E2 Écoulements turbulents de surface

Topique

Les écoulements turbulents de surface correspondent aux échanges de chaleur sensible, de chaleur latente et de quantité de mouvement qui se produisent entre la surface terrestre et l'atmosphère, sous l'effet des turbulences au sein de la couche limite atmosphérique. La chaleur sensible représente le flux d'énergie thermique qui se dissipe directement dans l'air, tandis que la chaleur latente est le flux d'énergie associé à l'évaporation ou à la condensation de l'eau. Ensemble, ces deux flux déterminent la température de l'air et les précipitations, car c'est précisément l'évapotranspiration qui fournit la vapeur d'eau qui finira par se condenser en précipitations, bouclant ainsi le cycle hydrologique.

L'équation de Penman-Monteith constitue le cadre physique standard utilisé pour calculer l'évapotranspiration de référence et l'évapotranspiration réelle. Elle combine la demande imposée par l'atmosphère (vent, température et humidité) avec la résistance que la surface elle-même oppose au transport de cette vapeur d'eau.

Dans cette même équation, la traînée aérodynamique dépend du vent et de la rugosité de la surface, tandis que la traînée du couvert végétal, également appelée traînée stomatique, contrôle l'accès de la vapeur d'eau contenue dans les feuilles à l'atmosphère. Dans un sol dépourvu de végétation, la résistance stomatique est remplacée par la résistance propre du sol, qui augmente avec son dessèchement.

La théorie de similitude de Monin-Obukhov décrit quant à elle le comportement des profils de vent, de température et d'humidité au sein de la couche limite atmosphérique, en fonction de la longueur d'Obukhov. Cette longueur quantifie la stabilité thermique de l'ensemble de la couche limite atmosphérique. Une longueur négative indique des conditions instables ou convectives, la surface étant plus chaude que l'air ambiant ; une longueur positive indique des conditions stables, la surface étant plus froide que l'air ambiant.

Le comportement attendu de ces écoulements turbulents inclut des profils de vent logarithmiques en conditions neutres, profils qui sont modifiés par des fonctions de stabilité spécifiques lorsque les conditions deviennent stables ou instables. Ainsi, depuis la chaleur sensible et latente avec laquelle ce document commence jusqu'aux profils de vent avec lesquels il se termine, en passant par l'équation de Penman-Monteith et la longueur d'Obukhov, les flux turbulents de surface provoquent une turbulence, invisible à l'œil nu, qui détermine finalement à la fois la température de l'air et le cycle de l'eau lui-même, qui se referme à chaque nouvelle précipitation.

ID:435