# Le projet Reclus - Télédétection, rayonnement et bilan d'énergie en climatologie urbaine à Strasbourg

Georges Najjar, P.P. Kastendeuch, M.P. Stoll, J.-R. Colin, Françoise Nerry, N.

Ringenbach, J. Bernard, A. De Hatten, Ramazani Luhahe, Daniel Viville

► To cite this version:

Georges Najjar, P.P. Kastendeuch, M.P. Stoll, J.-R. Colin, Françoise Nerry, et al. Le projet Reclus - Télédétection, rayonnement et bilan d'énergie en climatologie urbaine à Strasbourg. La Météorologie, 2004, 8 (46), pp.44. 10.4267/2042/36060. hal-04706010

HAL Id: hal-04706010

https://hal.science/hal-04706010v1

Submitted on 24 Sep 2024

HAL is a multi-disciplinary open access
archive for the deposit and dissemination of sci-
entific research documents, whether they are pub-
lished or not. The documents may come from
teaching and research institutions in France or
abroad, or from public or private research centers.

L'archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est
destinée au dépôt et à la diffusion de documents
scientifiques de niveau recherche, publiés ou non,
émanant des établissements d'enseignement et de
recherche français ou étrangers, des laboratoires
publics ou privés.

<figure><img src="image_1.png" /></figure>

Distributed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License
# Le projet Reclus

## Télédétection, rayonnement et bilan d'énergie en climatologie urbaine à Strasbourg

G. Najjar(1), P. P. Kastendeuch(2), M.-P. Stoll(1), J.-R. Colin(1), F. Nerry(1), N. Ringenbach(1), J. Bernard(1), A. De Hatten(1), R. Luhawe(1) et D. Viville(2)

## Résumé

Cet article donne un aperçu des mesures obtenues lors d'une campagne menée durant l'été 2002 dans le cadre du projet Reclus (Rayonnement et bilan d'énergie en climatologie urbaine à Strasbourg). Un échafaudage installé dans une rue a permis de réaliser des mesures continues des différents paramètres météorologiques sur quatre niveaux. Des mesures similaires ont été effectuées à l'échelle du quartier à l'aide de mâts instrumentés. Deux périodes d'observation intensive ont eu lieu en relation avec des mesures de télédétection : la première impliquait un capteur aéroporté hyperspectral, la seconde une caméra infrarouge héliportée.

## Abstract

**The Reclus project: remote sensing, radiation and energy balance in urban climatology of the Strasbourg area**

This paper gives information about a measurement campaign that took place in the area of Strasbourg during the Summer 2002 within the framework of the Reclus project. Scaffolding was installed in a urban canyon to allow measurements of meteorological parameters at four levels. Similar measurements were made at the quarter scale with two masts. Complementary information was acquired using remote sensing during two intensive observation periods: the first one with an airborne hyperspectral sensor, and the second with an infrared camera carried by a helicopter.

## Contexte, définitions et objectifs

L'extension continue des zones urbaniées, souvent à forte densité de bâti, suscite depuis longtemps des études et des recherches, dont l'objectif est de documenter les paramètres du climat urbain, en liaison avec les caractéristiques propres de la zone urbaine et de son contexte régional (géométrie, site...). In fine, il s'agit d'évaluer l'impact du climat urbain sur la santé publique et l'environnement. Deux approches complémentaires sont suivies :

- une approche descriptive qui s'appuie sur la mesure des paramètres climatologiques (température de l'air, humidité, vent, etc.);

- une approche de modélisation physique qui est nécessaire pour l'interprétation de ces paramètres, tant au niveau local qu'en ce qui concerne le couplage de la surface urbanisée avec la circulation dans la basse troposphère.

L'interprétation des paramètres climatiques urbains passe par la connaissance du bilan radiatif et du bilan d'énergie de la surface étudiée, bilans qui dépendent

étroitement des propriétés de l'atmosphère et des caractéristiques propres des surfaces. Ces caractéristiques, directement liées à la géométrie et à la nature des matériaux (notamment l'albédo, l'émissivité et les propriétés thermiques), se distinguent par une forte variabilité qui conduit à deux types de difficultés :
- la nécessité de disposer d'un nombre important de sites d'observation dans un milieu aussi hétérogène qu'une agglomération urbaine ;
- la complexité de mesurer et d'exprimer les échanges d'énergie et de masse entre la surface et les couches sus-jacentes.

