Couche limite atmosphérique

Couche limite atmosphériqueConditions frontières

Conditions frontières : surface

Jusqu ’à maintenant on a calculé les flux comme s ’ils étaient contrôlés rien que par l ’interaction entre la turbulence et les gradients moyens de la quantité transportée.

À la surface les flux de chaleur latente et de chaleur sensiblesont contrôlés par l ’énergie disponible à la surface et les échanges entre la surface et l ’air se font par échangemoléculaire et non turbulent...

Le flux de vapeur d ’eau, en absence de précipitation est contrôlé par le flux d ’eau des couches profondes du sol vers la surface.

Conditions frontières

Atmosphère libre

Surface de la planète

Transferts de chaleur et humidité à la surface

Stationnarité 0t

' ' 0wz z

' ' 0u w uz z

0H HK K cstz z z z

0M Mu u uK K cst

z z z z

Les mesuresde flux faitesau niveau del ’abri (2 m)représententle flux effectif

Bilan d ’énergie à la surface

Bilan d ’énergie à la surface

Le premier forçage sur les surfaces continentales estl ’absorption d ’énergie par le sol

Variations diurnes de la températureVariations diurnes des flux turbulents

La température de la surface est déterminée par le bilande tous les flux d ’énergie à la surface

Énergie disponibleEau disponible

Bilan d ’énergie à la surface

Bilan hydrique à la surface

Bilan énergétique à la surface

*s S H E GQ Q Q Q Q *

s H E GQ Q Q Q

Variations du bilan de surface

Types de rayonnementTypes de rayonnement

Rayonnement solaire, K (Rayonnement solaire, K ( < 4 < 4 ))Rayonnement tellurique, I (Rayonnement tellurique, I ( > 4 > 4 ))

**

* 41s s s S

IK

Q K I T

PPeennddaanntt llee jjoouurr ((ééttéé)):: == 00..22,, ~~ 11

TTeerrmmee ddoommiinnaanntt ??

PPeennddaanntt llaa nnuuiitt::TTeerrmmee ddoommiinnaanntt ??

K K I 1 I 4ST

Les composants atmosphériques interagissent avec les ondes électromagnétiques par:

absorption (tellurique + solaire)

émission (tellurique)

diffusion (solaire)

Interaction entre les radiations électromagnétiques et les constituants atmosphériques

Transmissivité de l ’atmosphère

La transmissivité de l ’atmosphère pour les courtes longueurs d ’onde est la fraction de la radiation solaire quiatteint la surface.

haut moyen bas

0.6 0.2sin

1 0.4 1 0.7 1 0.4

K

CH CM CL

est la fraction de ciel couvert par les nuages C est l'angle d'élevation du Soleil

Burridge and Gadd, 1974

Transmissivité de l ’atmosphèreLa radiation solaire qui atteint la surface est:

sins KK S

sin sin cos cos cos12UTC

s s et

2 rs

y

d dd

d = jour juliendy = 365.25dr = 173, solstice d ’été (HN)

r = 23.45 ° (Tropique de Cancer)

latitude longitudee déclinaison solaire

Universal Time CoordinateUTCt

Albédo de la surfaceL ’albédo de la surface représente la fraction d ’énergie solaire réfléchie par la surface.

s s sK K K

Type de surface albédo-----------------------------------------------------océan 0.05 - 0.5forêt tropicale 0.07 - 0.15 conifère 0.1 - 0.19 feuillus 0.14 - 0.2sol foncé mouillé 0.1 sable mouillé 0.1 - 0.25 sable sec 0.2 - 0.4neige fraîche 0.65 - 0.95 vieille 0.45 - 0.65

4

0.1

L ’albédo dépend:

1) de l ’angle d ’incidence des rayons solaires

2) de l ’état d ’humidité de la surface

3) de la hauteur et type de la végétation

Albédo de la surface

Albédo de la surface

épinette

chouxfriséchêne

Albédo de la surface

Interaction entre la radiation tellurique et l ’atmosphère

Pour bien calculer le transfert radiatif il nous faut bien connaître la distribution de tous les «gaz à effet de serre»

telluriquesolaire

Équation de transfert monochromatique pour les radiations de longue longueur d'onde ou telluriques (terrestres et atmosphériques)

cos dI k B Idz

PPrriinncciippaauuxx aabbssoorrbbaannttss:: oozzoonnee vvaappeeuurr dd''eeaauu ddiiooxxyyddee ddee ccaarrbboonnee

Notes de cours de SCA 5002

angle zenithal densité de l'air coefficient d'absorptionk émission corp noirB radiance infrarougeI

Radiation net de grand longueur d ’onde à la surface

* .I I I cst

Exemple de paramétrage:

* 10.08 1 0.1 0.3 0.6CH CM CLI Kms

Burridge and Gadd, 1974

Radiation émise par la surface

4s SI T

Type de surface émissivité-----------------------------------------océan 0.95 forêt tropicale 0.98 conifère 0.98 feuillus 0.96sol foncé mouillé 0.98 sable mouillé 0.98 sable sec 0.90 - 0.95neige fraîche 0.95 vieille 0.90

100

4

8 2 -45,67 10 Wm K

Radiation nette à la surface

* *1 sins KQ S I

Le jour

La nuit

* *sQ I

Exemple de bilan de surface

sinKK S 4

sI T

4aI T

sinKK S

Types de modèles de transfert radiatif

Spectraux (line by line models)Spectraux (line by line models)

Corps gris (flux emissivity or graybody)Corps gris (flux emissivity or graybody)Par bande (band method)Par bande (band method)

Cobel :

schéma radiatif de courtes longueurs d ’onde :une bande

schéma radiatif de longues longueurs d ’onde :232 bandes (presque spectral)