Analyse des principales différences observées

Les histogrammes ont montrés quelques différences entre les deux méthodes, à des périodes mé-téorologiques particulières. Pour certains cas, choisis, nous allons revenir sur les profils lidars pour en analyser l’origine. Il est, de plus, clair qu’une différence nulle n’est pas gage d’une restitution correcte de : des phénomènes couplés dynamiques et thermiques peuvent biaiser les deux mé-thodes en même temps. Dans ces cas, nous devons nous référer aux sondages ou à l’étude fine de l’évolution temporelle de la CLA par lidar (pour suivre précisemment les différentes sous-structures de la couche mélangée). Nous allons maintenant essayer de classifier les facteurs per-turbant ces méthodes sur des cas particuliers.

Cas où la méthode SDC est incorrecte :

Les limites de SDC apparaissent principalement en milieu urbain, où des sous-couches tur-bulentes sont observées (phénomène relevé par Cooper et Eichinger (94)). Lors d’importantes advections au-dessus de la CLA, le transport horizontal de particules crée des fluctuations haute fréquence sur les mesures lidar. Comme la densité en particules est elle-même non constante, ces petites fluctuations sont observées sur le RSCS, générant ainsi des pics d’écart-type, biaisant SDC. En cas d’advections sur une longue période (en tout cas supérieure au temps de moyen-nage des profils lidar, 5 mn), des pics supplémentaires pourront fausser SDC. Cependant, ces panaches advectés contiennent des aérosols qui sont rarement de la taille de ceux contenus dans la couche mélangée : SBM2 retrouvera alors une rupture de pente correcte. On illustre ce phé-nomène en M10 à 10 h à Jussieu (figure 3.13). Alors que SDC calcule à 850 m, SBM2 calcule 450 m. Le suivi temporel de l’évolution de la couche m’elangée montre clairement que la valeur correcte de est à 450 m.

Cas où la méthode SBM2 est incorrecte :

Des ruptures de pente supplémentaires peuvent apparaitre dans les cas de couche très humides (et pas nécessairement nuageuses) que notre algorithme de calcul ne peut distinguer de celles re-cherchées. Un autre cas d’erreur possible est après le maximum d’insolation, pendant la période

−10.0 −5.0 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 Lidar signal (arbitrary units)

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 Height (km) M10 − Jussieu (10h GMT) RSCS Std. Dev. of RSCS 2nd slope of RSCS h (SDC) h (SBM2)

FIG. 3.13 – Une advection d’air froid est observée au dessus de la CLA pendant toute la journée de M10. Pour ce profil, trois pics principaux de SD sont relevés. Le plus important ne correspond pas à l’altitude de recherchée, et SDC indique 790 m. Par contre, SBM2 retrouve une hauteur correcte =455 m, même si la couche humide crée d’autres ruptures de pente.

−10.0 −5.0 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 Lidar Signal (arbitrary units)

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 Height (km) M10 − 18h15 (GMT) in Palaiseau RSCS Std. Dev. of RSCS 2nd slope of RSCS h (SBM2) h (SDC)

FIG. 3.14 – Après la période d’ensoleillement maximal, l’inversion de température potentielle se maintient en z = h(SBM2), alors que les plus gros aérosols sédimentent, induisant d’importants mouvements turbulents. Pour M10, à 18h15, cette couche résiduelle influence SBM2 qui place à 800 m. Mais SDC suit le processus de sédimentation et trouve = 505 m.

de sédimentation. Les aérosols sont piégés dans la couche résiduelle (dont l’épaisseur varie en fonction de l’intensité de l’inversion de température, du cisaillement de vent et de l’humidité), même si la majeure partie sédimente rapidement. Cette sédimentation provoque des fluctuations

42 CHAPITRE 3. HAUTEUR DE LA CLA temporelles, et donc des pics de SD. SBM2 aura alors tendance à suivre la couche résiduelle, quand SDC reste sur la couche de sédimentation : cette différence est illustrée, figure 3.14, avec un profil lidar enregistré en M10 à 18h15, à Palaiseau. Cette importante couche résiduelle est aussi relevée à Jussieu : mais cette fois, les deux méthodes coincident, car SDC suit aussi la couche résiduelle. On en déduit donc que la couche résiduelle urbaine est plus turbulente que la rurale. Dans ce cas aussi, seul un suivi de série chronologique de profils lidar est à même de cerner sans faillir l’évolution de la CLA.

Cas où les méthodes SDC et SBM2 sont incorrectes :

En cas de conjonction d’une couche très humide au dessus de la CLA, les deux méthodes ne

−10.0 −5.0 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 Lidar signal (arbitrary units)

0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50 1.60 Height (km) M9 − Jussieu (9h35 GMT) RSCS Std. Dev. of RSCS 2nd slope of RSCS h h (SBM2) h (SDC)

FIG. 3.15 – Dans la matinée de M9 à Paris, une épaisse couche humide est advectée au-dessus de la CLA, au sein la couche résiduelle turbulente urbaine. Dans ce cas, les deux méthodes ne parviennent pas à déteminer correctement : SBM2 calcule au sein de la couche humide, où des ruptures de pente apparaissent plus marquées que la hauteur réelle de la CLA et SDC suit d’importants pics turbulents, dus à une advection rapide couplée à la couche résiduelle turbulente de la veille.

calculeront pas correctement (spécialement en milieu urbain où la couche résiduelle est sou-vent plus turbulente). Pour ce type de situation météorologique, SBM2 va surestimer SDC. On relève par exemple le cas du profil de 9h35 en M9, où SBM2 donne =940m, SDC =1075m, alors qu’un relevé manuel sur le profil, et un suivi temporel de la période montre =255m (fi-gure 3.15). Deux importantes couches humides (de 500 m à 650 m et de 650 m à 1000 m) vont biaiser SBM2 (avec d’importantes ruptures de pentes). Comme on observe une rapide advec-tion d’air au dessus de la CLA, couplée à une couche résiduelle turbulente, l’écart-type est aussi faussé. Dans ce cas, la haueur de la CLA peut effectivement être reliée au premier maximum local d’écart-type et au premier pic de pente du second ordre. Cependant, ce cas est particulier et l’étude fine de tous les profils lidar a montré que de manière générale, les premiers pics d’écart-type étaient souvent reliés à des sous-structures de la CLA, non représentatives de l’épaisseur réelle de la CLA, et ce, particulièrement en milieu urbain. La présence d’une couche résiduelle de la veille turbulente, en milieu urbain, a d’ailleurs été observée (avec plus ou mojns d’am-plitude selon les journées) sur toutes les données lidar ECLAP de Jussieu, même si aucune

advection particulière n’était observée.