Pour structurer les démarches expérimentales et de modélisation, il convient de distinguer deux couches dans l'environnement urbain (Oke, 1976) :

• La canopée urbaine (Urban Canopy Layer, UCL) englobe un volume contenant les bâtiments, l'air en dessous du niveau moyen des toits et le sol. Elle est sous la dépendance directe de la géométrie, de la nature des matériaux et de

L'étude du climat urbain est nécessaire pour évaluer son impact sur la santé publique et sur l'environnement. Ici, la ville de Strasbourg.

<figure><img src="image_2.png" /></figure>

<footnote>(1) Laboratoire des sciences de l'image, de l'informatique et de la télédétection
UMR 7005 ULP-CNRS, Pôle API - Université Louis-Pasteur - BP 10413
67412 Illkirch Cedex
najjar@equinoxe.u-strasbg.fr</footnote>

<footnote>(2) Centre de géochimie de la surface - Université Louis-Pasteur
Strasbourg</footnote>
l'occupation du sol. Dans cette couche, l'entité de base est le **canyon urbain**, limité par la rue, les murs et les toits des bâtiments qui la bordent.

• La **couche limite urbaine** (Urban Boundary Layer, UBL) est située au-dessus de la précédente et sa hauteur dépend des paramètres de la surface, de l'extension de la ville et des conditions atmosphériques. La base de la couche limite urbaine constitue une surface d'échange fictive à travers laquelle se fait la connexion avec la canopée urbaine. Pour cette couche, l'échelle de travail est le **quartier** ou fragment urbain (Mestayer et Anquetin, 1994), qui est une juxtaposition de plusieurs canyons de géométrie relativement homogène mais d'orientations différentes. Cette échelle est précisément celle de la nouvelle génération des modèles atmosphériques non hydrostatiques bien adaptés à la climatologie urbaine.

La démarche de la climatologie urbaine consiste alors à combiner, d'une part, des mesures détaillées de terrain sur des sites complètement documentés, ponctuels ou d'extension limitée ; d'autre part, des modèles testés sur ces mesures locales et dont l'extension aux échelles du quartier et de l'agglomération passe nécessairement par des mesures spatialisées effectuées par des moyens de télédétection. Ces modèles seront, selon l'échelle, soit des modèles physiques détaillés et adaptés à l'échelle du canyon (Groleau et Marenne, 2001 ; Nunez et Oke, 1977), soit des modèles atmosphériques non hydrostatiques bien adaptés à l'échelle du quartier ou de l'agglomération. La principale difficulté est alors de paramétrer les flux d'une façon convenable et adaptée aux spécificités du système urbain (Grimmond et Oke, 2002 ; Masson, 2000). Les mesures réalisées aux différentes échelles servent comme données d'entrée ou comme éléments de validation pour les modèles. Cette étape de validation est primordiale et permet de quantifier les erreurs induites par les différentes simplifications.

Cet article décrit les mesures effectuées et les premiers résultats obtenus lors de la campagne expérimentale menée à Strasbourg, durant l'été 2002, dans le cadre du projet Reclus (Rayonnement et bilan d'énergie en climatologie urbaine à Strasbourg). Les objectifs de cette expérimentation étaient de :
- documenter de façon détaillée, par des mesures directes et/ou de télédétection, le bilan radiatif et le bilan d'énergie à l'échelle du canyon, du quartier et de l'agglomération ;

- tester et valider des modèles physiques adaptés à l'échelle du canyon (modèles Solene, Cerma de Nantes) et des schémas de paramétrisation de surface adaptés à l'échelle du quartier et de l'agglomération, comme TEB (Masson, 2000) ;
- tester et valider différentes méthodes d'agrégation permettant de passer de l'échelle locale (canyon urbain) à l'échelle de l'agglomération.

Pour atteindre ces objectifs, la télédétec-

tion apparaît comme un outil indispensable pour fournir des paramètres d'entrée et pour valider les résultats des modèles aux trois échelles concernées.

