et ses collaborateurs continuent de développer les recherches de caractère fondamental sur la mécanique de la turbulence, porte un intérêt croissant aux problèmes de couche limite atmosphérique avec la prise en compte des gradients cinématiques et thermiques, de la gravité et des forces de CORIOLIS. Divers modèles numériques bidimensionnels comportant des fermetures au premier ou deuxième ordre ont été mis au point et appliqués avec succès à plusieurs types d'écoulement. Un deuxième thème important abordé est la structure d'une couche limite turbulente présentant une discontinuité de flux de chaleur à la paroi, ce qui constitue une condition de la brise côtière. Le Laboratoire consacre d'ailleurs une partie importante de son activité à la simulation en soufflerie de la couche limite atmosphérique dans le but essentiel de décrire en une première approximation la diffusion d'effluents sous l'effet conjugué de la gravité et de la rugosité.

A.E. SAAB, du Département Environnement Atmosphérique et Aquatique (Direction des Recherches de l'EDF), utilisant un important dispositif expérimental où les mesures de concentration d'un traceur passif étaient associées à celles des variables dynamiques (profils moyens et fluctuations) a étudié la diffusion matérielle dans la couche 0-100 m à partir d'une source ponctuelle, et en a proposé un modèle qui tient compte des récentes formulations de couche limite et dont la validité s'étend aux cas de cisaillement et de convection développée.

J-P. PAGES (Observatoire du Pic du Midi et de Toulouse) a poursuivi ses recherches expérimentales à la station du GRAU de VENDRES (Hérault) à l'aide d'un anémomètre-thermomètre ultrasonique, mettant en évidence la variabilité des flux verticaux de chaleur et de quantité de mouvement et les reliant aux caractéristiques macroscopiques de la couche 0-50 m, dont les propriétés intrinsèques sont examinées séparément. La réalisation d'un programme d'étude de la diffusion matérielle dans cette même couche a été également entreprise.

## THESESES

* ALBIGNAT J.P. (avril 1978) — "Estimation du bilan thermique d'un lac profond à l'aide de données météorologiques de routine". Thèse 3<sup>e</sup> cycle, Université Clermont II.

* MESTAYER P. (1975) — "Etude de certaines caractéristiques statistiques locales d'une couche limite turbulente à grand nombre de REYNOLDS". Thèse Docteur-Ingénieur, Université Aix-Marseille II.

* DIESS J. (1975) — "Etudes d'après la théorie de LUMLEY de la pénétration de la turbulence dans un milieu stratifié". Thèse Docteur-Ingénieur, Université Aix-Marseille II.

* PERI G. (1975) — "Application de méthodes hygrométriques à l'étude du mécanisme de l'évaporation lors de la simulation des échanges océans-atmosphère". Thèse Docteur-Ingénieur, Université Aix-Marseille II.

* BALDY S. (1977) — "Etude statistique de mécanismes de transfert dynamique à une interface air-eau". Thèse Docteur-Ingénieur, Université Aix-Marseille II.

* SELVA J.P. (1978) — "Etude de l'influence de la stratification sur l'évaporation". Thèse Doctorat de Spécialité, Université Aix-Marseille II.

* PERRIER A. (1976) — "Etude et essai de modélisation des échanges de masse et d'énergie au niveau des couverts végétaux : profils microclimatiques, évapotranspiration et photosynthèse nette". Thèse de Doctorat ès-Sciences, Université P. et M. Curie.

* JEANDEL D. (1976) — "Une approche phénoménologique des écoulements turbulents inhomogènes". Thèse Doctorat ès-Sciences, Université Lyon I.

* REY C. (1977) — "Effets du nombre de PRANDTL, de la gravité et de la rugosité sur les spectres de turbulence cinématique et scalaire". Thèse Doctorat ès-Sciences, Université Lyon I.
SERRES E. (1978) – "Etude de la simulation en soufflerie des basses couches de l'atmosphère. Application à la prévision de l'impact d'un site industriel sur l'environnement". Thèse Docteur Ingénieur, Université Lyon I.

SAAB A.E. (1978) – "Contribution à l'étude du transport turbulent de masse dans l'atmosphère. Etude théorique et expérimentale". Thèse Doctorat ès-Sciences, Université Pierre et Marie Curie.

PUBLICATIONS

BOUTIN C., BOULLERY B., ISAKA H. (1976) – "Une méthode globale de correction de la réponse non-cosinusoidale pour un anémomètre tridimensionnel GILL UWV à hélices". *Journal de Recherches Atmosphériques*, X, p. 211.

BOUTIN C., BOULLERY B., ALBIGNAT J.P., ISAKA H. (1977) – "Etude expérimentale d'une relation entre le coefficient de frottement et le facteur de rafales en régime de vent faible au-dessus d'une surface d'eau". *Boundary Layer Meteorology*, Vol. 12, p. 391.

BOUTIN C., ALBIGNAT J.P., ISAKA H. (1977) – "Bilan thermique et paramétrisation à l'interface eau-atmosphère des échanges de chaleur sensible et latente par la méthode aérodynamique globale". *Tellus*.

COANTIC M., BONMARIN P. (1975) – "The air-sea interaction facility at the Institut de Mécanique Statistique de la Turbulence". *Atmospheric Technology*, n° 7, p. 72.

MERLIVAT L., COANTIC M. (1975) – "Study of mass transfer at air-water interface by an isotopic method". *Journal of Geophysical Research*, Vol. 8, n° 24,

MESTAYER P., GIBSON C., COANTIC M., PATEL A. (1976) – "Local anisotropy in heated and cooled turbulent boundary layer". *The Physics of Fluids*, Vol. 19, n° 9.

BONMARIN P. (1978) – "Visualisation d'un écoulement aérodynamique au voisinage d'une interface air-eau". Actes du 6ᵉ Colloque National de Cinémathographie rapide". Collection A.N.R.T., p. 41.

SEGUIN B. (1975) – "Etude comparée des méthodes d'estimation d'ETP en climat méditerranéen du Sud de la France". *Ann. Agron.*, Vol. 26, n° 6.

FORTIN J.P., SEGUIN B. (1975) – "Estimation de l'ETR régionale à l'ETP locale : utilisation de la relation de BOUCHET à différentes échelles de temps". *Ann. Agron.*, Vol. 26, n° 5.

PERRIER A., ITIER B., BERTOLINI J.M., BLANCO DE PABLOS A. (1975) – "Mesure automatique du bilan d'énergie d'une culture. Exemples d'application". *Ann. Agron.*, V. 26, n° 1.

PERRIER A. (1975) – "Etude physique de l'évapotranspiration dans les conditions naturelles". *Ann. Agron.*, Vol. 26, n° 1, 2 et 3.

