Flux Footprints in the Convective Boundary Layer: Large-Eddy Simulation and Lagrangian Stochastic Modelling.

Cai, X.-H., Chen, J., et Desjardins, R.L. (2010). « Flux Footprints in the Convective Boundary Layer: Large-Eddy Simulation and Lagrangian Stochastic Modelling. », Boundary-Layer Meteorology, 137(1), p. 31-47. doi : 10.1007/s10546-010-9519-7  Accès au texte intégral (en anglais seulement)

Résumé

Nous avons étudié les empreintes de flux de capteurs placés à des altitudes différentes dans la couche limite convective (CLC). Nous avons obtenu ces empreintes au moyen d’une méthode stochastique lagrangienne (SL) progressive couplée aux champs turbulents d’un modèle de simulation de tourbillons forts. Nous avons obtenu des empreintes de flux intégrées aux vents latéraux en fonction de la distance vers l’amont et de l’altitude des capteurs dans la CLC, et les avons comparées au moyen de deux méthodes SL de simulation de particules : un rejet instantané et un rejet continu linéaire dans des vents latéraux. À presque toutes les altitudes dans la CLC, il y a une empreinte de flux positif important près du capteur en amont, ainsi qu’une empreinte de flux négatif faible plus loin en amont, la bande de transition ayant une largeur entre 1,5 et 2,0 approximativement, en distances sans dimension dans le sens contraire du vent. Nous avons également simulé des empreintes de flux bidimensionnelles (2D) pour un capteur ponctuel. Avec un capteur placé à une hauteur égale à 0,158 zi, où zi est l’épaisseur de la CLC, nous avons constaté qu’une empreinte de flux positif important suivait une empreinte de flux négatif faible dans la direction vers l’amont. Deux empreintes de flux positif encore plus faible étaient également présentes de chaque côté de l’axe des empreintes, ce dernier ayant subi une légère rotation par rapport à la direction du vent géostrophique. Au moyen d’une mise à l’échelle de la CLC, nous avons normalisé l’empreinte 2D pour faire voir les zones des sources, et l’avons utilisée avec des paramètres réels basés sur des mesures effectuées au moyen d’aéronefs. Avec une vitesse moyenne du vent U dans la CLC de 5,1 ms-1, une vitesse de convection w de 1,37 ms-1, une profondeur zi de 1000 m pour la CLC et une altitude de 159 m au-dessus de la surface pour le vol, nous avons estimé que l’empreinte de flux totale s’étalait de 0,1 à 4,5 km environ du côté amont quand le vent était perpendiculaire au trajet de l’aéronef. Quand le vent était parallèle au trajet, l’empreinte totale s’étalait approximativement sur 0,5 km d’un côté du trajet, et sur 0,8 km de l’autre côté.