## Les sites expérimentaux

Le domaine expérimental est celui de la ville de Strasbourg, située dans le fossé rhénan (7° E, 48° N). Ce domaine possède un certain nombre d'atouts :

- l'absence de relief marqué, ce qui facilite grandement l'analyse et la modélisation de l'impact du climat régional sur la ville ;

- une circulation atmosphérique simple dans les basses couches, en raison d'une canalisation des vents suivant un axe nord-sud par le fossé rhénan ;

- l'existence d'un réseau dense de mesures locales (rayonnement, paramètres météorologiques, qualité de l'air) mis en place par l'Aspa (Association pour la surveillance de la pollution atmosphérique à Strasbourg) et Météo-France ;

- une base de données importante, constituée dans le cadre d'opérations antérieures destinées à cerner la dynamique spatio-temporelle de l'îlot de chaleur et de l'humidité urbaine à Strasbourg (Najjar et al., 2000 ; Fischer, 2001).

Les sites de mesure ont été choisis afin d'obtenir des informations à la fois dans la canopée urbaine (dans un canyon) et dans la couche limite urbaine (au-dessus des toits). La rue de l'Argonne (figure 1) a été choisie comme canyon. Elle est

située dans une zone résidentielle à deux kilomètres au nord-est du centre de l'agglomération. Elle est orientée nord - nord-est, sud - sud-ouest, à 35 degrés du nord géographique. D'une longueur de 200 mètres pour 24 mètres de large (L), elle est bordée de bâtiments jointifs aux façades relativement homogènes des deux côtés et d'une hauteur moyenne de 22 mètres (H), ce qui donne un rapport H/L de 0,9. Ce canyon urbain, qui possède quelques surfaces végétales, se rapproche du « canyon idéal » utilisé dans les modèles de climatologie urbaine.

Deux types de quartiers ont été sélectionnés : le premier (PEGE, figure 1) englobe le site expérimental de la rue de l'Argonne et inclut des bâtiments d'une quinzaine de mètres de hauteur en moyenne, dont les façades extérieures font partie de canyons de géométrie relativement homogène ; le deuxième (IPG, figure 1) est situé à 500 mètres du premier et se caractérise par une plus forte proportion de surfaces végétales.

## Instrumentation et mesures

### Les mesures micrométéorologiques fixes

Des mesures micrométéorologiques de surface ont été effectuées en continu à l'échelle du canyon et du quartier entre le 20 juillet et le 20 août 2002.

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>Figure 1 - Carte de localisation des sites de la campagne expérimentale dans l'agglomération de Strasbourg.</figcaption></figure>
<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>Figure 2 - Le canyon urbain de la rue de l'Argonne, à Strasbourg.</figcaption></figure>

## Le site radiatif de référence

Pour obtenir une estimation détaillée des flux radiatifs entrant au sommet de la canopée urbaine, Strasbourg dispose depuis quelques années d'un site radiatif de référence (IPCB, figure 1) situé sur le toit d'un bâtiment. Grâce à une monture équatoriale automatique SCI-TEC qui suit en permanence la trajectoire du soleil, le dispositif installé permet une mesure continue du rayonnement solaire direct (pyrhéliomètres Kipp & Zonen CH1) et diffus (pyranomètre Kipp & Zonen CM11 équipé d'une boule). En complément, le rayonnement solaire (diffus et global) est également mesuré par deux pyranomètres (Kipp & Zonen CM11) dont l'un est équipé d'un cache solaire (pour la mesure du diffus). Enfin, le rayonnement infrarouge atmosphérique est mesuré par un pyrgéomètre Kipp & Zonen CG1.

## À l'échelle du canyon urbain

À l'échelle du canyon urbain, rue de l'Argonne, un dispositif très complet destiné à mesurer les flux (rayonnement, chaleur, mouvement, vapeur d'eau) a été installé sur un échafaudage de 25 mètres de haut et de 5 mètres de long. Celui-ci a été placé perpendiculairement à l'une des façades du canyon (figure 2), afin de permettre des mesures le long des parois ainsi qu'au-dessus de la rue, à quatre niveaux de hauteur. Tous les instruments ont été installés sur des bras horizontaux procurant un décalage par rapport à l'échafaudage. Les mesures effectuées à ces niveaux sont les suivantes :

* Dans les courtes longueurs d'onde, les flux radiatifs incident et réfléchi (pyranomètre) ; dans les grandes longueurs d'onde, les flux incident et émis, y compris la partie réfléchie (pyrgéomètres). Ces mesures ont été faites à l'horizontale et parallèlement aux murs.

