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Modélisation Numérique Non-Hydrostatique & Simulation Physique des Ondes Internes, Évaluation des Transferts Énergétiques. TOULOUSE 1er décembre 2009 LEFE-IDAO « Ondes internes » EPIGRAM. P. Marsaleix, I. Pairaud (thèse), J. Floor (thèse), Y. Dossmann - PowerPoint PPT Presentation
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Modélisation Numérique Non-Hydrostatique
& Simulation Physique
des Ondes Internes,
Évaluation des Transferts Énergétiques
P. Marsaleix,I. Pairaud (thèse),J. Floor (thèse),Y. Dossmann (M2,thèse coll. A. Paci CNRM/GAME)F. Auclair,
TOULOUSE 1er décembre 2009
LEFE-IDAO « Ondes internes »EPIGRAM
Cascade énergétique
Génération sur
monts,dorsales,
seuils. Mélange
Interaction avec
thermocline / pycnocline
Méla
nge
Générationsur talus
Mélange
Réflexion
Approche numérique: Symphonie-NH, Analyse énergétique.
Configurations océaniques: Talus Continentaux (Golfe de Gascogne, Georges Bank) Dorsales Océaniques (Hawaï) Seuils (Détroit de Gibraltar)
SYMPHONIE-NH
Toit libre explicite,
Hypothèse de Boussinesq,
Fermeture turbulente (LES),
Pas de temps séparés.
Approche Communautaire (Groupe d’Autrans),
Coordonnée Verticale Généralisée,
Noyaux Hydrostatique / Non-Hydrostatique,
Couplage NH / toit libre explicite,
z
02z t
v.q
z
q1
t
v̂
0z
z
z0z x
q1
t
v̂
Étape 3:
Étape 4: Calcul de l’incrément de vitesse
zT
zt
T
zS
zt
S
HP,S,T
gz
PH g
z
PH
Champde masseHp
Étape 1:
x
vD
t
SYMPHONIE-NH
0tx
Dv
Connaissant la pression,une première approximation de la vitesse
est calculée à partir des équations du mouvement.
Étape 2:
z
H
0 x
pD
t
Dv
0
0
qpp H
Z0
z
z
qD
t
Dv
x
vtdt
dvz
x
HHv
t
H
dt
dHHvz
z0 x
qD
0v
x
zv
x
Dv z
SYMPHONIE-NH
Analyse énergétique :
Bilans d’énergie potentielle et cinétique fermés,
Évaluation en ligne.
Plateforme Graphique de post-traitement interactive (Matlab-Gui) :
SVIEW-Energie
Toit libre explicite,
Hypothèse de Boussinesq,
Fermeture turbulente (LES),
Pas de temps séparés.
Approche Communautaire (Groupe d’Autrans),
Coordonnée Verticale Généralisée,
Noyaux Hydrostatique / Non-Hydrostatique,
Couplage NH / toit libre explicite,
Symphonie-NH
SVIEW - Énergie
Transferts, Études de processus.
Analyse énergétique
Symphonie -
NH
SNH
Therm
ocl
ine p
osi
tion (
m)
Soliton
Pow
er
Rate
(W
m-1)
Pow
er
Rate
(W
m-1)
NH-Pressure gradient
Advection
Expérience de Horn et al., 2001Auclair et al. (2009)
Hydro
SNH
29
cm
6 m
3,0h/
3,0H/h
0
A B C
Approche numérique:
Symphonie-NH: caractéristiques,
Analyse énergétique.
Configurations océaniques:
Talus Continentaux (Golfe de Gascogne, Georges Bank)
Dorsales Océaniques (Hawaï)
Seuils (Détroit de Gibraltar)
Cascade énergétique
Génération sur
monts,dorsales,
seuils. Mélange
Interaction avec
thermocline / pycnocline
Méla
nge
Générationsur talus
Mélange
Réflexion
Talus Continentaux
Pairaud et al., CSR (05)
w (reconstructed) at 12,4h, 09/08 (22h40)
Section (S’)
S1 S2
S’
P
(79.4%) (14.2%) Expérience MINT-94 (A. Pichon)
Développements•Couplage TUGO-M,•Analyse WEofs
Schéma de propagation.
Mode 1 Mode 3
T.S.