ITIER B., PERRIER A. (1976) – "Présentation d'une étude analytique de l'advection". *Ann. Agron.*, Vol. 27, n° 2 et 4.

SIFAQUI M.S., PERRIER A. (1978) – "Caractérisation de l'évaporation profonde". *Int. J. Heat Mass Transfer*, 21, p. 629.

POGGI A. (1976) – "Contribution à l'étude de la couche limite au voisinage immédiat de la surface du glacier Ampère". *Annales de Géophysique*, fasc. IV, t. 32, p. 351.

POGGI A. (1977) – "Heat balance in the Ablation area of the Ampere Glacier". *Journal of Applied Meteorology*, Vol. 16, n° 1.

GENCE J.N., JEANDEL D., MATHIEU J. (1975) – "Corrélatifs vitesse-température pour une turbulence isotrope soumise à un cisaillement et un gradient thermique moyens constants". *C.R. Acad. Sc. Paris*, série B, t. 280, p. 117.

REY C., CLAUDE R., SCHON J.P., MATHIEU J. (1976) – "Modèle de transfert spectral pour les petites structures de champ turbulents scalaires et cinématiques". *C.R. Acad. Sc. Paris*, série B, t. 282.

GENCE J.N., ANGEL Y., MATHIEU J. (1977) – "Evolution des parties linéaires des corrélations mettant en jeu la pression dans une turbulence homogène associée à un cisaillement et un effet de gravité". *C.R. Acad. Sc. Paris*, série B, t. 285.

CHARNAY G., SCHON J.P., ALCARAZ E., MATHIEU J. (1977) – "Thermal characteristics of a turbulent boundary layer with inversion of wall heat flow". Congrès de Pennstate University.

SCHON J.P., SERRES E., KREISS J., REY C., RIBON M. (1978) – "Feasibility of the simulation of the atmospheric boundary layer. Application to the study of diffusion on complex terrain". *Euromech 109. Mechanics of dispersion in natural flow systems Delft*.

PONS J.C. and PAGES J.P. (1977) – "Utilisation d'un anémomètre sonique pour la mesure des flux turbulents dans l'atmosphère". *La Météorologie*, VI, n° 7, p. 5.

VI – COUCHE LIMITE MARINE

Sont mentionnés sous ce titre les travaux relatifs à des données recueillies en site océanique.

Au Laboratoire d'Océanographie Physique (Muséum National d'Histoire Naturelle) une telle activité a été menée de 1975 à 1978 dans le cadre d'une Action Thématique Pro-
grammée en Océanographie Physique, avec, comme base principale, la bouée-laboratoire BOHRA II, qui, moyennant quelques précautions essentielles quant au positionnement des appareils, permet des mesures aériennes jusqu'à 26 m au-dessus du plan d'eau. Ainsi ont été observés des écarts non négligeables à l'image classique de la microturbulence dans la couche à flux constant ; en particulier, dans la gamme inertielle tridimensionnelle, des critères d'iso-tropie ne peuvent être vérifiés qu'en généralisant l'hypothèse de TAYLOR par l'adoption d'une vitesse d'entraînement qui soit fonction de l'échelle. L'Institut de Mécanique Statis-tique de la Turbulence a apporté sa contribution à l'exploitation des expériences menées sur BOHRA II (*).

## THESESES ET PUBLICATIONS

REVAULT D'ALLONNES M. (1978) — "Contribution à l'étude de la microturbulence naturelle au voisinage de l'interface air-mer". Thèse Doctorat és-Sciences, Université de Pierre et Marie Curie.

LACOMBE H., REVAULT D'ALLONNES M., CREPON M., FIEUX M. (1977) — "Ocean-Atmosphere Energy Exchanges", CNRS Research, 6, New-York.

Le Laboratoire Associé de Météorologie Physique a également entrepris une étude qui a pour but de déterminer au-dessus de la mer la structure de la turbulence dans la couche limite stable ou peu convective et de préciser la différence d'une telle structure avec celle de la couche limite convective. Dans ce cadre B. GUILLEMET et D. ALBIGES ont mené deux campagnes de mesures par avion près de l'Ile d'Yeu.

<footnote>(*) Pour une information plus détaillée sur ces travaux le lecteur pourra consulter le rapport "Transferts et transformations d'énergie au voisinage de l'interface air-mer", de la section Océanographie Physique.</footnote>
# V - METEOROLOGIE SYNOPTIQUE

## A. BERROIR

Laboratoire de Météorologie Dynamique du CNRS

### INTRODUCTION

Les thèmes principaux étudiés dans ce domaine ont été : l'étude de la cyclogénèse, l'étude des phénomènes ondulatoires de l'atmosphère tropicale et l'analyse du couplage entre phénomènes radiatifs et phénomènes dynamiques d'échelle synoptique.

On a utilisé, pour ces méthodes, les données météorologiques conventionnelles, mais on a fait une place croissante aux données fournies par les satellites et au développement de modèles mathématiques.

### 1. CYCLOGENESE

Le L.P.D.A. de l'Université Pierre et Marie Curie a donné une explication de la cyclogénèse hivernale sur la Méditerranée et a caractérisé la forme des systèmes nuageux associés. Un schéma a été proposé pour expliquer le rôle de la convection profonde dans la formation et l'entretien de ces perturbations [1], [2], [3].

On a fait des études analogues sur d'autres régions océaniques où circulent des couvrants chauds et où l'on constate des invasions d'air froid, et on a mis en évidence, en particulier, dans la région du Gulf Stream, le rôle de la convection profonde [4], [5].

### 2 - PHENOMENES ONDULATOIRES DE L'ATMOSPHERE TROPICALE

Lors de la campagne franco-ivoirienne d'étude de la mousson africaine (OUAGA, 1977), le L.D.A. de l'Université d'Abidjan a collecté des observations sur la pénétration de la mousson dans le Sahel et analysé certaines perturbations mésosynoptiques qui l'accompagnent [6].

Le L.P.D.A. de l'Université Pierre et Marie Curie a exploité les données de l'expérience ETGA sur l'Afrique de l'Ouest et estimé les vitesses de propagation des ondes entre Dakar et Bamako. Des différences sensibles ont été mises en évidence, entre les trois phases de l'expérience, dans la structure des ondes d'est et leur rapport avec la convection profonde [7], [8].

Le L.A.M.P. de l'Université de Clermont II a commencé une étude de la paramétrisation de la convection profonde pour l'inclure dans une compréhension du bilan énergétique des ondes d'est sur l'Afrique et a étudié une méthode d'interpolation pour l'analyse objective du champ météorologique [6 bis].

