Climatologie Slides Chapitre 6 PDF

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Chap. 6 Topoclimats et microclimatsHugues Goosse Centre de recherches sur la terre et le climat Georges Lemaître Earth and Life Institute Université catholique de Louvain Place Pasteur, 3 1348 Louvain-la-Neuve Tel : +32 10 47 32 98/+32 10 47 32 96/ +32 10 47 32 97 (secretary) e-mail: hugues@uclouvai...

Description

LBIR1328: Climatologie et hydrologie appliquée à l'agronomie et l'environnement

Chap. 6 Topoclimats et microclimats

Hugues Goosse Centre de recherches sur la terre et le climat Georges Lemaître Earth and Life Institute Université catholique de Louvain Place Pasteur, 3 1348 Louvain-la-Neuve Tel : +32 10 47 32 98/+32 10 47 32 96/ +32 10 47 32 97 (secretary) e-mail: [email protected]

Les échelles d’espace caractéristiques des climats

Source : Guyot (1999). 2

6.1 Climat au voisinage et à l’intérieur d’un couvert Le microclimat à l’intérieur du couvert dépend de son architecture

Profils schématiques de la densité foliaire, radiation nette, vitesse du vent, température, humidité et concentration en CO2 durant la journée (haut) et la nuit (bas). Les flèches indiquent la direction du transport. Source : Moene et van Dam (2014).

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6.1 Climat au voisinage et à l’intérieur d’un couvert Climat lumineux au sein d’un couvert végétal Loi de Lambert‒Beer‒Bouguer:

avec :

E g , z  E g ,0 exp   K L L AI ( z )

Eg,0 : rayonnement solaire global au sommet de la végétation ; Eg,z : éclairement solaire global moyen au niveau z ; LAI(z) : indice foliaire à partir du sommet jusqu’au niveau de hauteur z KL : coefficient d’extinction (fonction de l’architecture du couvert).

Profils observés de pénétration du rayonnement global dans une prairie de 20 cm de haut à trois heures différentes d’une belle journée d’été. Source: Guyot (1999).

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6.1 Climat au voisinage et à l’intérieur d’un couvert Climat lumineux au sein d’un couvert végétal Les propriétés du rayonnement changent avec la profondeur. La proportion de rayonnement diffus augmente avec la profondeur.

Pénétration de la lumière dans une pâture alpine pour un jour clair et un jour où le ciel est couvert. Source : Moene et van Dam (2014).

Enrichissement relatif du spectre en rayonnement proche infra-rouge avec la profondeur. 5

6.1 Climat au voisinage et à l’intérieur d’un couvert Profils au sein du couvert

Transport contre-gradient à l’intérieur d’un couvert

La ligne horizontale indique le sommet du couvert pour une forêt de pin d’une hauteur de 20m. Les lignes correspondent aux profils, les flèches aux flux, pour la température et le flux de chaleur sensible (à gauche), l’humidité et le flux de chaleur latente (au centre), la concentration et le flux de CO2 (à droite). Source : Moene et van Dam (2014) basé sur Denmead et Bradley (1987). 6

6.2 Effets des éléments du paysage dans les zones planes ou faiblement ondulées

Modification des échanges turbulents et des flux radiatifs

Les hétérogénéités de la surface influencent la rugosité de surface et la circulation locale. Exemple: l’influence d’un brise-vent Représentation schématique de l’effet d’un brise-vent sur l’écoulement de l’air. (A) Brisevent imperméable; (B) brise-vent perméable Source : Guyot (1999). 7

6.2 Effets des éléments du paysage dans les zones planes ou faiblement ondulées Modification des échanges turbulents et des flux radiatifs

Exemple: l’influence d’un brise-vent Schéma illustrant les effets d’un brise-vent sur le rayonnement solaire à l’échelle d’une parcelle agricole

Source : Guyot (1999) 8

6.2 Effets des éléments du paysage dans les zones planes ou faiblement ondulées Modification des échanges turbulents et des flux radiatifs

Exemple: l’influence d’un brise-vent

Schéma illustrant les effets d’un brise-vent sur les échanges radiatifs de grandes longueurs d’ondes, à l’échelle d’une parcelle agricole Source : Guyot (1999).

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6.2 Effets des éléments du paysage dans les zones planes ou faiblement ondulées Effets de la couverture végétale

Illustration schématique de l’effet de « piège à lumière » d’un couvert végétal irrégulier Source : Guyot (1999).

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6.2 Effets des éléments du paysage dans les zones planes ou faiblement ondulées Effets de la couverture végétale et de l’occupation des sols

Exemple: l’effet d’oasis L’évaporation dans une petite zone irriguée au milieu d’une zone sèche va être plus élevée que si elle était entourée de zones humides.

