Transcript A12 - MesoNH

ANALYSE FINE DU CLIMAT URBAIN
PARISIEN DANS LA PERSPECTIVE
DU CHANGEMENT CLIMATIQUE
Lien entrepour
l’urbanisme
et le
Cliquez
modifier
le climat
style urbain
du titre
Raphaëlle KOUNKOU-ARNAUD
6èmes Rencontres des Utilisateurs de
Meso-NH
Toulouse, 13-14 octobre 2011
Cliquez pour modifier le style des
sous-titres du masque
1
Objectifs du projet EPICEA

Objectif principal du projet : Quantifier l’impact changement climatique à
l’échelle de la ville et l’influence du bâti sur le climat urbain
 Dans le cadre des questions d’aménagement urbain, de météorologie urbaine et des
conséquences du CC ;
 Pour apporter une contribution scientifique au processus de décision des élus et des
directions de la Ville sur des questions à long terme.

Réparti en 3 volets de travail :
 Volet V1 : Évolution du climat urbain dans la perspective du
changement climatique
 Volet V2 : Étude particulière d’une situation extrême : la canicule de
2003, en guise d’extrapolation dans le futur (un été sur deux d’ici 2070)
2 configurations :
- Paris, ville uniforme (résolution 2 km)
- Paris, ville réaliste (résolution 250 m) : base de données élaborée avec
l’Atelier Parisien d’Urbanisme (APUR)
 Volet V3 : Lien entre l’urbanisme et le climat urbain
2
Plan





3
Méthodologie
Caractéristiques de la simulation
Validation de la simulation
Analyse de l’ICU
Tests de sensibilité : présentation et résultats
Méthodologie
 Simulation numérique MESO-NH couplé à SURFEX V6 de la
période du 08 au 13 août 2003
 Utilisation de la version végétalisée de TEB (TEB-Veg) dans sa
version CANOPY : introduction de la végétation dans la rue et appel
d’ISBA par TEB via la routine d’interface GARDEN
Lemonsu, 2010
4
Caractéristiques de la simulation (1)

3 domaines imbriqués :
1. Domaine France étendue (idem AROME), conditions initiales et conditions aux
limites toutes les 6h fournies par modèle du CEPMMT (analyse opérationnelle)
2. Domaine IDF
3. Domaine Paris-PC
Domaine France étendue
x = 2.5 km
Domaine Ile-deFrance
x = 1.25 km
Domaine Paris
Petite Couronne
x = 250 m
5
Caractéristiques de la simulation (2)





1er run sur le domaine 1 seul
2ème run sur les domaines 2 et 3 (grid-nesting)
Forçage atmosphérique du domaine 2 par les sorties de simulation sur le
domaine 1
Couplage 2 ways des domaines 2 et 3 (rappel des champs météo du
domaine 2 à chaque pas de temps vers la moyenne des champs du
domaine 3)
Paramétrisation des namelists :
–
–
–
–
–
–
–
6
Résolution verticale : 55 niveaux, 1er niveau à 30m + 6 niveaux CANOPY
Solveur de pression : Richardson
Relaxation horizontale activée
Turbulence : TKEL (turbulence 3D)
Transfert radiatif : ECMWF
Pas de schéma de convection profonde
Schéma de convection peu profonde : EDKF (schéma Eddy-Diffusion-KainFritsch)
– Microphysique : ICE3 (schéma de microphysique mixte qui inclut glace, neige et
graupels : 6 classes d’hydrométéores)
– Advection : CEN4TH
Validation de la simulation (1)
 Comparaison aux observations sur domaine 3 : 6 stations avec
mesures horaires
Nom station
Alt. (m)
milieu
% urbanisation
PARISMONTSOURIS
75
péri-urbain
14.7
BELLEVILLEPARC
80
urbain
59.2
COURBEVOIE
51
péri-urbain
34.7
SAINT-DENIS
75
urbain
59.8
SAINT-MAUR
50
péri-urbain
26.2
VILLACOUBLAY
174
péri-urbain
35.4
Carte des stations disponibles sur le domaine 3
urbain ; péri-urbain ; rural
: mesures horaires
 : mesures quotidiennes
7
Validation de la simulation (2) : températures



