Simulations météorologiques sur site rural à topographie non plane par emboîtement de domaines avec le modèle SUBMESO
Résumé
Estimating long-range sound propagation over a rural site with complex terrain requires taking into account variations of the micrometeorological fields in the lower part of the atmospheric boundary layer. Our purpose is to simulate wind and temperature fields over moderately complex terrain with high resolution, for characterizing the micrometeorology of sites with non-flat topography for acoustic computations.
Two numerical tools are developed in association with the main platform of the study, the Submeso code. A meteorological pre-processor MPP is integrated, to construct vertical profiles of wind and temperature over the whole boundary layer, from recent parameterisations. These profiles are utilized to drive the flow into the computational domain. The integration of the MPP into Submeso is validated with Large-Eddy Simulations of two different flows over flat terrain: a flow in convective conditions and a shear-driven flow in neutral conditions. The results are compared favourably with Moeng & Sullivan (1994). In order to both reach local high resolution and take into account regional meteorological conditions, a grid-nesting module is coupled with Submeso. A particular attention is given to choosing the choice of the optimal boundary conditions for the nested domain, based on a bibliographical study pointing at the numerical problems induced by this technique. The method is assessed through two configurations: a shear-driven flow in neutral conditions and the flow over a 2D hill in stable conditions.
The developed numerical tools are applied to simulate the flow over the real site of the small valley of the Vicoin: with a unique grid with convective and neutral academic conditions on the one hand, and with nested grids (with one-way interaction) in “realistic” convective and stable conditions selected from experimental data on the other hand. Special care is put on the analysis of the observed topographical effects, in comparison with in situ measurements.
Two numerical tools are developed in association with the main platform of the study, the Submeso code. A meteorological pre-processor MPP is integrated, to construct vertical profiles of wind and temperature over the whole boundary layer, from recent parameterisations. These profiles are utilized to drive the flow into the computational domain. The integration of the MPP into Submeso is validated with Large-Eddy Simulations of two different flows over flat terrain: a flow in convective conditions and a shear-driven flow in neutral conditions. The results are compared favourably with Moeng & Sullivan (1994). In order to both reach local high resolution and take into account regional meteorological conditions, a grid-nesting module is coupled with Submeso. A particular attention is given to choosing the choice of the optimal boundary conditions for the nested domain, based on a bibliographical study pointing at the numerical problems induced by this technique. The method is assessed through two configurations: a shear-driven flow in neutral conditions and the flow over a 2D hill in stable conditions.
The developed numerical tools are applied to simulate the flow over the real site of the small valley of the Vicoin: with a unique grid with convective and neutral academic conditions on the one hand, and with nested grids (with one-way interaction) in “realistic” convective and stable conditions selected from experimental data on the other hand. Special care is put on the analysis of the observed topographical effects, in comparison with in situ measurements.
Pour estimer le niveau de bruit à grande distance d'une source sonore en site non plan, il est nécessaire de prendre en compte les variations spatio-temporelles des champs micrométéorologiques dans le bas de la couche limite atmosphérique. L'objectif de l'étude est de simuler finement l'évolution des champs météorologiques sur terrain d'orographie modérée, de manière à caractériser les sites non plans d'un point de vue micrométéorologique pour l'acoustique.
On a développé deux outils numériques associés au support principal de l'étude, le code atmosphérique Submeso. Le préprocesseur météorologique MPP construit, à partir de paramétrisations récentes, des profils verticaux des grandeurs météorologiques sur toute la hauteur de la couche limite atmosphérique. Ils servent à forcer l'écoulement dans le domaine de calcul. Le couplage du MPP avec Submeso est validé sur deux types d'écoulements plans : un écoulement convectif et un écoulement cisaillé en atmosphère neutre, par simulation des grandes échelles. Les résultats sont comparés favorablement à ceux de Moeng & Sullivan (1994). Afin d'atteindre une fine résolution locale tout en intégrant les conditions météorologiques régionales, un module d'emboîtement de domaines est couplé à Submeso. On porte une attention particulière au choix des conditions optimales aux limites du domaine emboîté à la lumière d'une étude bibliographique pointant les problèmes liés à cette technique. La méthode est testée sur deux configurations : un écoulement plan en atmosphère neutre et un écoulement au-dessus d'une colline 2D en atmosphère stable.
Ces outils numériques sont appliqués à la simulation de l'écoulement sur le site réel du val du Vicoin : sur une configuration monogrille en conditions instables ou neutres académiques, et sur une configuration emboîtée (one-way) en conditions « réalistes » issues de données expérimentales. L'accent est mis sur l'analyse des effets topographiques obtenus, par comparaison avec des mesures in situ.
On a développé deux outils numériques associés au support principal de l'étude, le code atmosphérique Submeso. Le préprocesseur météorologique MPP construit, à partir de paramétrisations récentes, des profils verticaux des grandeurs météorologiques sur toute la hauteur de la couche limite atmosphérique. Ils servent à forcer l'écoulement dans le domaine de calcul. Le couplage du MPP avec Submeso est validé sur deux types d'écoulements plans : un écoulement convectif et un écoulement cisaillé en atmosphère neutre, par simulation des grandes échelles. Les résultats sont comparés favorablement à ceux de Moeng & Sullivan (1994). Afin d'atteindre une fine résolution locale tout en intégrant les conditions météorologiques régionales, un module d'emboîtement de domaines est couplé à Submeso. On porte une attention particulière au choix des conditions optimales aux limites du domaine emboîté à la lumière d'une étude bibliographique pointant les problèmes liés à cette technique. La méthode est testée sur deux configurations : un écoulement plan en atmosphère neutre et un écoulement au-dessus d'une colline 2D en atmosphère stable.
Ces outils numériques sont appliqués à la simulation de l'écoulement sur le site réel du val du Vicoin : sur une configuration monogrille en conditions instables ou neutres académiques, et sur une configuration emboîtée (one-way) en conditions « réalistes » issues de données expérimentales. L'accent est mis sur l'analyse des effets topographiques obtenus, par comparaison avec des mesures in situ.