Etude du 10 Mars 95

en M9 L’écho sodar, relatif à la fonction de structure de la température




montre en début de journée (de 0h à 5h), des pics très marqués sur les deux sites. Ces maxima globaux, relatifs à la hauteur de la couche nocturne stable, dénotent une couche urbaine plus haute à Paris (



400m) qu’à Palaiseau (

200m). D’autre part, les profils de'

  dénotent une activité turbulente plus intense en milieu urbain. Comparativement aux autres journées, les flux de chaleur sensible surfaciques sont nettement plus faibles, et, ce, sur les deux sites. La forte croissance observée de la CLA n’est donc pas l’effet d’une forte production thermique à la surface, mais l’effet d’une advection synoptique. Les flux calculés par sodar, figure 5.11 sur les deux sites sont relativement proches, et l’on note l’invalidité de la méthode à Jussieu de 13h à 15h, due à des profils de très perturbés, signes de remous turbulents très importants au sein de la couche mélangé urbaine.

5.3.1.5 Conclusion pour le 9 Mars 95

Cette journée est caractérisée par une forte concentration de polluants en début de journée. Ces polluants vont être rapidement dispersés par une advection de cumulus de beau temps au dessus de la couche limite, provoquant rapidement son développement vertical. Ces cumulus apparaissent à midi, horaire d’un brusque changement de direction du vent (observé sur les deux sites), passant de Sud-Ouest (avant midi) à Sud-Est (après midi). Le développement de la CLA sera d’autant plus rapide que l’inversion de température en fin de matinée est particulièrement faible. Les flux de surface sont faibles, le développement de la CLA est, pour cette journée, guidé par des conditions synoptiques sans inversion de température particulière.

5.3.2 Etude du 10 Mars 95

Les effets d’advection de la veille n’ont pas affecté le début de journée de M10. Cette journée se caractérise particulièrement par un développement de couche limite atypique. Une importante d’advection d’air chaud va perturber le développement de la CLA, et limiter son développement à quelques centaines de mètres.

88 CHAPITRE 5. ANALYSE DES RÉSULTATS 5.3.2.1 Étude de la stabilité atmosphérique en M10

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. 5.12 – Gradients de température potentielle pour M10

Pendant la nuit, et jusqu’à 8 h, l’atmosphère est très stable à Saclay, mais est proche de la neutralité à Paris. Comme cela a été observé pendant M9, l’atmosphère devient instable plus tardi-vement en milieu rural (9h) qu’en milieu urbain (8h). En début de période convective, l’atmosphère est nettement plus instable en milieu urbain que rural, et on observe (figure 5.12), un passage à la neutralité à la même heure pour les deux sites, à 17 h. On note que le manque de données ne permet pas ici de conclure sur la stabilité nocturne urbaine.

5.3.2.2 Structure verticale de la température potentielle à Trappes en M10

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) M10 − 0h40 M10 − 6h35 M10 − 11h36 M10 − 17h35 M10 − 23h17

FIG. 5.13 – Profils de calculés par les sondages de Trappes en M10

Le gradient vertical de température potentielle dans la troposphère libre est pour cette jour-née beaucoup plus important que pour M9, avec une valeur moyenne de 



5 K km  et un réchauffement global de 3 K. Alors que la couche limite évolue peu, on note que d’importants changements thermiques sont observés de 0 à 1500 m (figure 5.13). Le profil de de 0h40 montre

trois structures différentes de 0 à 300 m, où le profil est stable, de 300 à 1000 m où le profil est typique d’une couche mélangée, et de 1000 à 1200 m où une très importante inversion est relevée (8 K). A 6h35, un refroidissement atypique de 2 K est observé dans la couche de surface de 0 à 300 m. Au dessus de 300 m, à 6h35, un réchauffement important est observé, menant à une très forte inversion de 8 K à 11h36 et à 400 m. Cette inversion due à un réchauffement synoptique est la cause majeure du blocage de la CLA pour cette journée. Evoluant verticalement peu, on retrouve cette inversion à 700-800 m à 17h35. A 23h17, l’inversion précédente a disparu et le profil est très stable. On note pour l’ensemble de cette journée, un réchauffement à la surface de 276 K (0h40) à 288 K (17h35), ce qui la plus large variation observée pour les quatres journées étudiées ici. 5.3.2.3 Le module du vent à iso-altitude par sodar en M10

