Titre/Title :
Dynamique de la turbulence dans les milieux stratifiés,
implications pour les méso-échelles dans l’atmosphère et leur simulation.
Contact :
Joel Sommeria.
Résumé/Abstract :
Les méso-échelles dans l’atmosphère (5 km < Lh < 400 km) et les sous-méso-échelles dans l’océan (100 m < Lh < 5 km) sont faiblement influencées par la rotation terrestre mais fortement influencées par les gradients de densité.
Dans une première partie, on montrera par des expériences et des simulations numériques que la turbulence fortement stratifiée est dominée par une cascade d’énergie vers les petites échelles. On s’intéressera aux conséquences théoriques de cette cascade en terme de flux d’énergie anisotropes.
On abordera dans la deuxième partie la problématique des implications de ces résultats en terme de dynamique des écoulements géophysiques et de simulation de l’atmosphère. Récemment des progrès considérables ont été faits en terme de reproduction des spectres atmosphériques (qui présentent aux méso-échelles une loi de puissance en k^-5/3) par des modèles de circulation générale (GCM) mais les explications proposées restent controversées.
Une nouvelle formulation spectrale du bilan énergétique de l’atmosphère a été développée. Les résultats de deux GCMs ont été analysés : le modèle AFES (le modèle atmosphérique de l’Earth Simulator au Japon) et le modèle opérationnel de l’ECMWF (le centre européen de prévision météorologique). On montrera que le modèle AFES reproduit assez correctement les spectres atmosphériques alors que le modèle de l’ECMWF sous-estime considérablement les niveaux énergétiques aux méso-échelles. Grâce à notre nouvelle formulation, les dynamiques simulées par les deux modèles ont été caractérisées. Le modèle AFES simule une forte cascade directe d’énergie (expliquant les spectres en k^-5/3) contrairement au modèle de l’ECMWF pour lequel la majeure partie de l’énergie est dissipée aux échelles synoptiques 1000 km. Cette dissipation anormale pourrait être dû au schéma numérique semi-lagrangien utilisé.