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6.2 Effets des éléments du paysage dans les zones planes ou faiblement ondulées Effets des propriétés du sol Equation du bilan d’énergie

E  s  sh  L w   h ch ( dTs / dt ) où

E   (1   ) Eg    s  (Ts4  TA4 ) avec :



E g

s



Ts TA

: albedo; : rayonnement global ; : émissivité du sol ; : constante de Stefan-Boltzmann ; : température de surface ; : température radiative apparente de l’atmosphère

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6.2 Effets des éléments du paysage dans les zones planes ou faiblement ondulées Effets des propriétés du sol Modification du flux de chaleur dans le sol

 Tref  Ts  s  k s     zref  avec :

Ts

: température de la surface du sol ;

Tref : température au niveau de référence zref (niveau auquel l’onde

thermique est complètement amortie : 0,25 à 0,75 m selon le type de sol) ;

ks

: conductivité thermique moyenne du sol 13

6.2 Effets des éléments du paysage dans les zones planes ou faiblement ondulées Effets des propriétés du sol Modification du flux de chaleur dans le sol Considérons deux surfaces identiques S1 et S2, dans les mêmes conditions, sauf qu’elles sont caractérisées par des conductivités thermiques différentes: kS1>ks2 (par exemple S2 a été fraîchement labourée). Si on suppose que le bilan énergétique est le même pour S1 et S2, on doit avoir:

 Tref  Ts1 ks ,S 1   z ref 

  Tref  Ts2   ks ,S 2    z ref

   14

6.2 Effets des éléments du paysage dans les zones planes ou faiblement ondulées Effets des propriétés du sol Modification du flux de chaleur dans le sol et donc







k s, S1 Tref  Ts1  k s , S 2 Tref  Ts2



et comme kS1>kS2

Tref  Ts1  Tref  Ts 2 Ce qui implique que l’écart de température entre le jour et la nuit est plus faible pour S1.

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6.2 Effets des éléments du paysage dans les zones planes ou faiblement ondulées Les brises côtières

Représentation schématique des brises de mer et de terre

Source : Guyot (1999)

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6.3 Action du relief L’effet de foehn Effet des vallées Représentation schématique de l’effet d’un rétrécissement d’une vallée sur l’écoulement de l’air

Source : Guyot (1999)

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6.3 Action du relief Bilan radiatif des pentes

Représentation schématique de l’effet du relief sur les échanges radiatifs

Source : Guyot (1999) 18

6.3 Action du relief Les vents locaux en montagne

Les vents de vallée. (A) vent de nuit; (B) coupe transversale de la vallée montrant la séparation entre vent montant et descendant; (C) profil vertical de vitesse du vent au centre de la vallée; (D) vent de jour. Source : Guyot (1999) 19

6.4 Climat urbain Îlot de chaleur urbain

Différence de température en soirée dans la ville de Columbia, Maryland, par rapport à une zone rurale proche. A gauche, en 1968 la population comptait 1000 habitants et 20 000 habitants en 1974, à droite (Bonan, 2008) 20

6.4 Climat urbain Îlot de chaleur urbain

Différence entre la température en ville et dans la région environante en été (Source Manolli et al. 2019).

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6.4 Climat urbain Îlot de chaleur urbain

Température à Bruxelles et dans la région environnante en été 2011, basé sur les résultats de simulations réalisées par le VITO Urban Climate Team (http://www.urban-climate.eu/c/Team/) dans le cadre du projet RAMSES

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6.4 Climat urbain Îlot de chaleur urbain Cycle diurne de la température de l'air pour un site urbain à St-Louis, Missouri, et un site rural proche, en moyenne sur les étés de 1972 à 1975. Les chiffres entre parenthèses sont des moyennes journalières (Bonan, 2008).

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6.4 Climat urbain

Flux de chaleur en surface mesurés à midi dans un champs et sur un parking avoisinant à Columbia, Maryland. S est le flux solaire, L le flux de grande longueur d'onde (pour S et L, la flèche à côté de la lettre indique le sens du flux), lE est le flux de chaleur latente, H le flux de chaleur sensible, G le flux dans le sol, Ts la température de surface, Rn le flux radiatif net 24 (Bonan, 2008).

6.4 Climat urbain Hydrologie urbaine

Infiltration et écoulement de surface typique pour une forêt, une prairie, un quartier résidentiel et un quartier d'affaires en réponse à 100 mm de précipitation (Bonan, 2008).

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6.4 Climat urbain Hydrologie urbaine

Précipitations moyennes dans la région de St Louis, Missouri exprimés en pourcentage des chutes de pluies observées en ville (Bonan, 2008).

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6.4 Climat urbain Circulation urbaine

Flux perpendiculaire à des canyons urbains pour différents rapports entre la hauteur des bâtiments et l'espace entre ceux-ci (Vardoulakis et al. 2003; Oke, 1988).

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6.4 Climat urbain Effet des aménagements urbains

Température de l'air mesurée une nuit d'été à Washington DC le long d'un transect partant de la zone résidentielle nord-ouest, au travers de Rock Creek Park vers le centre d'affaires de la 16ème rue et les parcs herbeux du Mall (Bonan, 2008).

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6.4 Climat urbain Effet des aménagements urbains

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6.4 Climat urbain Effet des aménagements urbains

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