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Research
TURBULENCE & MODELISATION ATMOSPHERIQUE A L’ECHELLE KILOMETRIQUE
La turbulence atmosphérique couvre une très large gamme d’échelle, allant de tourbillons de l’ordre de quelques kilomètres (les thermiques qui vont du sol au sommet de la couche limite convective), aux plus petits tourbillons, de l’ordre du millimètre, dans lesquels les forces moléculaires entrent en jeu pour dissiper l’énergie.
La modélisation de la turbulence dans les modèles atmosphériques est primordiale puisque les tourbillons turbulents impactent l’écoulement moyen en transmettant la chaleur sensible et la vapeur d’eau issues du sol, tout en assurant le frottement en surface. Elle est réalisée dans deux types de modèles météorologiques, qui se différencient par la taille de leur maille horizontale, appelée résolution. Dans les modèles d’échelle fine, la maille horizontale est de taille inférieure aux tourbillons les plus volumineux, ils peuvent donc résoudre explicitement une partie de la turbulence, cette partie est dite << résolue >>. Dans les modèles dont la maille est supérieure à la hauteur de la couche limite, les mouvements turbulents sont entièrement << sous-maille >> et donc entièrement paramétrés. L’utilisation de ces deux types de modèles permet de bien représenter la turbulence pour les résolutions limites que sont les petites mailles de 10 à 100 m, ou les très grandes mailles, supérieures à 2 km. Mais que se passe t-il aux échelles intermédiaires entre 250 et 2000 m ?
Cette question est soulevée par la prévision opérationnelle, qui souhaite avoir des modèles de maille de plus en plus fine. Ainsi, à Météo France, le modèle opérationnel AROME [1] est utilisé par les prévisionnistes depuis 2008. L’étendue de sa maille horizontale (2,5 km) se situe à la limite de la résolution de la turbulence. L’évolution de la puissance de calcul permettra au prochain modèle opérationnel de fonctionner à des résolutions où il sera confronté à la question de la paramétrisation de la turbulence aux échelles intermédiaires.
Durant mon stage de fin d’étude, j’ai calculé un nouveau diagnostique qui détermine la partition sous-maille/résolu idéale (loi de similitude partielle) qu’un modèle atmosphérique de résolution kilométrique doit atteindre. Ce diagnostique sert de référence dans l’évaluation de paramétrisation à ces échelles. Dans ce cadre, j’ai déterminé quels étaient les défauts du modèle Méso-NH. Les simulations de ce modèle présentent une bonne partition sous-maille/résolu à des résolutions inférieures à 125 m (modèle LES) et supérieures à 4000 m (où toute la turbulence est sous-maille). Cependant, les échelles intermédaires sont mal représentées. Le travail effectué a permis de voir que, dans le cas d’une couche limite en convection libre, une piste d’amélioration pourrait être l’utilisation d’une version du schéma de thermique en flux de masse qui aurait été transformé de façon à atténuer les effets de cette option aux échelles intermédiaires.
Durant ma thèse, ce travail va se poursuivre par la détermination des lois de similitude pour d’autres types de couche limite (en convection forcée, neutre, séche ou nuageuse) à partir de cas bien documentés de couches limites idéalisées et suivant le même mode opératoire que celui présenté dans l’étude de la couche limite convective. Puis j’améliorerai la paramétrisation de Méso-NH. Enfin, cette nouvelle paramétrisation sera adaptée et implantée dans le modèle opérationel AROME.
Papier Soumis
Honnert R., V. Masson, and F. Couvreux. A new diagnostique for evaluating the Representation of Turbulence in Atmospheric Models at the kilometric Scale. J. Atmos. Sci. , 2009. submitted.
Curculum Vitae
Depuis août 2009 : Doctorante (FCPLR), CNRM, Quelle turbulence pour les modèles atmosphériques à l’échelle kilométrique ?, Valéry Masson (CRNM/GMME/TURBAU) et Ludovic Ager (CRNM/GMAP/PROC)
Février 2009-Juillet 2009 :Stage à CNRM/GMME/TURBAU
2008-2009 :Master Recherche Océan Atmosphère Surface Continentale, Université Paul Sabatier de Toulouse
2006-2009 :Ingénieure de l’Ecole Nationale de la Météorologie, Ecole Nationale de la Météorologie-Toulouse
2003-2006 :Classes préparatoires aux grandes écoles, Lycée Kléber-Strasbourg
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