### 3 - COUPLAGE ENTRE PHENOMENES RADIATIFS ET DYNAMIQUES

Le L.P.D.A. de l'Université Pierre et Marie Curie a étudié l'évolution des perturbations
synoptiques sahariennes associées à des soulèvements de sable, et relié l'entretien de ces perturbations aux effets radiatifs du sable en suspension [9].

Le L.M.D. du C.N.R.S. à Palaiseau a interprété les données du canal vapeur d'eau du THIR de Nimbus-5, puis celles du canal vapeur d'eau de Météosat, et a mis en évidence une relation entre données radiométriques et données météorologiques conventionnelles, pouvant permettre d'utiliser la vapeur d'eau comme traceur de mouvements atmosphériques, à l'échelle synoptique, dans les zones sans nuages [10].

Enfin, on doit signaler les travaux de modélisations mathématiques de perturbations de gravité-inertie d'échelle synoptique dans une atmosphère stratifiée, interrompus par le décès du Professeur QUENEY [11].

### Abréviations :

L.M.D. Laboratoire de Météorologie Dynamique

L.P.D.A. Laboratoire de Physique et Dynamique de l'Atmosphère

L.A.M.P. Laboratoire Associé de Météorologie Physique

L.D.A. Laboratoire de Dynamique de l'Atmosphère (Abidjan)

[1] THEPENIER R.M., CRUETTE D., QUENEY P. (19 janvier 1976) – Rôle de la convection orageuse dans l'évolution des tourbillons cycloniques sur l'Europe Occidentale. C.R.A.S.

[2] THEPENIER R.M. (juin 1976) – "Rôle des cumulonimbus dans l'évolution des perturbations cycloniques. Cas particulier des perturbations dans les régions méditerranéennes". Thèse de Doctorat de 3ᵉ cycle.

[3] THEPENIER R.M., CRUETTE D. (juin 1977) – "Rôle des cumulonimbus dans l'évolution des perturbations cycloniques des régions méditerranéennes". – Acte des Journées d'Etudes sur la convection développée et les précipitations. Clermont-Ferrand (17-19 janvier 1977), édité par l'I.N.A.G. et l'Université Clermont II. – Revue "La Météorologie" VIᵉ série n° 9.

[4] THEPENIER R.M. (10 octobre 1977) – Le rôle du Gulf Stream comme facteur de cyclogénèse. C.R.A.S., Paris T 285.

[5] THEPENIER R.M. (1978) – Les anomalies du Gulf Stream et du courant général d'Ouest. Leur rôle sur la sécheresse en France, au cours du 1er trimestre 1976. C.R.A.S.

[6] ASSAMOI P. (1978) – Rapport scientifique du Laboratoire de Physique Atmosphérique n° 1 – (Campagne de OUAGA 1977).

[6bis] ASSAMOI P. (1976) – Etude des méthodes d'interpolation pour l'analyse objective de champs météorologiques, Thèse université de Clermont II.

[7] VILTARD A. (juin 1976) – Modèle de grandes ondes horizontales d'Est à 200 mb sur l'Afrique de l'Ouest. La Météorologie, numéro spécial "Météorologie Tropicale".

[8] VILTARD A. – "Statistical Study of Eastely waves", à paraître dans Monthly Weather Study.

[9] BEJJANI M.C. (1975) – "Etude des perturbations synoptiques sahariennes associées à un soulevement de sable ; mise en évidence du rôle radiatif de ce sable". Thèse de Doctorat d'Etat, Paris.

[10] ROULLEAU M. (August 1977) – "An analysis of Nimbus-V THIR 6-7 µm observations over the Mediterranean Sea". Proc. of the IAGA/IAMAP Assembly, Seattle, USA.

[11] QUENEY P. (mars et juin 1977) – Synthèse des Travaux Théoriques sur les perturbations de relief. La Météorologie.
# VI – RAPPORT QUADRIENNAL SUR LA PHYSIQUE DES NUAGES

R. ROSSET

Laboratoire de dynamique de l'atmosphère

Nous nous limiterons ici pour l'essentiel à traiter de la micro-physique des nuages naturels (nuages convectifs et stratiformes) et artificiels (panaches émis par les tours de réfri-gération des centrales électriques). Pour la période 1975-1978, ce domaine a été marqué en France par la mise en œuvre et la maîtrise technique d'un ensemble logistique lourd (senseurs aéroportés de Knollenberg et de Ruskin, radars Ronsard) susceptible de fournir une description à la fois globale et fine des phénomènes nuageux. Parallèlement à ce gros effort technologique, un travail de modélisation a été entrepris, portant sur la structure et l'évolution des nuages afin de servir de cadre d'interprétation aux mesures effectuées ou en projet. La plupart des organismes nationaux intéressés ont soutenu cet effort : la D.R.E.T., l'Université, la D.G.R.S.T., le C.N.E.T., le C.N.R.S., l'I.N.A.G., l'E.D.F., la Météorologie Nationale.

On peut distinguer plusieurs volets étroitement imbriqués à l'activité nationale dans le domaine de la physique des nuages.

## TRAVAUX PLUS SPECIFIQUEMENT TECHNOLOGIQUES

Sur le plan des senseurs microphysiques aéroportés, le LAMP/GDMA s'est doté de plusieurs types d'appareils :

- appareils de Knollenberg (ASASP 300, ASSP, FSSP-100, CDP, PSP) permettant d'appréhender le spectre dimensionnel des particules et gouttes entre 0,5 et 4500 µm ;

- appareil de Ruskin, donnant accès à la teneur en eau totale (vapeur, liquide et solide) ;

- appareil de Johnson-Williams pour déterminer la teneur en eau liquide des nuages.

La physique de la mesure de ces différents dispositifs (calibration, précision, comportement dans l'atmosphère, acquisition et traitement des données) a été réalisée en laboratoire, en soufflerie et in situ.

Par ailleurs, la mesure de l'humidité de l'air avec un très faible temps de réponse a fait l'objet de deux autres types d'approche :

- par mesure de l'absorption de la raie Lyman alpha (J.C. SEMIOND, M. RAVAUT, H. ISAKA) ;

- par mesure de la fréquence de résonance d'un interféromètre de Perot-Fabry (D. ROUSSET).

Egalement, le LAMP s'est attaché à la mesure des teneurs de l'air en noyaux de condensation, ainsi qu'à la détermination de leur nature chimique (R. SERPOLAY).