8
Station
EQM
tempe
horaire
EQM
tempe
horaire
09/08
EQM
tempe
horaire
10/08
EQM
tempe
horaire
19/08
EQM
tempe
horaire
12/08
EQM
tempe
horaire
13/08
ParisMontsouris
1.698
1.005
0.798
1.771
1.501
2.920
Belleville_Parc
1.658
1.351
0.928
1.720
1.520
2.621
Courbevoie
1.702
1.555
0.955
1.771
1.415
2.813
St-Denis
1.793
1.720
1.386
1.699
1.330
2.636
St-Maur
2.450
2.175
2.865
2.695
2.651
2.352
Villacoublay
1.796
1.173
0.765
1.348
1.663
3.239
Moyenne
1.85
1.50
1.28
1.83
1.68
2.76
Très bonne corrélation (R = 0.9573) ;
Tendance à surestimer les températures, notamment les plus basses.
NB : EQM calculée sur les 45 stations horaires du domaine 2 à 1.25 km :
EQM = 2.47 °C
 Gain en EQM de 0.6°C en diminuant la résolution
Analyse de l’îlot de chaleur urbain (1) : mise
en évidence de l’ICU
 Températures les plus élevées sur le centre de Paris au niveau des
arrondissements 2, 3, 9 et 10 (28 à 30°C)
 Températures les plus basses sur les zones plus aérées (nombreux
parcs et forêts) au niveau du sud-ouest de Paris, des bois de
Vincennes et de Boulogne ou du nord de Paris (23 à 25°C).
 Amplitude maximale de 4 à 7°C de l’ICU simulé
6 à 7°C
d’écart
Moyenne des températures à 2m des
échéances nocturnes horaires de 02, 03 et
04 UTC des 5 nuits de simulation
9
Bois de
Boulogne
Arrondissements les
plus chauds du centre
densément bâti
Analyse de l’îlot de chaleur urbain (2) :
analyse au-dessus de la ville



Température à 30m maximale (>28°C) sur le centre de Paris
(arrondissements 1 à 11) ainsi que sur l’ouest du 12ème, le 13ème et le
15ème arrondissements.
Léger refroidissement au-dessus du Bois de Vincennes (27°C), moins net
au-dessus du Bois de Boulogne.
Température à 30m de l’ordre de 26°C sur les zones plus aérées au sudouest et au nord-est de Paris
 Amplitude maximale de l’ordre de 2°C de l’ICU simulé
Moyenne des températures à
30m des échéances nocturnes
horaires de 02, 03 et 04 UTC
des 4 dernières nuits de
simulation (10, 11, 12 et 13
août),
10
Tests de sensibilité : présentation (1)
 Simulation de référence à très fine échelle (250 m) permet :
– L’utilisation d’inventaires détaillés de l’existant (base de données sur
Paris élaborée avec l’APUR) ;
– L’étude détaillée de processus urbains (ICU, panache urbain, CLU) ;
– L’identification de zones urbaines plus vulnérables aux processus
urbains (arrondissements fortement urbanisés du centre de Paris,
zones situées dans le panache urbain, etc.)
 Identification au préalable de paramètres susceptibles d’agir sur les
caractéristiques des ICU (leviers urbains) :
– propriétés radiatives des surfaces
– zones vertes, ie. végétales
– zones bleues, ie. aquatiques
11
Tests de sensibilité : présentation (2)
Choix de valeurs « extrêmes » pour dégager un signal
Paramètre
Albédo
Émissivité
Couverture: 0.9
Murs : 0.8
Observations
Paris « la blanche »
Durabilité/entretien (coût)
Couvertures et murs : 0.9
Végétalisation
Surfaces de terre verdies
Larges rues verdies en partie
Faisabilité (voies ferrées,
chaussées)?
Durabilité/entretien (coût)
Eau
Humidification des chaussées
Faisabilité
Entretien (coût)
Géométrie
12
Valeurs extrêmes
A préciser en regard des résultats
obtenus
Difficilement faisable
techniquement mais horizon 2100
Tests de sensibilité :
scénario 1 « réfléchissant » (1)
 Toitures : mise en place de couvertures rafraîchissantes (« cool
roofs ») par le biais de membranes ou enduits spécifiques
 Albédo des toits :
Référence
13
Scénario réfléchissant
Tests de sensibilité :
scénario 1 « réfléchissant » (2)
 Toitures : mise en place de couvertures rafraîchissantes (« cool
roofs ») par le biais de membranes ou enduits spécifiques
 Emissivité des toits :
Référence
14
Scénario réfléchissant
Tests de sensibilité :
scénario 1 « réfléchissant » (3)


