Couche Limite Atmosphérique

Napoly – Daniel – Firmo Kazay – Chen - Belleville
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Couche Limite
Atmosphérique

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Table des matières
I) Synthèse de cours ........................................................................................................................ 4
1) Généralités sur l’atmosphère .................................................................................................. 4
2) La couche limite atmosphérique ............................................................................................. 5
3) Equations ................................................................................................................................... 6
4) Effets de rotation ....................................................................................................................... 7
5) Effets de la stratification ................................................................................................................. 8
6) Couche limite atmosphérique sur fond uniforme. ...................................................................... 9
II) Article : Flux et dispersions dans le milieu urbain .................................................................. 12
1) Introduction .............................................................................................................................. 12
2) L’échelle de la région et de la ville .......................................................................................... 13
3) L’échelle du quartier ............................................................................................................... 15
4) L’échelle de la rue ...................................................................................................................... 17
5) Conclusion ............................................................................................................................... 18
III) Article internet : Vagues de montagnes et vents descendants ....................................... 18
1) Qu’est ce qu’une vague de montagne ................................................................................. 19
2) Pourquoi les étudie t-on ? ..................................................................................................... 19
3) Comment se forme t-elles ? .................................................................................................. 20
4) Conséquences ........................................................................................................................ 21
5) Vents descendants .................................................................................................................... 23
6) Nuages ........................................................................................................................................... 25
IV) Article : Turbulence dans les canopés ...................................................................................... 30
1) Introduction ............................................................................................................................... 30
2) L'influence des structures cohérentes sur l'écoulement .......................................................... 32
3) L'analogie avec une couche de mélange ................................................................................... 35
4) Le « raccourci spectral » ............................................................................................................ 36
5) Les termes du TKE ......................................................................................................................... 37

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I) Synthèse de cours
1) Généralités sur l’atmosphère
a) L’atmosphère terrestre se compose de différentes couches, et on trouve, par ordre
d’altitude croissante :
 La troposphère, contenant 90% de la masse atmosphérique, toute l’humidité et ayant
une variation de température négative avec l’altitude.
 La stratosphère, peu mélangé et très stratifiée, la température y est croissante
principalement à cause de la présence d’ozone qui lors de sa formation créer de
l’énergie.
Entre ces deux couches se situe la tropopause, limite imaginaire d’altitude moyenne 12km,
celle variant en fonction de la latitude.
La couche limite atmosphérique se situe dans la troposphère, entre 0 et 1000m environ,
c’est ici que se font la plupart des échanges de quantité de mouvement, de température ou
de masse.
b) Le bilan radiatif terrestre dresse un inventaire de l’énergie reçue et perdue par le
système climatique de la terre et de son atmosphère. L’énergie provient quasi exclusivement
du soleil, d’où le terme de radiatif.
Figure 1 Bilan radiatif terrestre
c) La quantité d’énergie reçue par la terre donnée par le schéma précédent (342
W/m2) est une valeur moyenne qui dépend en réalité de la latitude du lieu considéré. En
effet, comme le montre la figure 2, l’énergie absorbée par la terre est plus importante à
l’équateur qu’au pole notamment à cause du fait que la glace réfléchie une grande partie de
l’énergie reçue. On voit même qu’au pôle, il y a plus d’énergie réémise que reçue. Le déficit
est comblé grâce à la circulation océanique qui vient transférer de l’énergie de l’équateur
vers les pôles.

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Figure 2 Variation de l'énergie reçue avec l'altitude
2) La couche limite atmosphérique
Cette couche limite se définie comme la partie de troposphère qui est directement influencée
par la présence de la surface terrestre et qui répond aux forçages de celle-ci dans avec des
échelles de temps de l’ordre de l’heure. Elle s’étend sur un kilomètre environ et concentre
50% de la dissipation d’énergie
a) On peut séparer cette couche en deux sous couches, tout d’abord la couche de
surface, qui s’étend sur un dixième environ de la couche limite, au dessus de celle-ci se
trouve la couche d’Ekman qui s’étend jusqu’au sommet de la couche limite. Dans cette
couche ci, le vent est la réponse à l’équilibre entre la force de Coriolis et les variations de
pressions tout comme dans le reste de l’atmosphère. Cependant, à mesure que l’altitude
diminue cette force de Coriolis est de moins en moins importante par rapport à l’influence du
frottement. Il découle de cette constatation une variation de la direction du vent de 45 degrés
entre les minima et maxima de la couche.
Figure 3 Variation de la direction du vent dans la couche d'Ekman