Toujours dans le domaine des mesures de granulométrie nuageuse par avion, signalons la mise au point d'une sonde largable, l'Aquasonde de la Météorologie Nationale (J.F. GAYET, M. CHAMPEAUX).
Il est clair que ces travaux sont à replacer dans le cadre plus général des techniques de mesure aéroportées, thème auquel des Journées d'Etude à Clermont-Ferrand (H. ISAKA et R. ROSSET) ont été consacrées. Pour toutes ces mesures, le DC7 du C.E.V. (Groupe AMOR) s'est révélé un auxiliaire indispensable.

En ce qui concerne la mesure du spectre de la pluie au sol, nous citerons le spectro-pluviomètre de la Météorologie Nationale/C.N.E.T. (KLAUS).

Dans le domaine de la télédétection des phénomènes nuageux, le système des deux radars Ronsard du C.N.E.T./C.R.P.E. est à mentionner tout particulièrement ici (voir par ailleurs pour plus de détails la partie "Convection profonde") pour ce qui est de la procédure "tir vertical", laquelle permet pour des hydrométéores de tailles suffisantes, de distinguer les phases liquide et solide de l'eau, d'en évaluer la vitesse de chute et d'estimer la vitesse verticale du vent (TESTUD, AMAYENC, CHONG, ROUX, AUSER).

## RESULTATS SCIENTIFIQUES ET PERSPECTIVES

Ces résultats ont été obtenus lors de plusieurs campagnes de mesures effectuées tant en France qu'à l'étranger. Au stade actuel, il peut être délicat de distinguer parmi ces résultats, issus de plusieurs thèmes de recherche (givrage, convection profonde, nephos, campagnes E.D.F., fronts, moussafrica, ...), ce qui est proprement essais techniques, développement technologique ou mesures à finalité uniquement scientifique : cette phase foisonnante est inhérente au test dans des conditions réelles sur le terrain des nouvelles techniques à maîtriser et ce, d'autant plus que celles-ci tendent à nous fournir des représentations de plus en plus fines, à la fois dans l'espace et dans le temps, des manifestations nuageuses.

Pour nous limiter à la microphysique de la convection profonde, les campagnes givrages de 1976, 1977 et 1978 et moussafrica 1977 ont fourni de nombreuses données expérimentales tant sur les nuages convectifs à nos latitudes que sur ceux des régions tropicales et équatoriales (J.F. GAYET, M. JARMUZYNSKI et R.G. SOULAGE ; J.F. GAYET ; Rapports moussafrica n° 1, 2, 3) : localement, des teneurs en eau très élevées ont été décelées, nettement suradiabatiques qu'il s'agit de confirmer par de nouvelles mesures et d'interpréter dans un cadre cinématique. Sur le plan pratique, ces mesures amènent à réviser les normes actuelles de givrage des aéronefs (J.F. GAYET).

La microphysique constituant un élément important qui règle l'intensité et la durée de vie de la convection, plusieurs modèles de simulation numérique ont été élaborés et testés sur des données expérimentales, modèles uni et bi-dimensionnels (P. SARTHOU, S. ACHY, Jacqueline PASTRE et R. ROSSET), le travail au L.M.D. de G. SOMMERIA relevant d'une autre partie du présent rapport. Appliquant les données des radiosondages, de la photogrammétrie terrestre et des sondages avion, S. ACHY (Faculté des Sciences d'Abidjan ; rapports moussafrica et Journées d'Etude de Clermont et de Lannemezan) pour montrer l'intérêt qu'il y a de disposer, après ajustement des différentes constantes, de modèles uni-dimensionnels de convection profonde en zone tropicale afin de prévoir notamment les précipitations. Quant à eux, Jacqueline PASTRE et R. ROSSET se sont attachés à développer un modèle bi-dimensionnel de convection, avec microphysique, paramétrisée incluant la phase glace, afin d'une part, de préciser les transformations énergétiques liées à la convection et d'autre part, de disposer d'un cadre thermodynamique et cinématique réaliste dans lequel faire évoluer les particules microphysiques génératrices de précipitations.

On retrouvera exposés dans la partie "Modification du Temps", les travaux du groupe "Physique des Précipitations" du laboratoire de Glaciologie de Grenoble (P. ADMIRAT) et du G.N.E.F.A. (J.F. MEZEIX) : ces groupes étudient la structure spatio-temporelle ("coeurs de grèle") des précipitations orageuses et ses relations avec les mouvements convectifs.

Pour ce qui est des nuages stratiformes, plusieurs approches distinctes ont été proposées.
H. SAUVAGEOT s'est orienté vers l'étude des traînées de précipitations générées dans les nuages stratiformes, à l'étage inférieur et en altitude. C. FRAVALO (LPARA Brest), R. ROSSET (LAMP Clermont), J.J. MORCRETTE et Y. FOUQUART (LOA Lille) étudient les interrelations entre dynamique, thermodynamique, microphysique et propriétés radia-tives des nuages stratiformes bas en vue de leur paramétrisation dans des modèles numériques de la grande échelle. L'accent mis sur les caractéristiques radiatives de tels bancs nuageux, aux latitudes tempérées (campagne nephos) et tropicales (moussafrica) permet ainsi de com-bler une lacune en Physique des nuages.

Christian Asselin de Beauville a étudié, à l'aide de mesures en avion et de photographies de satellites, des trainées nuageuses créées par relief de Petites Antilles et qui peuvent, dans certaines conditions, s'étendre sur plusieurs centaines de kilomètres en aval de ces îles.

Jean PASTRE et R. ROSSET (LAMP) ont abordé la simulation de l'évolution du spectre granulométrique des nuages, incluant pour les nuages chauds les phénomènes et processus de condensation (avec activation progressive du spectre des noyaux de condensation), de coa-lescence, de rupture de gouttes et de leur précipitation. Ce modèle a été appliqué au problème de l'interaction entre un banc nuageux et le panache humide émis par une tour de réfrigé-ration : le rôle catalytique de l'eau de primage a été mis en évidence quant à la probabilité de génération d'éléments précipitants. Ce travail se poursuit pour tenir compte de la phase glace.

Par ce travail numérique, nous touchons au domaine des nuages artificiels tels que les panaches industriels. Des mesures sur les caractéristiques microphysiques de ces panaches (senseurs embarqués sur hélicoptère) ont été effectuées (LDMA/EDF) sur les sites de Gardanne et de Meppen (Allemagne Fédérale), avec essais de développement d'une modélisation nu-mérique associée (J.L. BRENGUIER, F.X. LE DIMET et R. ROSSET).

## CONCLUSION

La période 1975-1978 ayant été marquée par la mise au point et la maîtrise de nouvelles techniques de mesure (in situ et par télédétection) des caractéristiques physiques des nuages tant naturels qu'artificiels, on peut s'attendre pour la période à venir à l'application de ces techniques pour une meilleure connaissance des mécanismes fondamentaux qui règlent la structure et l'évolution des nuages, dans un but de prévision et également, le cas échéant, de modification. A cet égard, les campagnes de mesures en France et à l'étranger (Afrique, Espagne) telles que givrage, WAMEX, PAP, COPT devraient fournir les éléments expérimen-taux de référence.

