Cette approche globale va se porter sur les mesures représentatives de phénomènes en dehors de la couche limite, mais dont l’influence sera nettement visible sur les analyses. Pour ces mesures, une comparaison inter-journées est donc préférable, de manière à décrire les grandes différences entre les périodes analysées. Nous présentons donc ici :
La nébulosité fractionnaire, donnant une vue d’ensemble de toute l’épaisseur de l’atmosphère en terme de quantité nuageuse, et donc d’intensité de l’ensoleillement dans la CLA
80 CHAPITRE 5. ANALYSE DES RÉSULTATS Le vent géostrophique, révélateur des différences de pression à la surface, pilotant les advections synoptiques dans la CLA
Les mesures des flux solaires et infrarouges, premières quantifications des différences entre les milieux urbains et ruraux
L’évolution temporelle des mesures de pollution urbaine à la surface, que nous pourrons com-parer par la suite à la dynamique de la CLA
Les analyses météorologiques étant présentées par la suite, journée par journée, cette approche globale va permettre de comparer les périodes entre-elles. Les comparaisons de ces phénomènes globaux avec la couche limite seront effectuées indépendamment pour chaque journée par la suite.
5.2.1 La nébulosité fractionnaire
0.0 4.0 8.0 12.0 16.0 20.0 24.0 Heure decimale (TU)
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Nebulosite fractionnaire M9 M10 M13 M14
FIG. 5.1 – Séries chronologiques des nébulosités fractionnaires observées et utilisées dans Mercure La nébulosité a été mesuré par les stations sols Météo-France, et est représentatif d’une moyenne sur la région Parisienne, par heure. La figure 5.1 présente les valeurs de nébulosité frac-tionnaire pour M9, M10, M13 et M14. En M9, l’advection nuageuse observée juste au-dessus de la CLA se retrouve par une augmentation de la nébulosité de 0,1 à 0,6 de 7h à 12h. Pour M10 et M14, une forte nébulosité est aussi mesurée à partir de 6h, atteignant de très larges valeurs en phase convective : cette baisse de rayonnement fait partie des causes du faible développement de la CLA sur ces deux journées. A contrario, M13 dont le développement diurne correspond à un ciel clair et sec (observé par lidar), il est intéressant de mesurer une nébulosité quasi-unitaire pendant la nuit : cela explique les très fortes valeurs de flux infrarouge incident observées par les stations Ramsès à Palaiseau et Jussieu de 0h à 4h.
5.2.2 Le vent géostrophique pour les POI 9 et 10
La connaissance des valeurs de pression de surface nous a permis d’établir des tendances de vent géostrophique à la surface pour les POI 9 et 10. Pour cela, les données des stations d’Alençon, Troyes, Orleans et Beauvais permettent de calculer des gradients horizontaux de pression et d’en déduire les valeurs de et
en fonction du temps, figure 5.2. On peut classer ces mesures en deux premiers groupes : les mesures des journées M9 et M14 montrent une grande variabilité temporelle, alors que M10 et M13 sont quasiment invariantes. D’autre part, on note globalement
0.0 4.0 8.0 12.0 16.0 20.0 24.0 Heure decimale (TU)
−20.0 −15.0 −10.0 −5.0 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 Ug et Vg (m/s) M9 − Ug M9 − Vg M10 − Ug M10 − Vg 0.0 4.0 8.0 12.0 16.0 20.0 24.0
Heure decimale (TU) −20.0 −16.0 −12.0 −8.0 −4.0 0.0 4.0 8.0 12.0 16.0 20.0 Ug et Vg (m/s) M13 − Ug M13 − Vg M14 − Ug M14 − Vg FIG. 5.2 – Valeurs de et
pour M9, M10, M13 et M14 par stations Météo-France de très forts gradients de pression horizontaux pendant la POI 9 (en particulier pour M10), et plus faibles pour la POI 10 (en particulier pour M14). Comme nous le verrons dans la suite, journée par journée, la connaissance de ces phénomènes synoptiques expliqueront en grande partie tous les phénomènes méso-échelles observés.
5.2.3 Les flux solaires et infrarouges
A partir des données pyranomètres, nous pouvons étudier sur la région Parisienne si les me-sures sont en accord avec les hypothèses suivantes :
Le flux infrarouge incident est plus important en ville qu’en milieu rural, et ce d’une valeur moyenne de 30 % (Rouse et al (73) ). Cette mesure est confirmée par Estournel (83) qui note une différence de 20 à 30 W m
sur des mesures effectuées à Toulouse. Ce phénomène peut s’expliquer par un chauffage des aérosols urbains par le flux solaire incident, augmentant ainsi le flux infrarouge.
Le flux solaire incident mesuré est plus faible en milieu urbain que rural. La présence d’aérosols va atténuer la transmission atmosphérique et réduire la mesure de ce flux en surface en milieu ubain.
Le flux infrarouge émis par la surface est plus faible en milieu urbain que rural. La cause princi-pale est le type de surface, et la mesure est très sensible à des différences d’émissivité.
