Modélisation de l’îlot de chaleur urbain à Strasbourg

Simulation of the urban heat island at Strasbourg

¹ UDS/LSIIT, UMR 7005 – CNRS, Faculté de Géographie et d’aménagement, 3 rue de l’Argonne, 67083 Strasbourg Cedex
² CNRM/GAME URA 1357 – CNRS, 42 Avenue Gaspard Coriolis, 31057 Toulouse Cedex 01

^* kasten@unistra.fr

Résumé

Les modèles météorologiques qui travaillent à méso-échelle intègrent de nouveaux schémas de surface qui ont été spécialement conçus pour simuler le comportement des villes. Ces schémas les rendent en principe aptes à simuler spécifiquement les contraintes qu’exerce la ville sur les basses couches de l’atmosphère. Lorsqu’ils sont activés, ils permettent d’étudier le comportement de la couche limite urbaine ou les interactions qui existent entre la ville et la campagne. Cependant, avant d’accorder une confiance aveugle à ces modèles, il est indispensable d’en vérifier les aptitudes. C’est pourquoi, dans un premier temps, il est nécessaire de faire la simulation d’un cas réel pour lequel on dispose de données observées servant à valider la simulation. L’objectif de cet article consiste à présenter un certain nombre d’analyses qui ont été réalisées à partir d’une simulation dont les résultats ont été validés et vérifiés par une confrontation avec des données de terrain. Cette simulation concerne l’agglomération de Strasbourg (450 000 habitants) et a pour objectif d’en reproduire l’îlot de chaleur urbain. Elle a été effectuée à l’aide de la version standard du modèle Méso-NH, qui est un modèle qui appartient conjointement à Météo-France et au Laboratoire d’Aérologie de l’Université Paul Sabatier de Toulouse. La simulation a été réalisée pour des journées anticycloniques d’été pour lesquelles les conditions météorologiques sont favorables à l’apparition du phénomène : à savoir un ensoleillement maximum et des vitesses de vent faibles. La simulation se prolonge sur 5 jours, du 13 au 17 août 2002. Le 13 août est encore un peu perturbé et est marqué par des passages nuageux. C’est une journée d’initialisation et de mise à l’équilibre des champs du modèle. La procédure de simulation consiste à initialiser les champs du modèle et à les contraindre périodiquement aux limites (toutes les 6h) grâce aux réanalyses du centre de prévision européen (CEPMMT), et ceci afin d’en limiter la dérive. La qualité de la simulation a été vérifiée à l’aide de données qui ont été acquises en 2002 lors d’une campagne de mesures réalisée dans le cadre d’un projet de recherche appelé Rayonnement Energie dans la Couche Limite Urbaine à Strasbourg (RECLUS). Les résultats ont été comparés aux mesures pour un certain nombre de variables fondamentales et dans l’ensemble, force est de constater que pour la plupart des paramètres analysés, les résultats obtenus sont très cohérents. Par conséquent, il est possible de se baser sur cette simulation pour réaliser des investigations que ne permettent pas (ou difficilement) les réseaux de mesures (comme par exemple l’obtention d’informations spatialisées). Après une journée de simulation, lorsque le beau temps s’installe vraiment (i.e. le 14 août), l’îlot de chaleur apparaît systématiquement les nuits sur Strasbourg. La simulation est alors utilisée pour réaliser une analyse fine des processus et de leurs conséquences sur l’atmosphère urbaine. En conclusion, cette étude confirme l’utilité de ces modélisations du climat urbain qui sont maintenant suffisamment fiables pour devenir indispensables en recherche fondamentale (pour mettre en évidence les mécanismes), mais aussi en recherche appliquée (dans la perspective de l’aménagement urbain).

Abstract

The mesoscale meteorological models include new surface schemes that have been design to simulate the urban behaviour. These schemes made them able to simulate the constraint exerted by the town on the low level layers of the atmosphere. When they are activated, they allow to study the behaviour of the urban boundary layer dynamics or the interaction that exists between the town and the rural areas. But, all these models have their own weaknesses and it is necessary to verify the quality of their results. It is the reason why, in a first step, it is necessary to do a simulation on a real case, for which validation data are available. The aim of this paper is to present a simulation of the urban heat island at Strasbourg (450 000 inhabitants). The simulation is done with the Méso-NH model of Météo-France and the Laboratoire d’Aérologie of the Paul Sabatier University (Toulouse). It is done for anticyclonic summer days for which the weather conditions permits the development of the phenomenon (low winds and maximum incoming radiation). The simulation extends on 5 days (from august 13 to 17, 2002). The first day (august 13) was still concerned by some clouds and is considered as an initialisation day. The simulation procedure consists to initialise the meteorological fields and to constrain them every 6 hours with the reanalysis of the European Prevision Centre (CEPMMT). The quality of the simulation was verified with data acquired during a measurement campaign that took place in 2002 in the frame of a research project called (RECLUS). The simulation results were compared to the measurements for some fundamental variables. On the whole, the results are satisfactory. Consequently, it is possible to use the simulation to investigate the urban climate better than with the measurements alone (especially with regard to the spatial information). After one simulation day, when the weather conditions become ideal (the august 14), the urban heat island is fully developed during all the nights. The simulation can be used to do an analysis of the processes and their consequences on the urban atmosphere. As a conclusion, this study confirms the usefulness to obtain realistic simulations of the urban climate. The results are helpful in fundamental research (to understand the mechanisms) and also in the field of the applied research (especially for the need of urban planning).