* Le flux de chaleur sensible mesuré par des anémomètres soniques, à trois niveaux du 28 juillet au 13 août, puis à quatre niveaux pour le reste de l'expérience.

* Les vecteurs vent et les paramètres de turbulence dérivés des mesures des anémomètres soniques 3D.

* La température et l'humidité mesurés dans des abris ventilés.

Le flux de chaleur latente n'a été mesuré qu'au sommet du canyon, pour la période de beau temps du 14 au 20 août 2002, par un hygromètre à krypton

Campbell Scientific KH20. De plus, la température de brillance locale de la surface asphaltée de la rue et de l'une des façades a été mesurée à l'aide de radiothermomètres Everest, dans la bande 8-14 µm.

## À l'échelle du quartier

Pour obtenir des mesures à l'échelle des deux quartiers (dans la couche limite urbaine), les instruments – anémomètre sonique, bilanmètre, albédomètre – ont été installés sur deux mâts. Dans le quartier du PEGE, un mât de 30 mètres a été érigé au milieu d'une cour ; il domine les bâtiments environnants de 15 mètres. Dans le quartier de l'IPG, un mât de 12 mètres a été installé sur le toit d'un bâtiment de 20 mètres de hauteur.

## Les périodes d'observation intensive

Toutes ces mesures micrométéorologiques fixes ont été complétées par des données de télédétection aux différentes échelles choisies (canyon, quartier et agglomération). Ces mesures complémentaires ont eu lieu lors de deux périodes d'observation intensive (POI), par conditions de ciel clair et de vent faible (inférieur à 2 m/s).

La première POI a impliqué des vols de l'avion Dornier 228 de la DLR(1), le 27 juillet 2002 à 16 h UTC et le 28 juillet à 7 h et 11 h 30 UTC, avec à bord l'imageur hyperspectral DAIS79 couvrant les domaines visible et infrarouge thermique. Chaque vol consistait en deux passages selon deux lignes

perpendiculaires, de 10 kilomètres chaune, se croisant au-dessus du centreville. Les lignes de vol ont été orientées de manière à ce que l'une soit dans le plan principal du soleil et l'autre dans le plan perpendiculaire. Les images du DAIS79 ont été acquises à une altitude de 1 800 mètres, conduisant à une résolution spatiale de l'ordre de 4 mètres.

La deuxième POI, le 14 août 2002, a consisté à survoler le canyon et les quartiers ainsi que quelques sites de référence (un plan d'eau et une surface dallée) avec une caméra infrarouge Inframetrics 760 embarquée sur un hélicoptère. Les survols ont eu lieu à 8 h, 11 h 30 et 16 h UTC à une altitude de 300 à 400 mètres. Chaque survol a été répété deux fois, avec deux objetsifs différents de 20 degrés et 7 degrés de champ de vue, donnant une résolution de 0,7 et 0,3 mètres respectivement.

En vue d'étalonner et de valider les images obtenues lors de chaque POI, des mesures additionnelles ont été effectuées :

* Des mesures de réflectance sur des surfaces tests (eau, béton, toit...) à l'aide d'un spectromètre GER 3700 et d'un radiomètre Barringer HHRR équipé des filtres Landsat-TM et Spot, ainsi que des mesures d'émissivité à l'aide d'un radiomètre infrarouge Cimel.

* Des radiosondages pour connaître la structure verticale de l'atmosphère entre le sol et les altitudes de vol. Ces données à très haute résolution verticale correspondent aux heures de survol de

<footnote>(1) DLR : Centre aérospatial allemand (Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt).</footnote>
<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>Figure 3 - Évolution du rayonnement solaire global (a) et réfléchi (b) mesurés horizontalement à plusieurs niveaux (5,7 m ; 11,7 m ; 15,7 m ; sommet) dans le canyon pendant une journée ensoleillée, le 28 juillet 2002.</figcaption></figure>

la ville, à raison d'un radiosondage toutes les six heures, soit huit radiosondages pour les 27 et 28 juillet et trois pour le 14 août.