D'autre part, seront poursuivis et étendus les travaux de simulation numérique propres à soutenir cet effort et de nature à faciliter la formulation d'interprétations physiques.

ASSELIN de BEAUVILLE C. (1978) - Etude de trainées nuageuses d'origine orographique propre aux Petites Antilles - Thèse de Doctorat d'Etat, Université de Pau et des Pays-de-l'Adour.

AMAYENC P. et AUSER D. (septembre 1978) - Granulométrie des précipitations et mouvements verticaux de l'air. Premiers résultats et perspectives. *Journées franco-africaines de Physique de l'atmosphère*.

Etude de la Convection atmosphérique équatoriale : résultats de la campagne moussafrica 1977 - Rapport n° 1, décembre 1977 ; Rapport n° 2, janvier 1978 ; Rapport n°3, décembre 1978.

FRAVALO C. et ROSSET R. (avril 1978) - Vers une formulation exhaustive de l'entraînement sommital pour une couche limite planétaire à statocumulus, J.R.A., 12 (1) - Aussi *Journées de Palaiseau*.

FRAVALO C., ROSSET R., MORCRETTE J.J., FOUQUART Y. (juin 1978) - Computation of radiative fluxes in clouds. Applications in cloud modelling. *A.M.S. Conference*, DAVIS, CAL.

GAYET J.F., SOULAGE R.G. et BRICARD J. (1978) - Caractéristiques microphysiques de stratocumulus produisant des anticouronnes. J.R.A., 12 (1).
GAYET J.F., FRIEDLANDER M., PINTY J.P. (mai 1977) - Sur la mesure de la teneur en eau totale des nuages au moyen du senseur de Ruskin. *Rapport scientifique LAMP*, n° 22.

GAYET J.F. et SOULAGE R.G. (1978) - Structure microphysique des nuages givrants. 51st Specialists' Meeting in icing testing for aircraft engine (AGARD) Londres.

GAYET J.F., JARMUZINSKI M. et SOULAGE R.G. (août 1978) - Microstructure of an accumulation zone in a tropical Cb cloud. *Conférence sur la Physique des Nuages et l'Electricité atmosphérique*, Isiqah (Washington D.C.).

GAYET J.F. (août 1978) - Time evolution of the microstructure of a Cb cloud in middle latitudes. *Conférence sur la Physique des Nuages et l'Electricité atmosphérique*, Isiqah, (Washington D.C.).

GAYET J.F. (janvier 1978) - Mesures microphysiques aéroportées. *Journées Convection*, Clermont.

GAYET J.F. (novembre 1977) - Spectre dimensionnel et teneur en eau des nuages réalisés au C.E.Pr. de Saclay. *Rapport Technique LAMP*, n° 19.

GAYET J.F., CHAMPEAUX J.L. (1978) - Comparaison des résultats de l'Aquasonde et des appareils de Knollenberg pour la mesure du spectre dimensionnel des gouttes des nuages. *Rapport LAMP*.

GAYET J.F. (1978) - Analyse probabiliste des facteurs météorologiques gouvernant le givrage des aéroneks. Comparaisons avec les normes FAR 25". *Rapport LAMP*.

GAYET J.F. (juillet 1976) - Microstructure of a CuCg cloud. *Internat. Conf. on Cloud Physics*, Boulder, Col.

HENRION X. et SAUVAGEOT H.S. (1977) - Spectral analysis of stratiform cloud radar observations. *Geoph. Res. Letters*, 4 (9), 360-362.

KLAUS V. (février 1976) - Etude d'un spectropluviomètre photoélectrique fournissant en temps réel des paramètres intégrés. Thèse de 3ᵉ cycle, Université Pierre et Marie Curie.

LE DIMET F.X. et ROSSET R. (avril 1978) - Un schéma lagrangien de diffusion turbulente. *J.R.A.*, 12 (1), Aussi *Journées de Palaiseau*.

LE DIMET F.X. (juillet 1978) - Un modèle lagrangien de diffusion turbulente de particules non passives. Thèse de 3ᵉ cycle, Université de Clermont II.

PASTRE J. et ROSSET R. (avril 1978) - Interaction entre un panache humide et un nuage : étude préliminaire. *J.R.A.*. 15, (4), aussi *Journées de Palaiseau*.

PASTRE J. (Mme) (avril 1978) - Un modèle bidimensionnel de convection atmosphérique : considérations énergétiques. Thèse de 3ᵉ cycle, Université de Clermont II, Juillet 1978 - Aussi *Journées de Palaiseau*.

PASTRE J. (juillet 1978) - Description microphysique de l'évolution d'un nuage chaud. Application au problème de l'interaction entre un panache humide et un nuage. Thèse de 3ᵉ cycle, Université de Clermont II.

RASOAMANANA R. et SARTHOU P. (janvier 1977) - Un procédé de simulation numérique des Cu à faible développement. *J.R.A.*, 11 (4), P. 255-267. Aussi *Journées Convection de Clermont*.

ROSSET R., GAYET J.F., LE DIMET F.X., PASTRE J & J. (Juillet 1976) - Temperature and humidity signatures of some shallow fair weather Cu clouds and their related dynamics and microphysics. *Internat. Conf. on Cloud Physics*, Boulder, Co.

SAUVAGEOT H. (1976) - Circulation de l'air et formation des précipitations dans les stratocumulus en rouleaux. *J.R.A.*, 10 (1), 17-24.

SAUVAGEOT H. (1976) - Sur l'origine des traînées de gréle. *C.R.Ac. Sc.*, t. 283, Série B, 159-162.

SAUVAGEOT H. (1976) - Observation directe d'une cellule génératrice de traînées de précipitation soumise à un cisaillement de vent. *J.R.A.*, 10 (2), 119-122.

SERPOLAY R. (septembre 1977) - 9ᵉ Conf. Internat. sur les aérosols atmosphériques, les noyaux de condensation et la nucléation de la glace. Galway (Irlande).

SERPOLAY R. (1977) - La mesure de la concentration de l'air en noyaux de condensation nuageuse à Ouagadougou. Eté 1977. *Bulletin de liaison du Comité Interafricain d'Etudes hydrauliques*.

SERPOLAY R. (1977) - "La basse atmosphère". *Encyclopédie scientifique de l'Univers : la Terre, les Eaux, l'Atmosphère* (publication : Bureau des Longitudes).

