An observational, numerical and theoretical approach to the daytime urbanbreeze circulation in inland cities

• Auteur / Autrice : Julia Hidalgo Rodriguez
• Direction : Valéry Masson, Luis Gimeno Presa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de l'atmosphère
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Vents

Îlot thermique urbain

Microclimat urbain

Mots clés libres

Brise urbaine

Ilot de chaleur urbain

Meso-NH

Teb

Scaling

Capitoul

Résumé

D'un point de vue social, économique et météorologique, l'environnement urbain est un système complexe qui mérite l'attention d'une communauté scientifique multidisciplinaire. La ville modifie les conditions météorologiques locales et régionales. La ville modifie le bilan d'énergie de surface ainsi que la composition de l'atmosphère comparée aux terrains naturels présents aux alentours. L'îlot de chaleur urbain en est la plus évidente conséquence. L'impact sur la dynamique de vent est du à la fois à l'hétérogénéité des surfaces, à la rugosité plus importante et aux gradients horizontaux de température entre les environnements urbains et ruraux. Cet impact est plus difficile à observer mais il est importante pour la gestion de la qualité d'air, la conception de structures et le confort urbain. Cette étude se focalise sur la circulation locale appelée circulation de brise urbaine qui est generée en présence d'un îlot de chaleur urbain diurne, avec un ciel sans nuages et des vents régionaux très faibles. Différentes approches sont combinées pour avancer dans la connaissance de ce phénomène de mésoéchelle: Une étude expérimentale de la brise urbaine, utilisant les données d'observation de la campagne de CAPITOUL effectuée à Toulouse entre février 2004 et mars 2005. Une approche numérique employant des simulations à haute résolution (250 m) effectuées avec le modèle atmosphérique non-hydrostatique Meso-NH, couplé avec un schéma de surface urbain TEB, a permis de quantifier les effets urbains 3D de mésoéchelle non mesurés. Ces deux approches ont permis d'obtenir l'intensité et l'étendue des branches convergentes et divergentes de la brise, les vitesses de convection verticales et de quantifier la perturbation sur les champs de température et d'humidité. . .

From a social, economical and meteorological point of view, the urban environment is a complex system which deserves the attention of a multidisciplinary scientific community. The city modifies the local and regional weather. The city modifies the surface energy-balance and the composition of the atmosphere compared to the surrounding 'natural' terrains, temperature showing the most obvious alteration (the well-known urban heat island). The impact on the flow dynamics due to the surface heterogeneity, larger roughness and horizontal temperature gradients between urban and rural environments is more difficult to observe but is important in air quality management, structures design and urban comfort. This study focuses on the local circulation created in presence of a daytime urban heat island, under cloudless skies when regional winds are very light, called urban-breeze circulation. Different approaches are combined to advance in the knowledge of this mesoscale phenomenon: An experimental study of the urban-breeze using observational data from the CAPITOUL campaign carried out in Toulouse between February 2004 and March 2005. A numerical approach using high resolution numerical simulations performed with the non-hydrostatic atmospheric model Meso-NH coupled with the urban surface scheme TEB, allows to quantify the unmeasured 3-D mesoscale urban effects. Both approaches allowed to obtain the intensity and extension of the convergent and divergent branches of breeze, the vertical convective velocities and to quantify the perturbation on the temperature and moisture fields. . .