* Des mesures distribuées de la température de surface des bâtiments dans le canyon urbain, à l'aide d'une caméra infrarouge AGA 786 montée sur un chariot mobile.

## Les mesures mobiles

Pour mieux caractériser l'extension spatiale des îlots de chaleur et d'humidité urbaine, des mesures mobiles ont été exécutées sur plusieurs cycles de 24 heures, à l'aide d'un véhicule équipé de capteurs de température et d'humidité ainsi que d'un récepteur GPS. Chaque cycle comprenait deux transects (l'un N-S et

l'autre E-O) dont les tracés ont été définis de sorte à couvrir un échantillon représentatif de l'occupation du sol de l'agglomération strasbourgeoise.

## Résultats préliminaires

Les résultats présentés ici concernent essentiellement la journée du 28 juillet 2002, excepté les figures 7 et 9 qui ont été obtenues pour celle du 15 août 2002. Ces deux journées sont soumises aux mêmes contextes météorologiques, à savoir des conditions radiatives optimales (nébulosité nulle) par vent faible (inférieur à 2 m/s).

La figure 3a présente le rayonnement global incident pour une journée de ciel clair à plusieurs niveaux dans le canyon. On peut remarquer l'influence de l'ombre portée des façades (effet de masque) sur l'éclairement solaire direct dans le canyon : alors que le capteur placé au sommet du canyon n'est pas influencé par les ombres portées (la courbe de rayonnement suit une

croissance et une décroissance régulières entre le lever et le coucher du soleil), les capteurs placés à l'intérieur du canyon subissent un effet de masque d'autant plus important qu'ils sont placés bas. En effet, le capteur placé à 5,7 mètres ne reçoit que du rayonnement diffus ou réfléchi le matin et le soir, sauf entre 8 h 30 et 14 h 30 lorsque le soleil parvient à éclairer le fond du canyon. La durée d'exposition au rayonnement direct mesuré au niveau le plus bas (5,7 m) représente la moitié de celle mesurée au sommet. Ce résultat est à mettre en relation avec la géométrie du canyon (rapport H/L égal à 0,9). Le rayonnement maximal atteint 830 W.m⁻² à midi solaire à tous les niveaux. Ces

tions serait que les capteurs les plus hauts ont une plus forte probabilité d'intégrer des surfaces à l'ombre ou à faible albédo dans leur champ de vision que les capteurs les plus bas. La configuration en fin de journée (de 14 à 19 h) est identique à celle du matin puisque, avec le soleil couchant, la base du canyon passe à l'ombre la première, alors que les parties supérieures des façades encore éclairées sont capables de réfléchir une bonne part du rayonnement solaire reçu.

La figure 4 présente le rayonnement solaire global mesuré par un albédomètre placé parallèlement aux façades et à mi-hauteur du canyon. Les deux faces du capteur mesurent le rayonnement global, qui s'apparente à celui reçu par chacune des deux façades du canyon. La face du capteur qui

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Figure 4 - Évolution du rayonnement solaire global mesuré au centre du canyon par un albédomètre orienté verticalement pendant une journée ensoleillée, le 28 juillet 2002. La courbe en trait épais représente le rayonnement reçu par la face du capteur tournée vers l'est - sud-est (face ESE) ; la courbe en trait fin représente le rayonnement reçu par la face du capteur tournée vers l'ouest - nord-ouest (face ONO).</figcaption></figure>

mesures, combinées à celles de la station radiative de référence, devraient nous permettre d'estimer par calcul la part du rayonnement solaire direct et diffus incident à différents niveaux dans le canyon urbain.