SERPOLAY R. et DESALMAND F. (avril 1978) - L'analyse de l'aptitude de l'Air à condenser l'eau considéré comme moyen de contrôle de la pollution de type urbain. *Colloque IRCHA*, Paris.
# VII – CONVECTION PROFONDE

D. RAMOND

C.N.R.S.

LAMP 63000 CLERMONT-FERRAND

## I – INTRODUCTION

De multiples aspects des études effectuées dans le domaine de la convection profonde figurent déjà dans le présent rapport au titre de la “Physique des Nuages” ou de la “Modification du Temps”. Le lecteur est invité à se reporter aux paragraphes correspondants, dans la mesure où ne sont relatés ici que des compléments plus spécifiques à la convection profonde.

Les quatre dernières années ont été marquées par un renforcement sensible du potentiel de recherches dans le cadre de la convection profonde, renforcement qui tient à la mise en opération de nouveaux systèmes complexes de mesures et au développement de méthodologies adaptées, ainsi qu’à l’extension des recherches à la convection tropicale.

## II – DEVELOPPEMENTS TECHNIQUES ET METHODOLOGIQUES

Le système RONSARD de deux radars Doppler jumelés a été rendu opérationnel en octobre 1977 (Les Radars RONSARD, WALDTEUFEL et al., 1975 ; WALDTEUFEL et al., 1977). Destiné à restitution des champs tridimensionnels de vitesse en atmosphère nuageuse, il a donné lieu à une importante étude méthodologique qui s'est étendue à l'utilisation d'un seul ou de trois radars Doppler (GILET, 1977 ; GILET et al., 1979 ; WALDTEUFEL, 1976 ; BREGER, 1977 ; AMAYENC et al., 1978 ; TESTUD et al., 1978 ; WALDTEUFEL et CORBIN, 1979). Les radars RONSARD ont été mis en œuvre en 1977 et 1978 pour l'analyse de situations de convection tant isolée que frontale dans le cadre de programmes coopératifs entre le Centre de Recherches en Physique de l'Environnement Terrestre et Planétaire, les Etablissements d'Etudes et de Recherches Météorologiques, et l'Institut et Observatoire de Physique du Globe du Puy de Dôme (GILET et al., 1978).

Dans le domaine de l'étude de l'électricité atmosphérique associée aux nuages orageux, le Groupe de Recherche de St-Privat d'Allier (*), dont les études sur la foudre ont débuté en 1973, a notablement accru son potentiel de mesure en 1977 et 1978, notamment par l'implantation sur le site expérimental d'un réseau terrestre de moulins à champ destiné à la localisation et la détermination des charges électriques neutralisées par une décharge de foudre, et d'un réseau VHF phasé pour la localisation et la caractérisation des "stepped leaders" associés à l'éclair. Grâce à ces deux réseaux mis en oeuvre et exploités par l'O.N.E.R.A., les

<footnote>(*) Participaient à ce groupe en 1978, les organismes suivants : Electricité de France (Clamart), Commissariat à l'Énergie Atomique (Saclay, Grenoble, Bruyère le Chatel), Centre National d'Etude des Télécommunications (Lannion), Office National d'Etude des Télécommunications (Lannion), Office National d'Etudes et Recherches Aérospatiales (Paris), Institut et Observatoire de Physique du Globe (Clermont-Ferrand), Laboratoire de Physique de l'Atmosphère (Toulouse).</footnote>
études initialement centrées sur les éclairs déclenchés artificiellement par des fusées tirant un fil métallique ont été étendues aux éclairs naturels.

De son côté, la Météorologie Nationale (E.E.R.M.) a développé une "aquasonde" sonde largable par avion et capable de transmettre les informations spectrogranulométriques relatives aux hydrométéores de 10 à 200 microns de diamètre rencontrés le long de sa trajet-toire de chute (KLAUS et CHAMPEAUX, 1977 a et b). L'aquasonde a été testée en laboratoire par comparaison avec les spectrogranulomètres Knollenberg du Laboratoire Associé de Météorologie Physique - L.A.M.P. Clermont-Ferrand - (GAYET et CHAMPEAUX, 1978) et in situ (CHALON et al., 1979).

La mise sur orbite du satellite géostationnaire européen METEOSAT, à la fin de l'année 1977 a ouvert un champ important d'applications aux compétences développées par la Météorologie Nationale/E.E.R.M. et le Laboratoire de Météorologie Dynamique/C.N.R.S. (SZEJ-WACH et DESBOIS, 1978), dans le domaine de l'étude de l'activité convective à l'échelle intermédiaire et synoptique. La position de METEOSAT, à la verticale de l'intersection du Méridien de Greenwich et de l'Equateur, en font un instrument de première importance pour l'étude de la convection tropicale africaine et atlantique.

### III – CONVECTION PROFONDE TROPICALE

Une opération concertée de recherche expérimentale sur la convection tropicale africaine a été menée en Côte d'Ivoire en octobre 1977. Elle réunissait le L.A.M.P., la Faculté des Sciences d'Abidjan (Côte d'Ivoire), la Faculté des Sciences de Lomé (Togo), la Météorologie Ivoirienne, le Laboratoire d'Optique Atmosphérique de Lille. Les premiers résultats de cette expérience, déduits principalement des mesures effectuées à l'aide de l'avion DC7/AMOR (GAYET et al., 1978) ont révélé l'existence dans certaines parties des cumulonimbus étudiés, de teneurs en eau liquide trois fois supérieures aux teneurs en eau liquide adiabatiques, avec des diamètres volumiques médians de plus de 1 mm. Les zones de forte teneur en eau se sont de plus avérées être de faible étendue horizontale par rapport au diamètre des cellules pénétrées, et correspondre à des zones de vitesse verticale sensiblement nulle situées entre des courants ascendants rapides.

Dans le sillage de cette opération, une participation à l'expérience WAMEX (1979) a été élaborée par le L.A.M.P., en coopération avec l'E.E.R.M., sur le thème de l'étude des ondes d'Est et principalement du rôle de la convection dans leur bilan énergétique. En plus des mesures provenant du réseau international et des mesures obtenues à l'aide du DC6/AMOR, cette participation bénéficiera du support théorique d'un modèle numérique à moyenne échelle développé par l'E.E.R.M. (LEPAS et ROUSSEAU, 1978) et d'un modèle unidimensionnel composite développé par le L.A.M.P. (POINTIN) et destiné à l'étude de l'interaction cellule-cellule et cellule-environnement.