P.P.
Talus ContinentauxMarées
internes linéaires
Golfe de Gascogne
Expérience de
laboratoireVitesse (m/s)
Forçage latéral
Plateforme Coriolis
MIT code Symphonie-NH
Modélisation Non-Hydrostatique (DNS)
z (cm)
Distance (cm)Distance (cm)
Approche « DNS »
Projets LEFE-IDAO
Postdoctorat I. PairaudLEGI
Talus Continentaux
• x = 15 m, 100 niveaux • t = 0.5 s, mode splitting 1/6• Coriolis: f = 10-4 s-1 (cyclique)• Stratification type 1 (Lamb, 94)• Fermeture turbulente (Gaspar et al., 92)• Diffusion horizontale variable• Free slip / free surface• Radiative Flather OBC
L ~ 1.7 - 7 kmUmax ~ 65 cms-1
Wmax ~ 0.5 cms-1
Forçage: M2 (12,4 h)
Symphonie-NH
B1A2C2
Masse volumique (kgm-3)
Régime surcritique
E1 A1t = T+T/4
Talus ContinentauxOndes internes non-
linéaires
Georges Bank Lamb (94-07), Auclair et al. (09)
• x = 15 m, 100 niveaux • t = 0.5 s, mode splitting 1/6• Coriolis: f = 10-4 s-1 (cyclique)• Stratification type 1 (Lamb, 94)• Fermeture turbulente (Gaspar et al., 92)• Diffusion horizontale variable• Free slip / free surface• Radiative Flather OBC
L ~ 1.7 - 7 kmUmax ~ 65 cms-1
Wmax ~ 0.5 cms-1
Forçage: M2 (12,4 h)
Symphonie-NH
B1A2C2
Masse volumique (kgm-3)
Régime surcritique
E1A1t = T+T/2 E2
Talus ContinentauxOndes internes non-
linéaires
Georges Bank Lamb (94-07), Auclair et al. (09)
• x = 15 m, 100 niveaux • t = 0.5 s, mode splitting 1/6• Coriolis: f = 10-4 s-1
• Stratification type 1 (Lamb, 94)• Fermeture turbulente (Gaspar et al., 92)• Diffusion horizontale variable• Free slip / free surface• Radiative Flather OBC
Symphonie-NH
B1A2E2B2F2C2
Masse volumique (kgm-3)
Solibore
Dép
ress
ion
Dép
ress
ion
E1
Inst
abil
ités
L ~ 1.7 - 7 kmUmax ~ 65 cms-1
Wmax ~ 0.5 cms-1
Forçage: M2 (12,4 h)
t = 2T
Dép
ress
ion
Sur
élév
atio
n
Talus ContinentauxOndes internes non-
linéaires
Georges Bank Lamb (94,07), Auclair et al. (09)
T2,Tt
Georges Bank
Masse volumique (kgm-3)
Talus ContinentauxOndes internes non-
linéaires
Lamb (94,07), Auclair et al. (09)
Génération sur
monts,dorsales,
seuils. Mélange
Interaction avec
thermocline / pycnocline
Méla
nge
Générationsur talus
Mélange
Réflexion
Dorsales Océaniques
Flux de flottabilitéz (m) 0
-3500
-5000
H
zz dgv'
H0
zdzgrad.v~g'1
250 x (km)
Thèse J. FLOOR
(15/12/2009)
0
-3500
-50000
Dorsales Océaniques
Ondes internes linéaires
PEPEb
External
i
zOPEa
d
Ti
KE
Internal Energy
TKETKE
T
Transferts énergétiques
• Flux de Flottabilité,
• Bilans KE, PE, TKE,• PE Disponible et Mélange.
Thèses, M2 J. Floor & Y. DossmannA. Paci (CNRM/GAME)
• Dorsale mobile (caractéristiques dorsale Pacifique) • ΔN² mesuré par Schlieren synthétique,• Vitesses mesurées par PIV.
Expérience « petit canal » (CNRM)
Dorsales Océaniques
Simulation physique
Régimetransitoire
• Régime transitoire,• Conversion énergie,• Régimes d’ondes internes,
LEFE-IDAO
• Dorsale mobile (caractéristiques dorsale
Pacifique) • ΔN² mesuré par Schlieren synthétique• Vitesses mesurées par PIV.
