1. Structure de la couche limite
atmosphérique
1.1 Basses couches troposphériques
Figure 1. Représentation schématique des basses
couches troposphériques et profil
de la vitesse du vent selon les
différentes couches troposphériques. H : représente
la
hauteur de la couche limite atmosphérique, et z0 la longueur de
rugosité. (Modifié
d'après Turbelin
(2000)).
Etude bibliographique
La troposphère (couche de l'atmosphère
enveloppant la surface de la Terre sur environ 10 km) est constituée de
couches dont les propriétés dynamiques et thermodynamiques
diffèrent (figure 1). La couche en contact avec la surface est la couche
limite atmosphérique (CLA) ; c'est la portion d'atmosphère au
voisinage de la surface dans laquelle la présence de cette
dernière affecte directement les paramètres
météorologiques. C'est dans cet espace, principalement, que l'on
va rencontrer le phénomène de turbulence. Au-dessus, dans la
troposphère libre,
l'écoulement n'est pas affecté par la surface.
Les forces de pression et de Coriolis ont alors tendance à
s'équilibrer et l'écoulement peut être approximé par
le vent géostrophique pour des systèmes de grande échelle
extratropicaux. L'épaisseur de la CLA est très variable selon le
type de surface, l'heure, la saison, avec un ordre de grandeur de 500 m
à 1500 m. La zone tout près de la surface, où les effets
de gradient de pression et la force de Coriolis sont négligeables [De
Moor, 1983], est la couche de surface (CLS). La production de turbulence est
d'origine dynamique, due au frottement de l'air sur la surface solide, et
thermique, liée au transfert de chaleur entre l'air et la surface, ces
deux éléments ne se réchauffant/refroidissant pas de la
même manière. Plus près encore de la surface, on appelle la
couche de canopée la zone comprise entre le sol et la hauteur moyenne
des éléments rugueux. Elle est contenue dans la sous-couche
rugueuse, où l'écoulement est perturbé par l'interaction
des sillages créés par les éléments rugueux plus ou
moins hauts. La figure 1 donne une estimation de la hauteur de la sous-couche
rugueuse en fonction de la hauteur de la CLA. Le profil de la vitesse du vent
est de type logarithmique dans la CLS neutre, sauf à l'approche de la
surface. Néanmoins, on définit la longueur de rugosité
aérodynamique z0m comme l'altitude à laquelle le module
du vent s'annulerait si son profil était encore logarithmique dans la
sous-couche rugueuse. Elle dépend du type de surface et varie de
?m pour la mer à plus de 1 m pour les milieux fortement
rugueux comme une forêt ou une zone urbaine (Leroyer, 2006).
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