Étude du 13 Mars 95

Des quatres journées étudiées ici, M13 est certainement celle qui a le comportement dyna-mique et therdyna-mique le plus ’classique’. Aucune perturbation brutale synoptique n’intervient (pas de changement de direction du vent, pas d’advection de cumulus, de front chaud ou froid). Cette journée sera donc, par la suite, un cas à privilégier dans le cadre de modélisations unidimension-nelles.

5.4.1.1 Approche synoptique par radiosondages en M13

275.0 280.0 285.0 290.0 295.0 300.0 Temperature potentielle 0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 Altitude (km) M13 − 0h M13 − 11h25 M13 − 17h32 M13 − 23h18

FIG. 5.20 – Profils de calculés par les sondages de Trappes en M13

L’évolution temporelle thermique de cette journée est principalement axée à deux altitudes particulières : 500 et 1200m.

Du sol à 500m, on observe un réchauffement global de



281 K (0 h) à



285 K (17h32). Ce réchauffement va éroder l’importante inversion à 500m passant de 8 K (0h) à 0 K (17h32).

A 500m, on observe une température moyenne de



285 K sur toute la journée.

De 500m à 1200m, on observe aussi un réchauffement global sur toute la journée, de



285 K à 290 K.

Au dessus de 1200m, l’évolution diurne est faible, le gradient vertical est quasiment constant,

 =4,5 K km  , et l’on observe un réchauffement global de 2 K.

En conclusion, on observe un réchauffement global sur toute la journée et de z = 0 à 1200m : ce réchauffement montre cependant trois structures différentes, dont les interfaces sont à z = 500m et z = 1200m.

94 CHAPITRE 5. ANALYSE DES RÉSULTATS 5.4.1.2 Étude de la stabilité atmosphérique

0.0 4.0 8.0 12.0 16.0 20.0 24.0 Heure decimale (TU)

−60.0 −40.0 −20.0 0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 d(Teta)/dz Tour Eiffel Saclay

FIG. 5.21 – Gradients verticaux de à Saclay et à la Tour-Eiffel pendant M13

Le début de M13 ( de 0 à 8 h) est très particulier puisque que l’on observe une couche de surface urbaine instable et rural neutre. Cette information se retrouve sur le sondage de Trappes de de 0 h (figure 5.20), typique d’une couche de surface instable (gradient





 



de 0 à 100m). Pendant la période convective, les deux sites montrent des atmosphères instables, particulière-ment en milieu urbain : le gradient vertical de urbain est alors deux fois plus importants que le rural (50 K m  à la Tour Eiffel contre 25 K m  à Saclay à 13 h).

Après la période convective (17 h), alors que le milieu rural devient très stable rapidement, la couche de surface urbaine reste très proche de la neutralité.

5.4.1.3 Champ de vent mesuré par sodar en M13

FIG. 5.22 – Champs de vent sodar à Jussieu et Palaiseau pour M13

Les coupes de champs de vent sodar, figure 5.22, illustrent bien la constance de la direction du vent (Nord-Ouest), ainsi que la faible force du vent dans la couche de surface. Nous sommes donc dans une situation où Trappes et Palaiseau sont influencés par l’îlot de chaleur urbain, ce qui n’était pas le cas des journées M9 et M10.

5.4.1.4 Comportement dynamique à Jussieu et Palaiseau en M13

FIG. 5.23 – Séries chronologiques de RSCS à Jussieu pour M13 (6h-21h)

FIG. 5.24 – Séries chronologiques de RSCS à Palaiseau pour M13 (6h-21h)

Les séries chronologiques de signal corrigé lidar montrent une évolution globale de la couche limite relativement similaire entre les deux sites (notamment la hauteur maximale atteinte à 900m à 15 h, voir en détail les figures 3.16 et 3.17, p. 43).

