Numerical modeling of atmospheric boundary layer flow over forest canopy

par Konstantin Gavrilov

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides

Sous la direction de Dominique Morvan.

Le président du jury était Paul Santoni.

Le jury était composé de Dmitriy Lyubimov, Tatyana Lyubimova, Gilbert Accary, Jean-Luc Dupuy.

Les rapporteurs étaient Céline Mari.

  • Titre traduit

    Modélisation de la couche limite atmosphérique au-dessus d'un couvert forestier


  • Résumé

    Ce travail de recherche concerne l’interaction entre une couche limite atmosphérique et une canopée (représentant un couvert forestier). J’ai étudié le problème complexe de production et d’évolution de grosses structures turbulentes au dessus de couverts homogènes et hétérogènes, moyennement denses. J’ai abordé ce problème en mettant en œuvre les outils de la simulation numérique des grosses structures (LES) et du calcul haute performance (HPC). Les résultats numériques obtenus, reproduisent correctement les principales caractéristiques de cet écoulement, telles qu’elles sont rapportées dans la littérature : la formation d’une première génération de structures cohérentes en rouleaux, orientées transversalement par rapport à la direction de l’écoulement principal, puis la réorganisation et la déformation de ces structures qui évoluent vers une forme en fer à cheval. Les résultats obtenus au dessus d’un couvert discontinu (représentant une clairière ou une coupure de combustible dans une forêt), ont été comparés avec des données expérimentales collectées dans une soufflerie. Ceux-ci confirment l’existence d’un niveau élevé de turbulence au sein même du couvert végétal à une distance égale à 8 fois la hauteur de canopée. Cette zone, (appelée « Enhance Gust Zone » dans la littérature), est par ailleurs caractérisée par l’existence d’un pic local du facteur de dissymétrie (« skewness factor »).Le transport d’un contaminant passif émis par le feuillage a été également étudié, dans deux configurations, en supposant que la concentration à la surface du feuillage pouvait être considérée comme constante (source infinie) ou variable (source finie) en fonction du temps. Les résultats montrent un impact significatif de cette hypothèse sur la dynamique et le niveau des concentrations relevées dans l’atmosphère.


  • Résumé

    The work is dedicated to the investigation of the interaction between an Atmospheric Boundary Layer and a canopy (representing a forest cover). We have focused our attention to the complex problem of the generation and transformation of turbulent vortices over homogeneous, heterogeneous and sparse canopy. This problem has been studied using Large Eddy Simulation (LES) approach and High Performance Computing (HPC) technique.The numerical results reproduced correctly all the main characteristics of this flow, as reported in the literature: the formation of a first generation of coherent structures aligned transversally with the wind flow direction, the reorganization and the deformation of these vortex tubes into horse-shoe structures. The results obtained with the introduction of a discontinuity in the canopy (reproducing a clearing or a fuel break in a forest) are compared with the experimental data collected in a wind tunnel. In this case, the results confirmed the existence of a strong turbulence activity inside the canopy at a distance equal to 8 times the height of the canopy, referenced in the literature as the Enhance Gust Zone (EGZ) characterized by a local peak of the skewness factor. Then, the process of passive scalar transport from a forest canopy into a clear atmosphere is studied for two cases, i.e., when the concentration held by the forest canopy is either constant or variable. While this difference has little influence on the concentration patterns, results show that it has an important influence on the concentration magnitude as well as on the dynamics of the total concentration in the atmosphere.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Informations

  • Détails : 1 vol. (165 p.)

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Aix-Marseille (Marseille. Luminy). Service commun de la documentation. Bibliothèque de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Bibliothèque : Université d'Aix-Marseille II. Service commun de la documentation. Bibliothèque électronique.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.