La figure 3b présente le rayonnement solaire réfléchi à trois niveaux dans le canyon. Le matin (entre 4 et 9 h), le rayonnement réfléchi augmente des niveaux inférieurs (5,7 m) vers les niveaux supérieurs (15,7 m). En effet, les parties hautes du canyon sont éclairées les premières ; elles réfléchissent donc une plus grande quantité d'énergie que les parties bases qui sont encore à l'ombre. À mi-journée (de 9 à 14 h), alors que le canyon est entièrement éclairé par le soleil qui se situe dans l'axe de la rue de l'Argonne, cette tendance s'inverse : le rayonnement réfléchi est plus fort aux niveaux inférieurs (5,7 m) qu'aux niveaux supérieurs (15,7 m). L'une des explications
<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>Figure 5 - Évolution du rayonnement infrarouge descendant (IN) et ascendant (OUT) mesurés à trois niveaux (5,7 m ; 11,7 m ; sommet) dans le canyon, pendant une journée ensoleillée, le 28 juillet 2002.</figcaption></figure>

regarde vers l'est - sud-est (ESE) est d'abord à l'ombre entre le lever et 6 h 45 du matin (le soleil est masqué par les bâtiments). L'énergie reçue provient uniquement du rayonnement diffus et réfléchi. Lorsque le soleil est suffisamment haut pour éclairer le capteur, la quantité d'énergie reçue augmente brutalement (diffus + direct). Puis elle diminue lentement jusqu'à 13 h lorsque le capteur repasse à l'ombre. De 13 h à 19 h, l'énergie provient uniquement du rayonnement diffus. La courbe de la face du capteur qui regarde vers l'ouest - nord-ouest (ONO) s'interprète de façon identique. Le capteur reçoit du rayonnement diffus entre le lever du soleil et 13 h, puis il enregistre l'arrivée de rayonnement solaire direct pendant 2 heures 30, jusqu'au moment où le capteur repasse à l'ombre, ce qui se traduit par une diminution brutale de la quantité d'énergie reçue qui ne provient que du diffus jusqu'au coucher du soleil. La dissymétrie entre les courbes est due à la géométrie du canyon, à son orientation NNE-SSO, mais aussi au fait que le capteur n'est pas situé exactement au milieu de la rue.

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>Figure 6 - Évolution des températures dans le canyon pendant une journée ensoleillée, le 28 juillet 2002 : température de l'air (trait épais), température de surface de la façade orientée ouest - nord-ouest (trait fin) et température du sol (trait d'épaisseur intermédiaire).</figcaption></figure>

La figure 5 présente le rayonnement infrarouge atmosphérique descendant (IN) et le rayonnement terrestre ascendant (OUT) mesurés au sommet et dans le canyon. Pour le rayonnement descendant, on observe un parallélisme presque parfait entre celui mesuré sur le toit et ceux mesurés dans le canyon. La seule différence vient du fait que l'infrarouge incident au sommet est inférieur de 30 W.m⁻² à celui incident dans le canyon. Cette différence est due au fait que l'infrarouge incident mesuré au sommet du canyon provient essentiellement de

l'atmosphère, alors que les capteurs placés dans le canyon intègrent une quantité non négligeable d'infrarouge en provenance des façades. Les courbes de l'infra-

rect, leur température de surface augmente fortement, pour diminuer dès qu'elles repassent à l'ombre. Cela se traduit par une forte amplitude thermique journalière qui ne se voit pas sur la température de l'air.

L'évolution de la température de l'air à différents niveaux dans le canyon urbain (figure 7a) montre que le gradient thermique est très faible (voire nul) une grande partie de la journée. La seule exception se produit entre 5 et 10 h, avec la mise en place d'un gradient thermique positif. Il ne faut pas oublier qu'à ce moment de la journée, les façades commencent à s'éclairer et à se réchauffer par le

<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>Figure 7 - Évolution de la température de l'air (a) et de la pression partielle de vapeur d'eau (b) à plusieurs niveaux (5,7 m ; 11,7 m ; 15,7 m ; 18,7 m) dans le canyon pendant une journée ensoleillée, le 15 août 2002.</figcaption></figure>

rouge ascendant présent des écarts très faibles la nuit. Cependant, en journée, celui du niveau le plus bas (5,7 m) est supérieur à celui des parties hautes. En effet, il est fortement influencé par la température de surface du sol (bitume), alors que les parties hautes intègrent une plus grande part de façades plus fraîches.