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

0.0 4.0 8.0 12.0 16.0 20.0 |U| (m/s) Jussieu Palaiseau z=100m z=300m

FIG. 5.14 – Séries chronologiques de 
 à 100 et 300 m par sodar, pour M10

Le développement lent de la CLA est en partie dû à l’effondrement de la vitesse du vent dans la CLA. La figure 5.14 montre des séries chronologiques du module du vent à Jussieu et Palaiseau à z=100 et 300 m. On note peu de différences entre les deux sites, mais une forte décroissance temporelle : de 0 h à 10h, le module du vent 
 chute de 9 à 6 m/s à 100 m, et de 16 à 10 m/s à 300 m. De 10 h à la fin des mesures (21 h), le module du vent va rester quasiment constant. Cette baisse du module du vent dans les basse couches n’est pas reliée à des masses d’air de provenance différentes puisque la direction du vent est constante pour toute cette journée, de Sud-Est (dans la continuité de la fin de journée M9). Dans ce cas aussi (comme M9), Palaiseau n’est pas sous l’influence de l’agglomération Parisienne. On note que la comparaison n’a pas été effectuée au dessus de 300 m, car les données sodar de Jussieu sont invalides.

5.3.2.4 Comportement dynamique à Jussieu et Palaiseau en M10

Une couche fortement rétrodiffusante est observée à Jussieu, sur la figure 5.15, à 800 m et avant 10h. Cette couche très turbulente a été observée via un profil individuel, figure 3.13 (p.41). Malgré les advections de la veille, cette couche n’est pas particulièrement humide ( q(800m)



2 g/kg), mais correspond à une couche résiduelle d’aérosols piégés typiquement urbaine (car n’est pas relevée à Palaiseau, la dérive laser observée ne modifiant en rien la structure verticale du signal lidar). En fin de journée, on assiste à un découplage très marqué entre la couche résiduelle urbaine et la phase de sédimentation.

90 CHAPITRE 5. ANALYSE DES RÉSULTATS

FIG. 5.15 – Séries chronologiques de RSCS à Jussieu pour M10 (6h-19h)

FIG. 5.16 – Séries chronologiques de RSCS à Palaiseau pour M10 (6h-19h)

La comparaison des résultats de montre des évolutions très proches entre les deux sites. Pen-dant toute la journée et sur les deux sites, l’advection d’air chaud ne va pas accélérer le déve-loppement de la CLA, car va créer une importante inversion difficile à éroder. La dynamique de cette journée est donc caractérisée par une advection d’air chaud au dessus de 500 m, créant une inversion très marquée. Cette inversion va rester en place, peu perturbée par une chute du vent à 10 h.

5.3.2.5 Comportement thermique à Jussieu et Palaiseau en M10

L’étude des gradients verticaux de  a montré que la couche de surface urbaine en début de matinée était proche de la neutralité. Une comparaison des valeurs sodar de à z=300 m, montre une intense activité turbulente de 0 à 8 h en M10 (comparativement à M9). Cette activité est nettement plus importante en site urbain que rural à altitude similaire. Contrairement à M9, on observe une baisse absolue de où les valeurs observées seront plus faibles en période convective. Ces faibles valeurs de sont nettement corrélées à la chute globale de la vitesse du vent (figure 5.14), montrant qu’une advection moindre diminue la turbulence verticale. Ces faibles valeurs de sont globalement relevées à toutes les altitudes, induisant de faibles

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. 5.17 – Evolution de en M10 0.0 8.0 16.0 24.0 32.0 40.0 48.0 Heure decimale TU 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Sigma W (z=300m) Jussieu Palaiseau M9 _M10 Forte activite matinale Periode convective Faible activite matinale Periode convective FIG. 5.18 – Comparaison de à z=300 m en M9 et M10

valeurs, estimées par les sodars, du flux de chaleur sensible surfacique!

sur les deux sites. Ces valeurs sont en bon accord avec les mesures du sonique et sont révélatrices d’une faible activité convective pour cette journée.

5.3.2.6 Conclusion pour le 10 Mars 95

En conclusion, cette journée montre un développement de couche limite particulièrement aty-pique : avant le lever du soleil, une forte advection d’air chaud, combinée à un vent fort, va mettre en place une importante inversion de température à 400 m. La phase convective sera limitée par cette inversion, particulièrement difficile à éroder. On note, de plus, le signe d’une couche ré-siduelle matinale très turbulente en milieu urbain, non humide et contenant des aérosols piégés (suffisamment gros pour induire une importante rétrodiffusion).

92 CHAPITRE 5. ANALYSE DES RÉSULTATS

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. 5.19 – Evolution de!
en M10