Numerical simulations of the urban atmosphere with the model SUBMESO:
case of the UBL - ESCOMPTE experiment on the agglomeration of Marseille
SIMULATIONS NUMERIQUES DE L'ATMOSPHERE URBAINE AVEC LE MODELE SUBMESO :
APPLICATION A LA CAMPAGNE CLU-ESCOMPTE SUR L'AGGLOMERATION DE MARSEILLE
Résumé
In view of understanding and forecasting pollutant dispersion in urban areas, high resolution numerical simulations are performed. The aim is to reproduce atmospheric characteristics above complex urbanised site. An accurate method is developed to implement numerical simulations of the urban atmosphere based on three complementary tools, optimized on Marseille agglomeration example: the atmospheric Large Eddy Simulation model SUBMESO and the soil model for sub-meso scales, urban, SM2-U, and the DFMap software to map the morphological characteristics of urban fabrics. In order to simulate the atmosphere of coastal cities, a method to compute the fluxes at the sea - atmosphere interface is developing developed and validated. A sensitivity study is then carried on an academic configuration of a city and its rural and/or coastal environment, based on twelve simulations, in order to evaluate the retroactions of the soil and atmospheric models. Five other simulations of the Marseille area are performed with three nested grids during an intense observation period of the UBL – ESCOMPTE experimental campaign, allowing the first validation of the SUBMESO – SM2-U couple, an analysis of the interactions between the city, the breeze systems and the topography, and also very high resolution study of turbulent parameters. This method may be used to study the air quality of other urban areas.
En vue de comprendre et prévoir les modes de dispersion des polluants émis dans les zones urbanisées, des simulations numériques sont menées à haute résolution. L'objectif est de reproduire les caractéristiques atmosphériques au-dessus d'un milieu complexe urbanisé. On a développé une méthode précise de mise en œuvre des simulations numériques de l'atmosphère urbaine à haute résolution spatiale en se basant sur trois outils complémentaires, optimisés sur l'exemple de Marseille : le modèle atmosphérique SUBMESO, en mode SGE (simulation des grandes échelles), le modèle de sol pour les échelles sub-meso urbanisé SM2-U, le logiciel de cartographie des caractéristiques morphologiques de la canopée urbaine DFMap. Pour pouvoir simuler l'atmosphère de villes côtières, on a développé et validé une méthode de calcul des flux à l'interface mer – atmosphère adaptée aux données de température disponibles par mesure ou télédétection. Une étude de sensibilité est ensuite menée sur une configuration académique de ville dans son environnement rural et/ou côtier, à l'aide de douze simulations permettant d'évaluer les rétroactions entre le modèle de sol et le modèle atmosphérique. Cinq autres simulations sont effectuées sur la région marseillaise au cours d'une période d'observation intensive de la campagne expérimentale CLU – ESCOMPTE, avec trois grilles emboîtées, permettant la première validation du couple SUBMESO – SM2-U, l'analyse des interactions entre la ville, les systèmes de brise et la topographie, et aussi l'étude des champs turbulents à très haute résolution. La méthode développée peut être utilisée pour l'étude de la qualité de l'air d'autres agglomérations.