La figure 6 montre l'évolution de la température de l'air et du sol (bitume) ainsi que celle de la façade orientée ouest (mur). Pendant la nuit, la différence entre les courbes est faible, ce qui reflète un état proche de l'équilibre thermodynamique à l'intérieur du canyon. Pendant le jour, l'allure des courbes de la température du sol et de la façade répond bien à l'évolution des conditions radiatives : au moment où ces surfaces sont éclairées par le rayonnement solaire direct, leur température de surface augmente fortement, pour diminuer dès qu'elles repassent à l'ombre. Cela se traduit par une forte amplitude thermique journalière qui ne se voit pas sur la température de l'air.
<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>Figure 8 - Évolution des composantes du bilan radiatif dans le canyon (a) et pour le quartier (b) pendant une journée ensoleillée, le 28 juillet 2002 : rayonnement solaire direct et diffus (Global) ; rayonnement net (RN) ; rayonnement solaire réfléchi (Réfléchi) ; rayonnement infrarouge incident (IR IN) ; rayonnement infrarouge émis et réfléchi (IR OUT).</figcaption></figure>

haut, en communiquant une partie de leur chaleur à l'air ambiant. Ce gradient thermique positif entraîne une forte stabilité de l'air dans le canyon à cette période de la journée.

Tout comme pour la tempéralité, la figure 7b suggère la quasi-absence de gradient de vapeur d'eau dans le canyon urbain tout au long de la journée. En fin de nuit (de minuit à 5 h du matin), la diminution de la pression de vapeur d'eau dans l'air semble être liée à un phénomène de condensation. De 6 h à 10 h du matin, la pression de vapeur d'eau dans le canyon augmente pour deux raisons : d'abord, par reprise de l'évapotranspiration par la végétation, puis par absence d'échange entre le canyon et la couche limite urbaine du fait de la stabilité de l'air décrite sur la figure 7a. La baisse de la vapeur d'eau constatée de 10 h à 17 h est sans doute à mettre à l'actif d'une reprise des échanges entre le canyon et la couche limite urbaine. Dès que les échanges avec la couche limite urbaine diminuent (à partir de 17 h), la pression de vapeur

d'eau dans le canyon urbain augmente à nouveau (jusqu'à 22 h 30), puisque l'évapotranspiration se poursuit (voir la courbe du flux de chaleur latente figure 9).

Les figures 8a et 8b présentent les composantes du bilan radiatif au sommet du canyon et sur le quartier. Pour obtenir le bilan radiatif sur le quartier, nous avons combiné les mesures effectuées sur le

mosphère en utilisant le code radiatif Modtran 4 et les radiosondages adéquats. Par la suite, quatre canaux ont été choisis parmi les canaux du DAIS79 les moins bruités et les plus représentatifs

site avec celles de la station de référence. On observe qu'en milieu de journée, le rayonnement net au sommet du canyon (626 W.m⁻²) et celui mesuré au niveau du quartier (613 W.m⁻²) sont très proches. C'est aussi le cas durant la nuit (-107 W.m⁻² et -104 W.m⁻² respectivement).

Le bilan d'énergie au sommet du canyon est présenté sur la figure 9, sans tenir compte des corrections à apporter au flux de chaleur sensible. Il est intéressant de constater la faible part du flux de chaleur latente (mesuré séparément), qui ne dépasse pas 100 W.m⁻², en raison du faible pourcentage de surface végétale dans le canyon. Le flux de chaleur sensible atteint quant à lui 300 W.m⁻² au maximum de la journée. Ces données permettent de calculer par différence le flux de chaleur stocké dans le sol et les bâtiments.

La figure 10 présente une carte d'albédo obtenue à partir des données de télédétection et des mesures spectrales de contrôle effectuées à l'aide d'un spectromètre GER 3700 sur une dizaine de sites représentatifs. Dans un premier temps, les données visibles et infrarouges du DAIS79 ont été corrigées pour tenir compte de l'effet de l'at-

<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>Figure 9 - Évolution du bilan d'énergie au sommet du canyon pendant une journée ensoleillée, le 15 août 2002 : rayonnement net (RN), flux de chaleur sensible (H) et flux de chaleur latente (LE).</figcaption></figure>

<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>Figure 10 - Carte d'albédo de la zone de Strasbourg, déterminée à partir de l'image fournie par l'instrument DAIS79 pour le vol du 28 juillet 2002 à 11 h 30 UTC.</figcaption></figure>
de l'ensemble du domaine spectral. L'albédo est obtenu par une combinaison linéaire de ces canaux avec les mesures directes d'albédo effectuées. Cette carte est la première étape pour l'établissement d'une cartographie spatialisée du bilan radiatif à l'échelle de l'agglomération.

