De meilleurs modèles de turbulence pour améliorer les prévisions météorologiques
La couche limite planétaire (CLP) est la couche atmosphérique fortement turbulente qui lie la surface de la Terre à l'atmosphère fluide qui se trouve au-dessus. Les mécanismes de turbulence et de la CLP contrôlent des éléments caractéristiques du changement climatique et des évènements météorologiques extrêmes tels que les canicules, les sécheresses, ou encore les épisodes de froid extrême et de pollution de l'air. Ces phénomènes sont mal reconstitués par les modèles atmosphériques existants. Le projet PBL-PMES (Atmospheric planetary boundary layers: Physics, modelling and role in Earth system) a utilisé un nouveau modèle conceptuel pour les CLP. La turbulence peut être considérée comme ayant trois composantes: le flux régulier, la turbulence chaotique et les structures auto-organisées. Les structures auto-organisées, comme les cellules de convection, sont la composante qui a été le plus souvent mal prise en charge. Une nouvelle théorie de clôture de turbulence par budget énergétique et de flux (EFB) a été développée et préparée pour être mise en œuvre dans des modèles de prévisions météorologiques, climatiques et de qualité de l'air. La théorie montre que la turbulence géophysique ne dégénère pas même dans des stratifications stables d'un point de vue supercritique (lorsque des flux d'échelle inférieure deviennent laminaires) à cause des deux mécanismes. Le flux de poussée est autorégulé par le transfert thermique à contregradient alimenté par l'énergie potentielle de turbulence, et il existe des échanges efficaces entre l'énergie cinétique et l'énergie turbulente potentielle. Le concept de CLP convective basé sur la décomposition en trois parties a été développé et vérifié par rapport aux données disponibles et aux simulations de grands tourbillons. Des modèles avancés de CLP neutres et stablement stratifiées, dont les CLP habituellement neutres récemment identifiées (généralement au-dessus des océans) et les CLP stables à long terme (généralement au-dessus des continents à hautes latitudes), ont été identifiés et utilisés pour développer de nouveaux algorithmes de surface-flux qui prennent en compte les interactions entre la couche de surface et le cœur de la CLP. Un certain nombre d'études en temps réel ont été effectuées en parallèle des mesures de terrain et utilisées pour enrichir les résultats des observations, notamment pour les flux turbulents au-dessus de la banquise dans l'Arctique et pour les risques en matière de qualité de l'air urbain sous des CLP très stables. Un nouveau concept de rétroaction CLP-climat, qui rend compte de la force de la sensibilité thermique des CLP, a été développé et utilisé pour expliquer jusqu'à 70 % des tendances des températures observées et de la variabilité du changement climatique à latitudes élevées. Des paramétrisations de la clôture EFB et des CLP sont en cours de préparation pour être mises en œuvre dans les modèles météorologiques, climatiques et de qualité de l'air dans plusieurs pays de l'UE et aux États-Unis.
Mots‑clés
Turbulence atmosphérique, cellules de convection, couche limite planétaire, changement climatique, PBL-PMES
