Variation diurne du rayonnement et s ´eparation ciel clair/nuageux . 130

Les valeurs moyennes de l’ ´eclairement visible (PAR) pour des conditions claires et pour des conditions nuageuses sont d ´etermin ´ees en chaque pas de temps `a partir des valeurs mensuelles (P AR) de la fac¸on suivante. Supposant que la fraction nuageuse et l’ ´epaisseur optique des nuages sont constantes sur tout le mois, nous ´ecrivons

P AR= (1−C)P AR_clair +C P AR_nuageux [W m⁻²] (5.13) o `u

C est la fraction nuageuse et P ARclair et P ARnuageux repr ´esentent respectivement la moyenne mensuelle de l’ ´eclairement visible (PAR) dans les situations de ciel clair et de ciel compl `etement nuageux.

P AR_clair est d ´etermin ´e conform ´ement `a l’ ´equation 5.3.P AR<sub>nuageux</sub> est alors obtenu `a partir de l’ ´equation 5.13 :

Toutes les latitudes

0 2 4 6 8 10 12 14 LAI - mesures sur terrain 0 2 4 6 8 10 12 14 LAI-télédétection moyenne: (m2 m-2 ) feuille sol LAI-terrain = 3.33 LAI-Myneni = 4.63 LAI-G95 (CRU) = 5.97 -30° < lat < +30° 0 2 4 6 8 10 12 14 0 2 4 6 8 10 12 14 lat > +50° 0 2 4 6 0 2 4 6 +30°< lat < +50° 0 2 4 6 8 10 0 2 4 6 8 10

Forêts tropicales humides

0 2 4 6 8 10 12 14 0 2 4 6 8 10 12 14 LAI-télédétection

LAI - mesures sur terrain

LAI-télédétection

LAI-télédétection

LAI-télédétection

LAI - mesures sur terrain

LAI - mesures sur terrain

LAI - mesures sur terrain

a b c d e moyenne: (m2 m-2 ) feuille sol LAI-terrain = 4.39 LAI-Myneni = 4.29 LAI-G95 (CRU) = 8.47 moyenne: (m2 m-2 ) feuille sol LAI-terrain = 2.51 LAI-Myneni = 5.22 LAI-G95 (CRU) = 4.36 moyenne: (m2 m-2 ) feuille sol LAI-terrain = 3.47 LAI-Myneni = 4.26 LAI-G95 (CRU) = 6.46 moyenne: (m2 m-2 ) feuille sol LAI-terrain = 6.06 LAI-Myneni = 5.24 LAI-G95 (CRU) = 10.41

FIG. 5.8: Comparaison de l’indice de surface de feuille mesur ´e sur le terrain avec les

es-timations `a partir des donn ´ees par satellite : l’indice de surface de feuille estim ´e par

My-neni et al. (1995, 1997) (LAI-MyMy-neni, en bleu) et selon Guenther et al. (1995) (LAI-G95

(CRU), en rouge). Les valeurs moyennes sont ´egalement indiqu ´ees pour les mesures sur le terrain (LAI-terrain, en noir), pour LAI-Myneni (en bleu) et pour LAI-G95 (CRU) (en rouge).

P AR_nuageux = ^{P AR−(1−C)P ARclair}

C ^{[W m}

−2] (5.14)

L’ ´epaisseur optique des nuages est alors d ´etermin ´ee en confrontant la valeur de

P AR_nuageuxavec les valeurs tabul ´ees de la moyenne mensuelle de l’ ´eclairement visible (PAR) calcul ´ee pour des ´epaisseurs optiques comprises entre 0 et 20 (0,1,2,3,. . .,20)

P AR_mod= ¹ N₁ 1 N₂ N1 X i1=1 N2 X i2=1 P AR_mod^¡θ(i₁, i₂), τ = 0,1,2,3· · · ,20^¢ [W m⁻²] (5.15) o `u

N1 (= 3) est le nombre de jours consid ´er ´es dans le mois,

N₂ (= 48) est le nombre de pas de temps par jour consid ´er ´es pour d ´eterminer la moyenne mensuelle,

P ARmod(θ(i1, i2), τ)est l’ ´eclairement visible (PAR) mod ´elis ´e pour un angle z ´enithalθ(i1, i2)

correspondant au pas de temps consid ´er ´e et pour une ´epaisseur optique des nuagesτ. Supposant que l’ ´eclairement visible (PAR) varie exponentiellement avec l’ ´epaisseur optique des nuages entre deux valeurs suffisamment proche de τ, celle-ci est alors d ´etermin ´ee par interpolation entre deux valeurs successives de τ.