## Perspectives

À l'échelle du canyon, les mesures effectuées pendant cette campagne permettent d'établir des bilans radiatifs détaillés, de calculer les paramètres de turbulence et d'établir un bilan d'énergie au sommet. Ces éléments seront un atout important pour tester et valider des modèles de bilan radiatif, de bilan d'énergie et de dispersion.

À l'échelle du quartier, des bilans radiatifs détaillés peuvent être obtenus en combinant les mesures locales avec celles

de la station radiative de référence. Les mesures de flux de chaleur sensible permettent de tester et valider des modèles de bilan d'énergie adaptés à cette échelle.

Au niveau de l'agglomération, l'ensemble des données obtenues par télédétection devrait nous permettre d'échantillonner un certain nombre de quartiers considérés comme relative-ment homogènes, sur lesquels les modèles validés précédemment seront appliqués. Les résultats de cette modélisation conduiront à l'étude des relations entre des paramètres comme l'albédo, l'émissivité, la turbulence, les flux... et les caractéristiques de surface comme la géométrie, l'occupation du sol, les propriétés des matériaux... Enfin, les mesures effectuées sur les sites expérimentaux à l'échelle du canyon et du quartier devraient servir à étudier la contribution relative des toits et des rues aux flux mesurés dans la couche limite urbaine.

## Remerciements

Nos remerciements s'adressent au Programme national de télédétection spatiale du CNRS et au programme Hysens de la Communauté européenne pour le financement ; à l'Institut de météorologie de Karlsruhe, à l'Aspa, à Météo-France et à l'Insa Strasbourg pour les données ; au laboratoire Coria de l'université de Rouen, à l'École centrale de Nantes, à l'Inra de Bordeaux et à l'atelier CNRS de Cronenbourg pour le matériel ; à J.-P. Combes (université de Nantes), D. Steiger (Aspa) et P. Paul (université Louis-Pasteur) pour leur aide ; aux réviseurs anonymes dont les remarques pertinentes ont permis d'améliorer sensiblement la qualité du manuscrit.

## Bibliographie

* Fischer L., 2001 : Étude de paramètres climatiques pertinents en vue de l'amélioration de la prévision des pointes de pollution par l'ozone dans l'agglomération de Strasbourg. Thèse de l'université Louis-Pasteur, Strasbourg, 152 p.

* Grimmond C. S. B. et T. R. Oke, 2002 : Turbulent heat fluxes in urban area: Observations and a local-scale urban meteorological parameterization scheme (LUMPS). *J. Appl. Meteor.*, 41, 792-810.

* Groleau D. et C. Marenne, 2001 : Simula_3D: a multizone unsteady thermal simulation tool based on a 3D modelling of the building. In Seventh International IBPSA Conference: Building simulation, Rio de Janeiro, 13-15 août 2001, IBPSA, 585-592.

* Masson V., 2000 : A physically-based scheme for the urban energy budget in atmospheric models. *Bound.- Layer Meteor.*, 94, 357-397.

* Mestayer P.-G. et S. Anquetin, 1994 : Climatology of cities. In *Diffusion and transport of pollutants in atmospheric mesoscale flow fields*. A. Gyr & F. S. Rys editeurs, Ercoftac Series, Kluwer Academic Press, 165-189.

* Najjar G., P. P. Kastendeuch, L. Fischer, P. Paul et D. Viville, 2000 : Techniques et mesures en climatologie urbaine : l'exemple de Strasbourg. *Publi. Ass. Intern. Clim.*, 13, 420-425.

* Nunez M. et T. R. Oke, 1977 : The energy balance of an urban canyon. *J. Appl. Meteor.*, 16, 11-19.

* Oke T. R., 1976 : The distinction between canopy and boundary layer urban heat islands. *Atmosphere*, 14, 268-277.