Description du projet
La dynamique des turbulences nocturnes susceptible d’améliorer les prévisions météorologiques et climatiques
Le projet COAT, financé par le CER, s’est fixé pour objectif de prévoir l’affaiblissement des turbulences continues dans la couche limite nocturne. Il s’agit d’un élément essentiel pour les prévisions météorologiques et climatiques. Il revêt également une grande importance dans la compréhension de l’équilibre énergétique et du transfert de chaleur, ainsi que de la qualité de l’air et de la dispersion de la pollution. Les modèles actuels peinent à prévoir le comportement des turbulences dans des conditions froides, ce qui donne lieu à d’importantes erreurs de prévision. Pour remédier à ce problème, le projet COAT s’appuiera sur l’hypothèse du flux thermique maximal soutenable, qui explique l’affaiblissement des turbulences par une boucle de rétroaction positive entre l’atmosphère et la couche inférieure. Les chercheurs s’emploieront à élaborer une théorie novatrice sur les régimes nocturnes en réalisant des simulations numériques directes et en exploitant les données issues du mât de Cabauw, aux Pays-Bas. Les résultats seront comparés à ceux rassemblés par le consortium de données FLUXNET.
Objectif
This project aims to predict the cessation of continuous turbulence in the evening boundary layer. The interaction between the lower atmosphere and the surface is studied in detail, as this plays a crucial role in the dynamics. Present generation forecasting models are incapable to predict whether or not turbulence will survive or collapse under cold conditions. In nature, both situations frequently occur and lead to completely different temperature signatures. As such, significant forecast errors are made, particularly in arctic regions and winter conditions. Therefore, prediction of turbulence collapse is highly relevant for weather and climate prediction.
Key innovation lies in our hypothesis. The collapse of turbulence is explained from a maximum sustainable heat flux hypothesis which foresees in an enforcing positive feedback between the atmosphere and the underlying surface. A comprehensive theory for the transition between the main two nocturnal regimes would be ground-breaking in meteorological literature.
We propose an integrated approach, which combines in-depth theoretical work, simulation with models of various hierarchy (DNS, LES, RANS), and observational analysis. Such comprehensive methodology is new with respect to the problem at hand. An innovative element is the usage of Direct Numerical Simulation in combination with dynamical surface interactions. This advanced technique fully resolves turbulent motions up to their smallest scale without the need to rely on subgrid closure assumptions. From a 10-year dataset (200m mast at Cabauw, Netherlands) nights are classified according to their turbulence characteristics. Multi-night composites are used as benchmark-cases to guide realistic numerical modelling. In the validation phase, generality of the results with respect to both climate and surface characteristics is assessed by comparison with the FLUXNET data-consortium, which operates on a long-term basis over 240 sites across the globe.
Champ scientifique
Programme(s)
Régime de financement
ERC-COG - Consolidator GrantInstitution d’accueil
2628 CN Delft
Pays-Bas