Une autre expérience sur la convection isolée a été projetée pour mai-juin 1979 en Côte d'Ivoire, par le C.R.P.E. le L.M.D. et l'E.E.R.M., et l'Université d'Abidjan, en préparation d'une opération prévue pour 1980 dans laquelle seront notamment engagés les radars Doppler RONSARD et la station météorologique mobile "4M" de l'E.E.R.M. En support théorique de cette expérience, un modèle numérique à trois dimensions de convection profonde a été élaboré au L.M.D., modèle qui est une extension de celui de SOMMERIA (1976) basé sur l'intégration des équations primitives en approximation anélastique, et qui reprend des hypothèses similaires quant à la fermeture du système des équations de turbulence au deuxième ordre.
## IV – CONVECTION PROFONDE EXTRATROPICALE

Un des thèmes de recherche les plus étudiés sur la convection extratropicale isolée, au cours des quatre dernières années, semble avoir été le développement discontinu et pulsatoire des nuages orageux ou gréligènes. Avec des approches différentes, RAMOND et TIXERONT (1976), ADMIRAT et al. (1977), RAMOND (1977), DESROZIERS et RENOUF (1978), GAYET (1978), ont clairement mis en évidence cet aspect à partir de données acquises dans le cadre de programmes tant nationaux (“orages sévères” D.G.R.S.T./I.N.A.G.) internationaux (“GROSSVERSUCH IV”, cf. section “Modification du Temps” du présent rapport). RAMOND (1977, 1978 a et b) a proposé un élément théorique d’interprétation de ce caractère pulsatoire de la croissance des nuages développés à partir d’une étude expérimentale de l’interaction nuage-environnement en présence d’un cisaillement vertical du vent.

Les radars Doppler jumelés RONSARD, associés à trois stations de radiosondages lançant des ballons sondes à intervalles courts, ont permis en 1977 et 1978 des études fines de la structure dynamique d’évènements de convection profonde à caractère frontal. GILET, THOUVENIN et LAFAYSSE (1978) présentent un des cas observés en cours d’analyse.

Les radars RONSARD ont été également mis en œuvre, au cours de l’été 1978, par l’I.O.P.G. de Clermont-Ferrand et le C.N.E.T. en conjonction avec le programme suisse-franco-italien GROSSVERSUCH IV relatif à la modification des orages à grêle. Plusieurs cas de convection isolée, modifiés ou non, font l’objet d’une étude qui devrait déboucher sur des résultats significatifs tant sur le plan de la dynamique de la convection que sur le contrôle de l’efficacité des méthodes de modification utilisées.

## V – ELECTRICITE ATMOSPHERIQUE ASSOCIEE AUX NUAGES ORAGEUX

Le très grand nombre des mesures tant directes qu’indirectes effectuées par le Groupe de Recherches de St-Privat d’Allier, sur des éclairs déclenchés artificiellement a permis d’apporter des précisions importantes sur les caractéristiques d’une décharge de foudre (G.R.S.P.A., 1978 a et b). Parmi celles-ci figure la différence constatée entre les éclairs naturels et ceux déclenchés artificiellement par fusée tirant un fil métallique, ces derniers présentant une montée en courant plus rapide (200 nanosecondes) et une composante persistante plus longue assurant un écoulement de charge plus important. C’est ce qui a, au moins en partie, motivé l’augmentation du potentiel de mesure sur les éclairs naturels (voir plus haut).

Le Laboratoire de Physique de l’Atmosphère (Toulouse) a développé parallèlement, puis conjointement, des recherches sur les effets interactifs des champs électriques et des précipitations (CHAUZY, 1975 ; BANAT, 1975 ; DESPIAU, 1976 ; CHAUZY et DESPIAU, 1977).

Ces recherches fondamentales ont donné lieu à certaines applications dans le domaine de la protection contre la foudre au sol (G.R.S.P.A., 1978 a et b). L’O.N.E.R.A. a pour sa part étudié les critères de foudroiement d’un aéronef en altitude et les phénomènes d’origine tribo-électrique rencontrés en vol afin de proposer des solutions à finalité industrielle.

## VI – CONCLUSION

Le potentiel de la communauté scientifique française, pour ce qui est de l'étude de la convection profonde atmosphérique s'est substantiellement modifié et renforcé au cours de la période couverte par le présent document. L'effet de ces changements, déjà notable en 1977 et 1978, se fera pleinement sentir les années qui viennent.
ADMIRAT P., GOYER G. et BLIN P. (1977) – Un mécanisme pulsatoire des cellules orageuses à l'origine des cœurs de grêles observés au sol. *Actes des Journées d'Etudes sur la convection développée et les précipitations*. Clermont-Ferrand, Université de Clermont II.

AMAYENC P., CHONG M., NUTTEN B., REVAH I., SAUVAGET A. et TESTUD J. (1978) – Etude de la convection nuageuse à l'aide du système de deux radars Doppler RONSARD. *Colloque International sur le Radar*, S.E.E., Paris.

BANAT M. (1975) – Théorie de la déformation et de la stabilité des gouttes composant un nuage orageux soumises à des actions électriques intenses. Thèse de Doctorat de 3ᵉ cycle, Université Paul Sabatier, Toulouse.

BREGER G. (1977) – Etude par radar Doppler des mouvements atmosphériques au voisinage d'un front froid. Thèse de Doctorat de 3ᵉ cycle, Université de Pierre et Marie Curie.

CHALON J.P., MM. ANNE, CHAMPEAUX, DELAITRE, HENRION, ROUMIGUIERE, SAUVAGEOT, SENNEQUIER, (1979) – Etude de la physique des précipitations dans les nuages chauds : Campagne AQUASONDE, Captieux 1978. *Note Technique E.E.R.M., Météorologie Nationale, à paraître*.

CHAUZY S. (1975) – Une méthode de mesure de la composante horizontale du champ électrique à l'intérieur des nuages. *J. Rech. Atmos., IX*, n° 3, p. 127-133.

CHAUZY S. et DESPIAU S. (1979) – Rainfall rate and electric charge of raindrops. Soumis pour publication au *J. of Appl. Meteor*.

DESPIAU S. (1976) – Une étude expérimentale de la charge électrique des gouttes de pluie. Thèse de Doctorat de 3ᵉ cycle, Université Paul Sabatier, Toulouse.

DESROZIERS G. et RENOUF M. (1978) – Etude de quelques orages à grêle dans la région du Napf. *Publication n° 218*, Laboratoire de Glaciologie, C.N.R.S., Université de Grenoble.

GAYET J.F. (1978) – Time evolution of the microstructure of a Cb cloud in middle latitudes. *A.M.S. Conf of Cloud Physics and Atm. Electricity*, Issaquah, Washington, U.S.A.