Murs : modification donnant aux matériaux de façade les propriétés d’un
marbre très « blanc » par le biais de peintures spécifiques adaptées aux
différents supports existants ou par la mise en place d’un bardage
Albédo des murs :
Référence
15
Scénario réfléchissant
Tests de sensibilité :
scénario 2 « verdissement » (1)
 Verdissement sans toucher au bâti des surfaces « disponibles » :
– Verdissement des surfaces de terre
Fraction de surface de
terre par rapport à la
végétation totale dans
le cas de référence
 833 ha disponibles
soit une hausse de
25,8% de végétation
effective (mais pas de
suppression de
surfaces minéralisées)
16
Tests de sensibilité :
scénario 2 « verdissement » (2)

Verdissement partiel des chaussées larges :
– On retient un seuil de rue « large » de 15 m (9ème décile Q90 : 15.44 m)
– On obtient 602 ha de surface de « rues larges »
– On en verdit la moitié soit 301 ha de routes végétalisables
 on verdit 12 % des routes de la ville avec de la végétation basse, ce qui conduit à
une hausse de 8 % de la végétation totale et 23 % de la végétation basse sur
Paris intra-muros
Surface de végétation basse
supplémentaire suite au
verdissement partiel des
chaussées larges
Répartition des largeurs de route
dans Paris
17
Tests de sensibilité :
scénario 2 « verdissement » (3)
 Verdissement des surfaces de terre et des chaussées larges :
Fraction de végétation dans la
maille dans le cas de référence
18
Fraction de végétation dans la
maille dans le scénario 2
Tests de sensibilité :
scénario 2 « verdissement » (3)
 Verdissement des surfaces de terre et des chaussées larges :
Fraction de végétation dans la
maille dans le cas de référence
Fraction de végétation dans la
maille dans le scénario 2
Fraction de végétation supplémentaire
dans le scénario 2 (végétation basse)
19
Tests de sensibilité :
scénario 3 « Humidification »
 Humidification des chaussées en permanence par ruissellement
d’eau en surface.
 Utilisation du réseau d’eau non potable présent dans Paris.
Expérience menée à Tokyo
(Sato 2008, Sera 2006)
20
Tests de sensibilité : scénario 4
« Réfléchissant + Verdissement + Humidification »
 Le scénario 4 additionne les scénarios 1, 2 et 3 (modification des
propriétés radiatives des parois, verdissement des surfaces de terre et
des chaussées larges et humidification des chaussées)
Scénario réfléchissant
21
Scénario de verdissement
Tests de sensibilité :
Analyse de l’ICU (1)
Ref - S1
Référence
Impacts sur l’ICU (T2m)
ICU défini comme la moyenne des
températures à 2 m des échéances nocturnes
horaires de 02, 03 et 04 UTC des 5 nuits de
simulation (09, 10, 11, 12 et 13 août),
22
Ref - S2
Tests de sensibilité :
Analyse de l’ICU (2)
11/08/2003
12/08/2003
 Impact maximal les journées les plus chaudes (baisse jusqu’à 3°C
de l’ICU)
 Impact principalement sur Paris intra muros mais également dans le
panache urbain
23
Tests de sensibilité :
Températures des bâtiments – scénario 1 (1)
jour
nuit
Différence de
température
des toits par
rapport à la
référence
jour
Différence de
température
des murs par
rapport à la
référence
24
nuit
Tests de sensibilité :
Températures des bâtiments – scénario 1 (2)
Température
interne des
bâtiments
 Diminution de 1 à 3 °C de la température des bâtiments
25
Analyse sur la verticale
A9
A12
A9
A12
Températures moyennes
diurnes et nocturnes
(référence, scénario 1 et
scénario 2)
A9
A12
Scénario 1
26
Différence (référence –
scénario) des
températures
moyennes nocturnes
Scénario 2
Conclusions

Scénario 1 (réfléchissant) :
– Impact sur la partie bâtie uniquement
– Impact essentiellement sur Paris intra-muros
– Peu d’impacts en surface sur les Tmax, mais plus prononcés en surface sur les
Tmin
– Plus fort impact en altitude sur les Tmin et Tmax
– Diminution importante des températures de surface des toits et murs
 Fort impact au niveau de la température interne des bâtiments

Scénario 2 (verdissement) :
– Impact très faible et localisé
– Impact visible sur les Tmin
 Le verdissement partiel par ajout de végétation basse ne suffit pas à refroidir
significativement la ville
 Verdissement à plus grande échelle ?
 L’ajout de végétation haute (arbres) pourrait avoir plus d’impact ?

27
Scénario 3 (humidification) : problème de phasage SURFEX (modifié) /
Meso-NH !
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28