L’émis-82 CHAPITRE 5. ANALYSE DES RÉSULTATS sivité étant plus faible en ville, les flux infrarouges eux-mêmes seront moindre.
0.0 200.0 400.0 600.0 800.0 Palaiseau 0.0 200.0 400.0 600.0 800.0 Jussieu M9 M10 M13 M14
FIG. 5.3 – Comparaison des flux solaires in-cidents mesurés à Jussieu et Palaiseau pour M9, M10, M13 et M14 220.0 240.0 260.0 280.0 300.0 320.0 340.0 360.0 Palaiseau 220.0 240.0 260.0 280.0 300.0 320.0 340.0 360.0 Jussieu M9 M10 M13 M14
FIG. 5.4 – Comparaison des flux infrarouges incidents mesurés à Jussieu et Palaiseau pour M9, M10, M13 et M14
Malheureusement, aucune mesure n’a été enregistrée à Jussieu pour les flux solaire et infrarouge réfléchis : nous ne sommes donc pas en mesure de faire des comparaisons entre les deux sites. La comparaison Jussieu/Palaiseau, figure 5.3 montre de faibles différences sur les mesures de flux solaire incident. A l’opposé du résultat attendu, les seules différences importantes montrent des flux solaire urbains plus importants que ruraux : en M14, à 10h, les pyranomètres mesurent des valeurs extrèmes de 200 W m
à Palaiseau et 480 W m
à Jussieu. Cette différence s’explique principalement par la mince couche de brouillard observée sur le site de Palaiseau, tous les ma-tins, jusquà 12h et qui pertube la mesure au sol. Plus généralement, des différences négligeables sont observées entre les deux sites, et ne reflètent pas la présence d’aérosols dont la taille pourrait atténuer le flux urbain.
Les différences de flux infrarouge incidents entre les deux sites sont importantes, figure 5.4. Comme nous l’avons vu précédemment, des problèmes instrumentaux ont été identifiés sur les capteurs de Jussieu, et il n’y a aucune certitude sur ces mesures. Nous présentons ici une com-paraison, mais avec toute la prudence qu’impose cette incertitude instrumentale. On note que la mesure de Jussieu est de
40 W m
plus importante qu’à Palaiseau. Ce qui est de l’ordre de ce qui est généralement relevé dans la littérature (Oke (87)). Malgré ces remarques, et par pru-dence, nous n’utiliserons pas ces valeurs de flux infrarouge à Paris pour les comparaisons avec les simulations Mercure.
5.2.4 Mesures de pollution de surface
Nous allons caractériser ces quatre journées en terme de mesures de pollution de surface par le suivi temporel des mesures de NO à la Tour Eiffel. Pour les quatres journées, on observe des pics caractéristiques aux horaires de fortes activités anthropiques, figure 5.5. Pour aucune de ces quatre journées, le seuil d’alerte n’est atteint ni pour le NO, ni pour le NO
(les mesures présentées sont la somme des contributions de NO et NO
0.0 4.0 8.0 12.0 16.0 20.0 24.0 Heure Decimale TU 0.0 40.0 80.0 120.0 160.0 200.0 240.0 280.0 320.0 360.0 400.0 NOx (ug/m3) M9 M10 M13 M14
FIG. 5.5 – Evolution temporelle des ’NO ’ (NO+NO
) pour les journées M9, M10, M13 et M14 mesurés à la Tour Eiffel
d’alerte). On note que ces quatre journées présentent des comportements radicalement différents : La journée M9 présente un des deux plus importants pics (240. g m(' ), toutes mesures confon-dues, à 8h. Ce pic est matinal et la concentration en NO chute à 11h, horaire de la formation rapide de cumulus sur la région Parisienne. La fin de la journée montre alors des concentrations les plus faibles observées.
Malgré un faible développement de la CLA, les concentrations mesurées en M10 sont les plus faibles de ces quatre journées : cette journée ne correspond pas à un problème de pollution, mais comme nous le verrons, à un phénomène atypique de dynamique de la CLA.
La journée M13, tout comme M10, montre des valeurs relativement faibles de mesures de NO . Contrairement aux autres journées, on observe ici une augmentation relative de la concentration en fin de journée. La situation anticyclonique observée ne correspond pas à un pic de poluution, mais à sa mise en place.
La journée M14 montre les plus fortes valeurs observées pour ces deux POI avec un maximum global de 350 . g m(' relevé à 7 h. Une advection synoptique va, en partie, transporter ces polluants en dehors de la zone de mesure, pour atteindre des concentrations très faibles en fin de journée.
En conclusion, on note que l’activité anthropique apparait de manière évidente sur ces quatres journées, avec globalement des pics plus importants en matinée qu’en soirée. Ce phénomène sera précisé pour chaque jour dans la suite en fonction de la structure verticale de la CLA observée.
84 CHAPITRE 5. ANALYSE DES RÉSULTATS