GAYET J.F. et CHAMPEAUX J.L. (1978) – Comparaison des résultats de l'aquasonde et des appareils de Knollenberg pour la mesure du spectre dimensionnel des gouttes des nuages. *Rapport Technique du L.A.M.P.*, Université de Clermont II.

GAYET J.F., JARMUZINSKI M., SOULAGE R.G. (1978) – Microstructure of an accumulation zone in a tropical Cb cloud. *A.M.S. Conf. on Cloud Physics and Atm. Electricity*, Issaquah, Washington, U.S.A.

GILET M. (1977) – Mesure des champs de vent à l'intérieur des précipitations à l'aide de radars Doppler. *Actes des Journées d'Etudes sur la Convection Développée et les Précipitations*. Clermont-Ferrand, Université de Clermont II.

GILET M., AMAT A., AMAYENC P., CAMPISTRON B., LEBERRE P., PASTRE C., TESTUD J., WALDTEUFEL P. (1978) – Campagne de mesures "FRONTS 77" ; compte rendu des opérations. *Note Technique n° 407*, Météorologie Nationale / E.E.R.M.

GILET M., KLAUS V., GAYARD M. (1979) – Analyse des données du système de deux radars Doppler RONSARD : réconstitution des champs de vent. *Note Technique*, Météorologie Nationale / E.E.R.M. (à paraître).

GILET M., MM. THOUVENIN et LAFAYSSE (1978) – Anatomie à moyenne échelle d'un front ondulant. *La Météorologie* (à paraître).

Groupe de Recherches de Saint-Privat d'Allier, (1978 a) – Développement des Recherches sur la foudre en France. *XIVe Conférence Internationale pour la protection contre la foudre*, GDANSK, Pologne, *Rapport 1.03 et 1.10*.

Groupe de Recherche de Saint-Privat d'Allier, (1978 b) – Développement des Recherches sur la foudre en France. *I.E.E.E. /PAS*, 97, n° 3, p. 725.

KLAUS V., et CHAMPEAUX J.L. (1977 a) – L'aquasonde : sonde fournissant le spectre dimensionnel des gouttes de nuages suivant une coupe verticale. *Actes des Journées d'Etudes sur la Convection Développée et les Précipitations*. Clermont-Ferrand, janvier 1977, Université de Clermont II.

KLAUS V. et CHAMPEAUX J.L. (1977 b) – L'aquasonde. *La Météorologie*, n° 10, série 6, p. 61-75.

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# VIII - MÉTEOROLOGIE TROPICALE

Pierre DE FELICE

I.U.T. DAKAR

## 1 – INTRODUCTION

Depuis la parution, en 1945, d'un manuel de météorologie tropicale, édité par l'Armée de l'Air des Etats-Unis (traduit en français en 1950), l'intérêt pour les phénomènes météorologiques des basses latitudes est allé en croissant. Cependant, le petit nombre des stations d'observation a toujours été un frein au développement des recherches en météorologie tropicale. L'Expérience Tropicale du GARP dans l'Atlantique (ETGA, en anglais GATE) durant l'été 1974 a permis de récolter une immense moisson de données sur l'Atlantique au Sud-Ouest de Dakar, ainsi que sur l'Afrique de l'Ouest. Malheureusement des retards dans la publication des observations ont limité le nombre des études.

## 2 – PARTICIPATION FRANCAISE

La participation française à l'effort international pour mieux comprendre les phénomènes météorologiques des régions tropicales, durant les quatre dernières années, peut se classer en trois chapitres : la mise au point d'appareils ou de méthodes de mesures ; des campagnes de mesures, des descriptions et des analyses de phénomènes propres aux régions tropicales ; des modèles pour la simulation de l'évolution de phénomènes météorologiques.

a – Des ballons plafonnants surpressurisés ont été mis au point pour faire des sondages horizontaux à basse altitude (environ 1 000 m), dans la couche de mousson. Ils ont donné de bons résultats au cours de plusieurs campagnes de mesure.

b – Dès 1975, ces ballons plafonnants ont été lancés pour étudier la mousson indienne durant l'été boréal. Des champs quotidiens de vent, de pression, de température de l'air et de surface de la mer ont été établis.

Des fichiers de la trajectoire des cyclones de l'Océan Indien, du Pacifique Ouest et de la région des Caraïbes ont été complétés ou entrepris.

Une campagne de mesure de la convection nuageuse s'est déroulée en Côte-d'Ivoire en automne 1977. Les premiers résultats analysés font apparaître des vitesses verticales du vent et des teneurs en eau liquide dans les cumulonimbus bien supérieures aux valeurs généralement admises jusque là.

L'étude des aérosols d'origine saharienne, entre le Niger et la Côte-d'Ivoire, se poursuit : zones source, trajectoires, rôle de la stabilité de l'air sur le maintien des poussières en suspension, granulométrie des nuages de poussières, composition chimique des particules et facteur d'enrichissement, influence des particules sur la transmission des rayonnements.

Diverses études des ondes d'Est ont été faites à l'aide des données du GATE : Structure d'une onde d'Est en juillet 1974, étude statistique de ces ondes entre Bamako et Dakar, situations à ondes d'Est sur l'Afrique Occidentale.
c – Un modèle de simulation de la convection pouvant s'élever jusqu'à la tropopause et donner lieu à précipitation a été développé et comparé aux données d'observation du GATE et de l'Expérience de Porto Rico de 1972.

Un modèle simulant la circulation atmosphérique, appliqué aux données de vent du GATE, a permis de trouver les conditions de la formation des ondes d'Est en été.

### 3 – CONCLUSION

Le lancement du satellite géosynchrone Météosat a ouvert de nouvelles possibilités pour la connaissance du temps en Afrique où les stations de mesure sont peu nombreuses, surtout au Sahara. Le projet WAMEX (West African Monsoon Experiment) greffé sur MONEX a été proposé pour améliorer la compréhension des phénomènes de la mousson en Afrique de l'Ouest.

Ce projet africain intéresse diverses équipes françaises de recherche. Nul doute que les observations qui seront recueillies entre mai et août 1979 ne soient le point de départ de nombreuses études de météorologie tropicale.

* ASECNA (1978) – Calcul pratique de la divergence, du tourbillon et de la vitesse verticale à l'usage du prévisionniste. *Publication n° 43 du Bureau d'Etudes ASECNA*.

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* CADET D. et OLORY-TOGBE P. (1977) – The propagation of tropical disturbances over the Indian Ocean during the summer monsoon. *Mon. Weath. Rev.* 105, p. 700-708.

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* VILTARD A. et de FELICE P. (1977) – Modèle d'ondes d'Est à 200 mb. *Météorologie Tropicale*, n° Spécial de la météorologie, p. 149-157.