Connaissant l’ ´epaisseur optique des nuages, suppos ´ee constante durant le mois, l’ ´eclairement visible (PAR) et les fractions diffuses du rayonnement actif pour la photo-synth `ese et du proche infrarouge, trait ´es s ´epar ´ement pour les situations de ciel clair et de ciel nuageux, sont interpol ´es `a partir des valeurs tabul ´ees calcul ´ees par le mod `ele radiatif atmosph ´erique. L’ ´eclairement visible (PAR) est ensuite corrig ´e pour tenir compte de la distance Terre-Soleil.

L’ ´eclairement dans le proche infrarouge (NIR) est d ´etermin ´e `a l’aide du rapport ob-serv ´e entre l’ ´eclairement visible (PAR) et l’ ´eclairement solaire global, rapport suppos ´e constant sur le mois. On a :

NIR = ( ¹

RISCCP

−1)P AR [W m⁻²] (5.16)

o `uR<sub>ISCCP</sub> est la valeur de ce rapport fournie par la climatologie ISCCP (Cf. Eq.: 5.1). Selon Guenther et al. (1995), les situations de ciel clair et de ciel nuageux ne sont pas trait ´ees s ´epar ´ement. L’ ´eclairement visible (PAR), `a chaque pas de temps du mod `ele, est d ´etermin ´e `a partir des valeurs calcul ´ees pour un ciel clair en fonction de l’angle z ´enithal local, et corrig ´ees par la fraction nuageuse selon une ´equation similaire `a l’ ´equation 5.4. Les fractions diffuses sont d ´etermin ´ees comme :

fdif =CLC+ (1−CLC)fdif,clair (5.17) o `u

f_dif etf_dif,clair sont respectivement la fraction diffuse moyenne et la fraction diffuse pour un ciel clair, et

C_LC est la moyenne mensuelle de la fraction nuageuse, suppos ´ee constante durant le mois, donn ´ee par la climatologie de Leemans et Cramer (LC).

5.4.2 Variations diurnes des autres param `etres m ´et ´eorologiques

Alors que dans le travail de Guenther et al. (1995), la variation diurne de la temp ´e-rature de l’air est ignor ´ee, la climatologie CRU fournit des moyennes mensuelles de la temp ´erature minimale de l’air et de l’ ´ecart diurne de temp ´erature, `a partir desquelles la variation diurne de la temp ´erature de l’air peut ˆetre d ´etermin ´ee.

Comme illustr ´e `a la Figure 5.9, nous avons suppos ´e que la temp ´erature de l’air suit une progression sinuso¨ıdale pendant le jour et une d ´ecroissance exponentielle durant la nuit (Goudriaan et van Laar , 1994). Ces formes analytiques ne sont de bonnes approxi-mations qu’en l’absence de nuages (Matveev , 1967; Parton et Logan, 1981; De Moor , 1983; Hufty , 2001). En p ´eriode nuageuse, l’amplitude moyenne observ ´ee (∆T_air) est faible et le choix de ces param ´etrisations n’a que peu d’influence.

Durant le jour, la temp ´erature de l’air est calcul ´ee par (Goudriaan et van Laar , 1994) :

T_air =T_min+ ∆T_air sin^{π(th−12 +d/2)}

d+ 2p ^{[°C] (5.18)}

o `u

T_air est la temp ´erature de l’air pour(12−d/2< t_h <12 +d/2),

Tmin est la moyenne mensuelle de la temp ´erature minimale de l’air [°C] donn ´ee par la climatologie CRU,

∆T_airest l’ ´ecart mensuel moyen de la temp ´erature de l’air [°C] donn ´e par la climatologie CRU,

dest la longueur du jour [heure],

t_h est le temps [heure], et

p l’intervalle de temps entre le midi solaire vrai et le maximum de temp ´erature [heure] (par d ´efautp= 1.5 heures).

