impact des effets thermiques sur la turbulence atmosphérique approches numérique et expérimentale
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Impact des effets thermiques sur la turbulence atmosphérique
Approches numérique et expérimentale
Au programme
1. Problématique
2. Solutions envisagées
3. Premiers test réalisés
4. Perspectives
1. Problématiqueen Couche Limite Convective sèche
Réglage préliminaire de
la longueur de mélange
CL convective sèche
Gradient de
) - ('' z
Kw
θ=0.5K
θ
1km
0
Introduction d’un contre-gradient
Pour y remédier:
Equations de base
zww
zzW
t''2'²''²'²
tendance
advection
gradient du momentd’ordre 3
PD de
dissipation
Dans modèle actuel, moments d’ordre 3 NEGLIGES
Bilan de ’²
1D sans moment LES référence
DissipationProduction dynamiqueTransport turbulent
) - ('' z
Kw
θ=0.5K
θ
1km
0
Introduction d’un contre-gradient
Implémenter les moments turbulents d’ordre 3
dans le modèle de turbulence ''²et '²' ww
''²,'²' wwf
2. Solutions envisagées
Pour y remédier:
Formulations « simples » testées
Fittées sur
des simulations
de références
(LES)W’’² W’²’
d(W’’²)/dz d(W’²’)/dz
3. Premiers tests réalisés
Cas de couches limites convectives sèches
NIEUWSTAD
AYOTTE
atmosphère convective sèchesans vent
flux faible (Qs=0.06 K.m.s-1)
plusieurs cas d’atmosphère convective sèchezone d’inversion plus ou moins forteavec ou sans vent
différents flux (Qs=[0.03 à 0.24 K.m.s-1])
Simulations 1D
Gradient de
Cas d’Ayotte sans vent
1D sans moments 1D avec moments LES
Bilan de ’² et W’’
Productiondynamique
Dissipation
Transportturbulent
Productiondynamique
Presso-corrélation
Productionthermique
Transportturbulent
z/zi
z/zi
Profil initialLESSans moment 1LSans moment 2LmilieuAvec moments 2Lmilieu
Z(m
)
RMV(g.kg-1)
Cas IHOP (Fleur Couvreux)
Cas de couches limites convectives humides
5. Perspectives
Implémentation de W’²’ et W’’²
Cas d’atmosphèrefortement
convective sèche
Amélioration des simulations 1D
Cas d’atmosphèreconvective humide
Trop de nuages
Turbulence trop active
Augmentation de la longueur de mélange
Amélioration du profil de
• Conclure sur les paramétrisations « simples »:# tests sur des cas d’atmosphères humides en 1D
# tests sur des cas réels en 3D à 2.5km
• Implémenter la formulation en flux de masse pour les moments d’ordre trois
• Etude sur le cas d’atmosphère neutrevia une expérience en veine, motivations:
# w² <<(u²,v²) hyp. d’anisotropie à revoir# diagnostique de la longueur de mélange# développements et transitions de CL non validés
Quantités à mesurer
12
1: caractériser les conditions initiales et la turbulence amont
2: mesures au sein de la CL neutre
2 plus en détail pour estimerdissipation TKE e
longueur de dissipation l
taille des tourbillonslm(z,x)
longueur intégrale
production dynamique
gradients (/z ; /x)des quantités moyennes etturbulentes (flux, varianceset moment d’ordre3)
flux (ui’uj’)
variances (ui’²)
équations d’évolution
STOP ICI
Influence de la longueur de mélange
θθ
1L 2L
Influence de la longueur de mélange
1L 2L
θ θ
Influence du coefficient d’échange de TKE
CTKE=0.4 CTKE=0.2z
eelew
TKEC''
''w ''w
Bilan de ’² et W’’
Cas d’Ayotte avec vent
• Ok en sec mais pb en humide cf IHOP
• Et c’est la même sur BOOMEX!
Simulation à 1000m:
Mauvaise paramétrisation du flux de température
Fort gradient de température entre
le sol et le haut de la CLA
Création de mouvements explicites irréalistes
FG
Pour stabiliser, FG de différentes façons:
passage des flux d’un pas de temps à l’autre
méthode itérative
méthode itérative + stabilisation par Laplacien
Sans itérations t~ 0,1s
'²
Prémisses d’une étude de stabilité:
);;²
²(
2
3
3
4
4
zzzzf
t
Termes linéaires en stable pour st 24
4
z
Or
st 60quesatmosphéri ssimulation
LES: domaine: 5000m*5000m*2000m mailles : durée : 7725s C.I : profil imposé en sans vent Qs=0.24Kms-1
mzmyx 21 52
3. Premiers tests réalisés Cas de couches limites convectives sèches
LES: domaine: 6400m*6400m*2400m mailles : durée : 12050s C.I : profil imposé en Qs=0.06Kms-1
mzmyx 60 160
CUXART
AYOTTE