Expérience « petit canal » (CNRM)
Modélisation – Symphonie - NH
• Dorsale mobile • Δx = 1 mm, 400 niveaux ,• t = 1.62 ms, mode splitting 1/10• Coriolis: f = 0 • Viscosités / diffusivités moléculaires,• No-slip.
Dorsales Océaniques
Modélisation Directe
Thèses, M2 J. Floor & Y. DossmannA. Paci (CNRM/GAME)
LEFE-IDAO
Expérience
SNH
Génération sur
monts,dorsales,
seuils. Mélange
Interaction avec
thermocline / pycnocline
Méla
nge
Générationsur talus
Mélange
Réflexion
Seuils
SNH
Δx = 200 m, 100 niveaux ,• t = 0.67 s,• Coriolis: f = 0 • Schéma de turbulence Gaspar et al.• Free slip, free surface.
Détr
oit
de T
ari
fa
Masse volumique - 1028 (kg.m-3)
Détroit de Gibraltar
Seuils
Marée
Seuil
Cam
ari
nal
Marine Herrmann, Post-DoctoranteColl. Université de Malaga
PIWO, HYMEX
Pro
fondeu
r (m
)
xO
900
0
500
Distance (km)5O
Gibraltar
• Δx = 200 m, 100 niveaux ,• t = 0.67 s,• Coriolis: f = 0 • Schéma de turbulence Gaspar et al.• Free slip, free surface.
Détroit de GibraltarSeuils
Seuil
Cam
ari
nal
10O
300
200
100
400
600
700
800
Détr
oit
de T
ari
fa
Masse volumique (kgm-3)
Marine Herrmann, Post-DoctoranteColl. Université de Malaga
PIWO, HYMEX
Génération sur
monts,dorsales,
seuils. Mélange
Interaction avec
thermocline / pycnocline
Méla
nge
Générationsur talus
Mélange
Réflexion
Golfe de Gascogne MINT-94, Pré-études: ondes solitaires…
Ondes internes non-linéaires, Études de processus:
Réflexions des ondes, Interactions avec la thermocline, Mélange induit,
Seuil de Gibraltar.
Projet PIWO
Régimes d’ondes internesDynamique,Transferts énergétiques.
Cascade énergétique
Projet LEFE-IDAO / Thèses MESR
Merci !
1
0
dt
'Dgz
1
0
d'gz
=
1
0 i
)i(
i
dx
'DK
xgz
=
1
0
z
d'
D
Kgz
1
0 i
i dx
'vDgz
1
0
d'
gz
1
0
gzd'Dt
1
0 i
i dx
'vDgz
Bi PE
1
0
dt
zg'D
1
0 ii d
x
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1
0
dg'D
1
0 ii
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z.
x
'KDg
1
0
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Kgz
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0
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i
i
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x
+
v~Ddivg
1
0hh
0
dv~'PDdiv1
tP~1
0
1
00
dzgrad.v~g'D
1
0h
0
d'Pgrad.vD
1
0
hh d
t
vD.v
1
0
hh dvD.v.v
1
0
dgrad.vDg
1
00
d'Pgrad.vD
1
0
d'vDdivg
1
0
d'vDdivg
=t
E~
D C
1
0
'CdE
t
1
0
'C d
t
ED
tE~
C
1
00
dzgrad.'vgD
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tg
2
1 2
=
1
00
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'i
'i
'i dx
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1
0
'c
dE
1
0 i
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'i dx
vv~vD
1
0 i
'i
'i
i dx
vvDv~
1
0 i
'i
'i
i dx
vvDv~
1
0 j
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ji d
x
vKD
xv
1
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D
Kv
Bo KE
Bi KE
KE
Bo PE
1
0
izi
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D
Kv
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0 j
i
j
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x
v
x
vKD
1
0
iiz dvv
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K
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0
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1
00
dg'D
1
0 j
iii
j
dx
vKDv
x
v~Ddivg
v~Ddivg
v~Ddivg
1
0hh
0
dv~'PDdiv1
1
00
dzgrad.v~g'D
tP~1
0
1
00
dg'D
1
0hh
0
d'v'PDdiv1
1
0z
0
dgv'D