Pendant la nuit, la temp ´erature de l’air est d ´etermin ´ee comme (Goudriaan et van

Laar , 1994) :

T_air = ^{Tmin−Tcoucherexp}

h

−dn nc

i

+ (T_coucher −T_min) exp

h −(th−tcoucher) nc i 1−exp^h−dn nc i [°C] (5.19) o `u

T_coucher est la temp ´erature de l’air au coucher du soleil [°C]. Elle est obtenue en substi-tuantth =tcoucher = 12 +d/2, dans l’ ´equation 5.18.

d_n est la dur ´ee de la nuit [heure],d_n= 24−det

-24 0 24 48 10 15 20 25 30 13.5 Lever du soleil Coucher du soleil T min T min T max T max

Variation diurne de la température de l’air

Tai^r

(°C)

Temps (heurres)

Jour précédent Jour courant Jour suivant

FIG. 5.9: Illustration de la progression diurne de la temp ´erature de l’air param ´etris ´ee

selon Goudriaan et van Laar (1994).

L’humidit ´e relative

La climatologie CRU nous fournit les valeurs moyennes mensuelles de la pression de vapeur, que nous supposons constante au cours de la journ ´ee. Etant donn ´e que l’humidit ´e relative d ´epend de la temp ´erature de l’air, l’humidit ´e relative varie ´egalement au cours de la journ ´ee et est d ´etermin ´ee par l’ ´equation B.44.

La vitesse du vent

Dans notre ´etude, la variation diurne du vent est d ´ecrite par (Goudriaan et van Laar , 1994). La vitesse du vent `a la surface de la Terre atteint son maximum approximative-ment au m ˆeme moapproximative-ment que la temp ´erature de l’air (De Moor , 1983). La nuit, le vent est relativement stable, et le jour, le vent suit une progression quasi-sinuso¨ıdale. Sup-posant un facteur deux entre le maximum (atteint le jour) et le minimum (atteint la nuit) de la vitesse du vent, cette derni `ere, `a chaque pas de temps du mod `ele, est d ´etermin ´ee comme (Goudriaan et van Laar , 1994) :

u= ² 3^uCRU

³

1 + ^{max (0,cosθ)} (sinφlsinδ+ cosφlcosδ)

´

[m s⁻¹] (5.20)

o `u

uest la vitesse du vent, fonction de l’angle z ´enithalθ,

uCRU est la valeur moyenne de la vitesse du vent [m s⁻¹] donn ´ee par la climatologie

CRU et

φ_l etδsont respectivement la latitude du lieu et la d ´eclinaison [degr ´es].

Notons cependant qu’aux latitudes moyennes le vent est principalement d ´etermin ´e par le champ de pression (approximation g ´eostrophique) dont la variation diurne est faible. L’amplitude de la variation diurne du vent d ´ecrite par l’ ´equation 5.20 est donc surestim ´ee dans ce cas.

Le facteur de stress hydrique

Le facteur de stress hydrique f(ψ_f)intervenant dans le calcul de la r ´esistance sto-matique est d ´etermin ´e en fonction de la fr ´equence mensuelle des jours de pluie dont la distribution est fournie par la climatologie CRU : quand le nombre de jours de pluie est suffisant, il n’y a pas de stress hydrique etf(ψ_f)vaut 1, par contre lorsqu’il n’y a pas de pluie, ce stress est tr `es grand et f(ψ_f)tend vers 0. Une simple relation lin ´eaire entre le facteur de stress hydrique et la fr ´equence mensuelle des jours de pluie ν_pluie est donc utilis ´ee : f(ψ_f) =    1 si ν_pluie ≥15 jours/mois 10−3 si νpluie = 0 jour/mois νpluie 15 si 0< ν_pluie <15 jours/mois (5.21)

5.4.3 Calcul des ´emissions de compos ´es organiques volatils