Vents catabatiques sur forte pente alpine : traitement des données et comparaison de résultats de mesures in situ et de simulations numériques LES

Titre :Vents catabatiques sur forte pente alpine : traitement des données et comparaison de résultats de mesures in situ et de simulations numériques LES

Laboratoire de rattachement : LEGI/MEIGE

Encadrant : Christophe Brun, (LEGI)
Co-Encadrants  : Jean Martial Cohard et Jean Emmanuel Sicart (IGE)

Téléphone : 33 (0)4 76 82 50 38

Mots clés : couche limite atmosphérique, turbulence, vent catabatique.

Contexte et objectifs de la mission de stage : La compréhension et la modélisation des écoulements atmosphériques sur relief complexe constituent des problématiques majeures pour l’amélioration des prévisions météorologiques à courts et moyens termes. La dynamique de ces écoulements est souvent à l’origine de pics de pollution dans les vallées urbanisées, en particulier en situation atmosphérique stable. Les bilans de masse des glaciers et des couverts neigeux de montagne sont aussi influencés par ces écoulements turbulents.
L’objectif du stage est de paramétriser les écoulements turbulents catabatiques sur forte pente alpine. Ce type d’écoulement comporte une couche interne et une couche externe, séparées par un maximum de vitesse de vent. Une base de données de simulations numériques de vent catabatique sur pente modèle est disponible (thèse IMEP2 de S. Blein 2016 et thèse TUE d’H. Barral 2014) avec une haute résolution spatiale (20 cm à 1 m de résolution verticale) et temporelle (1 s de résolution en fréquence). Ces simulations ont été effectuées sur différentes pentes (faible 6° à forte 35°) et pour différentes conditions réalistes de forçage catabatique (flux turbulents de chaleur en surface de l’ordre de 10 à 50 W) et de stratification thermique (fréquence de Brunt Waissala de N=0.010 Hz à N=0.020 Hz). Par ailleurs des mesures in situ de caractérisation de vent catabatique en situation quasi idéalisée (forçage synoptique faible) en novembre 2012, mars 2015 et à l’automne 2017/hiver 2018 offriront une base de donnée expérimentale conséquente pour chacune des couches externe et interne du jet catabatique sur forte pente.
Le travail de M2 consistera à étudier la variabilité des profils verticaux de flux turbulents de quantité de mouvement et de chaleur au regard des paramétrisations existant dans la littérature, de valider ces paramétrisations, d’en montrer les limites et d’en proposer des améliorations. En particulier, on s’intéressera à la variabilité verticale des coefficients de diffusivité dynamique et thermique et de leur comportement dans la région de maximum de jet. On s’intéressera également à la contribution du refroidissement radiatif en surface aux flux relatifs de chaleur sensible dans la direction de la pente et dans la direction perpendiculaire à la surface et on évaluera leur contribution au bilan global d’énergie turbulente dans la couche de surface.
Cette analyse s’appuiera sur les mesures in situ déjà disponibles et sur la campagne de mesure à venir (automne-hiver 2017-2018). L’apport principal de la modélisation numérique consiste dans l’accès à des informations spatialisées verticalement et à haute résolution, alors que les mesures assurent une mise en perspective réaliste des paramétrisations.

Prérequis : Des compétences en turbulence, dynamique des fluides géophysiques, analyse des données sont requises. Des connaissances en programmation seront appréciées.
Formation possible :
Master STpE/ACSC (Atmosphère, Climat, Surfaces Continentales)
Master EFM (Environmental Fluid Mechanics)
Master FME (Fluid Mechanics and Energetics)