ARNAUT

Nicolas ARNAULT

Le 11 juillet 2005 à 15h - Amphi Becquerel
(Palaiseau, Ecole Polytechnique)

Titre de la thèse: "Ondes internes de gravité pendant la transition
nocturne-diurne de la Couche Limite Atmosphérique: observations et
expériences de laboratoire"

devant le jury composé de :

M Pierre SAGAUT, LMM/UPMC, Paris (Examinateur)
M Yun-ichi YANO, CNRM, Toulouse (Rapporteur)
M Olivier EIFF, IMFT, Toulouse (Rapporteur)
M Francis DALAUDIER, SA, Verrières (Examinateur)
M Alexandre STEGNER, LMD/ENS, Paris (Examinateur)
M Pierre H. FLAMANT, LMD/X, Palaiseau (Directeur de thèse)
M Jean-marc CHOMAZ, LADHYX, Palaiseau (Invité)


Résumé
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Dans cette thèse, la structure de la Couche Limite Atmosphérique a été
documentée par Lidar rétrodiffusion, Lidar Doppler et radiosondages.
Pendant la transition nocturne-diurne, les observations ont révélé
l'existence d'ondes internes de gravité dans la couche résiduelle
stratifiée. Contrairement au concept généralement admis, l'analyse des
mesures a permis d'établir que ces ondes sont générées par la couche
convective en formation et participent au mélange des aérosols aux
altitudes où elles déferlent. Pour mieux comprendre ces mécanismes, des
expériences de laboratoire ont été menées afin d'étudier l'interaction
entre une turbulence et une stratification à plusieurs couches. Les
résultats, obtenus par ombroscopie et PIV, indiquent que la turbulence
force des ondes dans une gamme étroite de fréquences et de longueurs
d'onde. Des preuves expérimentales de l'effet tunnel à travers une couche
faiblement stratifiée sont présentées, qui pourraient expliquer certains
couplages onde turbulence pendant la transition.

Mots-clefs: Couche Limite Atmosphérique(CLA); Transition nocturne-diurne;
Couche résiduelle; Ondes internes de gravité; Lidar; Grille Oscillante;
Effet tunnel; PIV; ombroscopie;



Abstract
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In the framework of this thesis, the Atmospheric Boundary Layer structure
has been documented by mean of a Backscatter Lidar, a Doppler Lidar and
soundings. During the morning transition, observations revealed strong
internal gravity wave activity in the stratified residual layer. As opposed
to the generally accepted concept, we find evidence of mixing at the
capping inversion of the residual layer, induced by the convectively driven
internal gravity waves. Using shadowgraph and PIV techniques, a series of
water-tank experiments is carried out to examine the interaction between a
multi-layer stratification and oscillating-grid-induced shear-free
turbulence. Results reveal that turbulent eddy-scale waves propagate with a
narrow range of frequencies and vertical wavenumbers. We present evidence
of internal gravity waves tunnelling through a weakly stratified layer,
which could account for certain wave-turbulence encounters during the
transition.

Key-words: Atmospheric Boundary Layer (ABL); Nocturnal-diurnal transition;
Residual layer; internal gravity waves; Lidar; Oscillating grid; Internal
wave tunneling; PIV; Shadowgraph;