Si les hauteurs moyennes sont proches, les évolutions turbulentes au sein de la couche mélan-gée sont très différentes. On observe principalement une très forte rétrodiffusion de 0 à 200m à Jussieu et de 7h à 10h et de 19h à la fin des mesures. Cette rétrodiffusion n’est pas observée à Palaiseau. On peut l’expliquer soit par une couche humide locale urbaine, soit par une impor-tante densité de polluants fortement rétrodiffusants. Pour lever cette ambiguité, les stations sols de Météo-France, permettant de dresser une cartographie de l’humidité de surface nous montre que le milieu urbain n’est pas plus humide que le milieu rural (humidité relative inférieure à Paris et humidité spécifique équivalentes entre les deux sites,  = 5 g kg  , voir figure 6.19, p. 128). On est donc en présence de la trace d’une accumulation de particules produites par le milieu urbain. Le lidar utilisé nous fait alors supposer que ces particules ont une taille variant de 0,4. m à 0,7. m.

La comparaison des hauteurs de la couche limite reprend ici les résultats présentés p.43. Le sodar n’ayant fonctionné qu’à partir de 6 h, nous n’avons pas de renseignements sur l’évolution

96 CHAPITRE 5. ANALYSE DES RÉSULTATS

0.0 4.0 8.0 12.0 16.0 20.0 24.0 Heure decimale (T.U)

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 Altitude (km) Lidar Jussieu Lidar Palaiseau Sondages Trappes Sodar Jussieu Sodar Palaiseau FIG. 5.25 – Evolution de en M13

de la structure de la couche nocturne stable. On note que pendant la phase convective, le taux d’entrainement est plus important à Jussieu, dû à la présence d’une couche résiduelle de la veille encore turbulente. Les données sondages sont en accord avec les résultats de Palaiseau, de 100m en deça des résultats de Jussieu à 11h30.

En fin de journée, la couche de surface urbaine reste typique d’une couche proche de l’instabi-lité, ce qui a été notamment observé sur les profils d’écho sodar (figure 3.21, p.47).

5.4.1.5 Comportement thermique à Jussieu et Palaiseau en M13

0.0 4.0 8.0 12.0 16.0 20.0 24.0 Heure decimale (TU)

−0.10 −0.05 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 Q0 (K m s−1) Palaiseau (sonic 10m) Palaiseau Sodar Jussieu Sodar FIG. 5.26 – Evolution de!
en M13

Les flux de chaleur sensible estimés par sodar montrent des valeurs supérieures à Paris qu’à Palaiseau : cette différence reste cependant assez faible, mais dénote bien une activité turbulente

urbaine plus intense. Cette activité turbulente urbaine est caractérisée par des pics relevés aux mêmes heures que la forte rétrodiffusion lidar : autour de 7h et 19h sur la série chronologique de

 '

/z (figure 3.22, p.50). En parallèle aux observations de hauteur de couche limite, on conclue donc que l’activité turbulente urbaine est un peu plus intense mais surtout commence plus tôt. Les différences urbain/rural sont parmi les plus faibles observées pendant cette étude : Palaiseau est sous l’effet du panache urbain, et subit ainsi une climatologie locale urbaine par advection. Les différences sont donc peu marquées.

5.4.1.6 Conclusion pour le 13 Mars 95

Les observations d’humidité relative n’expliquent pas les différences de rétrodiffusion observées par les lidars et les fortes valeurs de observées par sodar vers 6h et 19h. On observe ici la trace de la mesure de polluants urbains dans les 300 premiers mètres, au sein d’une couche turbulente et aux horaires de fortes activités anthropiques.

L’évolution diurne de la CLA aboutit à la même altitude à 15 h, mais avec des phases convec-tives différentes. La convection semble plus intense à Paris, les données sodars confirmant une activité turbulente verticale plus importante. Un effet atténuateur est donc présent à Paris empéchant la CLA d’évoluer plus haut. Cet effet pourrait être la difficulté à éroder l’inversion synoptique, plus persistante qu’à Palaiseau. De plus, Palaiseau subit un effet de ’panache urbain’ qui va augmenter l’extension verticale de sa phase convective.

Cette journée ne correspond pas à un pic de pollution, mais montre les signes dynamiques et thermiques de sa mise en place : journée de ciel clair, fortement anticyclonique et sans advection synoptique particulière. De plus, le taux de NO augmente en fn de journée, confirmant la notion de "blocage" des polluants dans les basses couches.