Méthodes d'observation et de modélisation pour étudier le climat urbain : application sur le Pakistan

Observational and modelling approaches to study urban climate : application on Pakistan

• Auteur / Autrice : Sajjad Hussain Sajjad
• Direction : Alain Clappier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géographie
• Date : Soutenance le 16/04/2013
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences de la Terre et Environnement (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire image, ville et environnement (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Luc Ponche
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Salman Qureshi, Syed Shoaib Raza

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Température urbaine

Pakistan

Microclimat urbain

Mots clés libres

Climat urbain

Consommation d'énergie

Urban climate

Energy consumption

Urban heat island

Finite volume mesoscale model

Homogenization

Résumé

L'objectif majeur de ce travail est d'étudier le climat urbain, principalement en mettant l'accent sur les tendances de la température. Il s’agit principalement de l’augmentation des températures grâce à des techniques d'observation et de modélisation. A cet effet, des données températures de 1950 à 2004 ont étudiées sur plusieurs stations de mesure au Pakistan. Les données de températures annuelles et saisonnières moyennes quotidiennes minimales (Tmin) et maximales (Tmax) de 37 observatoires météorologiques du Pakistan (17 urbain, 7 petite ville et 13 rurale) pour la période 1950-2004 ont d'abord été homogénéisées, puis analysées. Les résultats montrent qu’après les années 1980, Tmin et Tmax tendent à augmenter plus vite que la période d'avant 1980 sur les zones urbaines. Au cours de la période 1980-2004, l'augmentation annuelle de Tmin sur les stations urbaines est observée plus élevée que sur les stations des petites villes et les stations rurales. Pour comprendre l’effet de la taille de la ville, le changement du l’utilisation des sols et la hauteur du bâtiment sur l'évolution des températures minimales et maximales des zones urbaines a été étudié en utilisant le model FVM (Finite Volume Model) et des simulations ont faites pour trois jours à partir de 00:00 (GMT) le 19e jour de chaque mois et se terminant à 00:00 (GMT) le 22e jour de chaque mois. Pour chaque mois, 48 combinaisons possibles de scénarios de simulation sont exécutés (4*4*3) et au total, 576 simulations (48*12) sont exécutés pendant un an. Les résultats centre montrent que Tmin et Tmax augmente lorsque fraction urbaine u, taille de la ville r et hauteur du bâtiment h augmente. Mais on remarque que Tmax augmente plus que le Tmin quand u augmente, Tmin augmente plus que Tmax lorsque r augmente et Tmin augmente plus que Tmax lorsque h augmente. Parmi tous les facteurs urbains (fraction urbaine u, taille de la ville r et hauteur du bâtiment h), la taille de la ville est le facteur majeur qui contribue principalement à augmenter la température minimale plus que température maximale dans les zones urbaines.

The objective of this work is to study the urban climate, mainly by focusing on urban temperature trends. The specific focus is to understand the reasons of increase in minimum temperature through observational and modelling techniques. For this purpose, the temperatures data from 1950 to 2004 measured on several meteorological stations of Pakistan is studied and analyzed. Daily averaged annual and seasonal minimum (Tmin) and maximum (Tmax) temperature data of 37 meteorological observatories of Pakistan (17 urban, 7 town and 13 rural) from 1950 to 2004 is first homogenized and then analyzed. The results show that after 1980s Tmin and Tmax increase faster than the period before 1980s at urban areas. During 1980–2004, the increase in Tmin at major urban stations is observed higher than the smaller towns and rural stations. To understand, the effect of the size of the city, changing land use and the building height on the evolution of minimum and maximum temperatures in urban areas has been studied by using the FVM (Finite Volume Model) model and the simulations are run for three days starting at 00:00 (GMT) on 19th day of each month and ending at 00:00 (GMT) on 22nd day of each month. For each month, 48 possible combinations of simulation scenarios are run (4*4*3) and in total, 576 simulations (48*12) are run for a year. The main results show that Tmin and Tmax increase when urban fraction u, city size r and building height h increase. But it is noticed that Tmax increases more than the Tmin when u increases, Tmin increases more than the Tmax when r increases and Tmin increases more than the Tmax when h increases. Among all urban factors (urban fraction u, city size r and building’s height h), city size is the major factor that mainly contributes to increase the minimum temperature more than the maximum temperature in urban areas.