LA TURBULENCE ATMOSPHÉRIQUE

Résumé
L'écoulement du fluide atmosphérique est régi par l'équation de Navier-Stokes et le second principe de la thermodynamique. Les forces extérieures agissant sur ce système sont essentiellement la gravité, la force de Coriolis due à la rotation terrestre, le frottement dynamique et les sources de chaleur au niveau du sol. L'action perturbatrice du sol sur cet écoulement se fait sentir jusqu'à une altitude de l'ordre du kilomètre. Au-dessus de cette altitude, l'écoulement est quasi horizontal et est caractérisé par la conservation de deux quantités quadratiques : l'énergie cinétique et la vorticité pseudo-potentielle. En conséquence, une théorie de la turbulence bidimensionnelle est susceptible de décrire les principales propriétés statistiques d'un tel écoulement, comme la loi de répartition spectrale et l'énergie cinétique et le phénomène de prédictabilité. Pour de faibles altitudes, l'action perturbatrice du sol induit des mouvements verticaux responsables de la plus grande partie des transferts turbulents vers les couches supérieures de l'atmosphère. La turbulence peut alors être d'origine dynamique ou thermique et la modélisation d'une telle turbulence, tridimensionnelle et inhomogène, pose de nombreux problèmes qui ne peuvent guère être résolus qu'en prenant en compte explicitement la dynamique des corrélations doubles et même triples.

Abstract
The atmospheric flow is governed by the Navier-Stokes equation and by the second law of thermodynamics. External forcing is supplied by gravity, acceleration due to the rotating earth, dynamical drag and heat sources at ground. Up to an altitude of the order of one kilometer, the perturbations induced by the ground are noticeable. Aloft, the flow is quasi-horizontal and is characterized by the conservation of two quadratic quantities : kinetic energy and pseudo-potential vorticity. A theory of two-dimensional turbulence provides consequently a basis for the description of the main statistical properties of such a flow like the spectral distribution of kinetic energy and like predictability. At lower altitudes, the ground induces vertical motions which are responsible for most of the turbulent transport towards the upper atmospheric layers. Turbulence can then be generated by dynamical or thermal phenomenon but, since it is essentially three-dimensional and inhomogeneous, its modellisation gives rise to numerous difficulties. These can possibly be solved by taking into account the dynamics of double and even triple correlations.