Summertime nocturnal Low-Level Jet in the Paris region : interactions with theurban heat and surface characteristics
Jet de basse couche nocturne en été dans la région parisienne : interactions avec la chaleur urbaine et les caractéristiques de surface.
Résumé
With more than 50% of the global population living in cities, urban areas are critical spaces where humans directly interact with the lowest part of the atmosphere – the Atmospheric Boundary Layer (ABL). The urban surface, characterized by impervious materials and increased roughness, stores heat more effectively than vegetated areas. And also the flow is altered as urban roughness exerts substantial frictional forces on the wind thereby reducing wind speed and influencing wind direction. These effects result in a heterogeneous urban microclimate that differs significantly from rural environments. Enhanced turbulence and thermal buoyancy in cities affect the vertical structure of the ABL, leading to the formation of the Urban Boundary Layer (UBL). But also synoptic weather conditions alter dynamics in the ABL, which can impact transport processes in general and also urban-induced circulations or even near-surface micro-climates and air quality.In this study, it is examined how the regional-scale nocturnal Low-Level Jet (LLJ) interacts with the urban atmosphere and surface characteristics of Paris, France, the second-largest metropolis in Europe with about 12 million inhabitants. The wind field and turbulence profiles were monitored using Doppler Wind Lidars (DWL). Wind profile observations were recorded simultaneously at two locations: an urban site in central Paris and a suburban site approximately 25 km southwest of the city center. These observations were used to detect the nocturnal LLJ using an automatic algorithm, allowing for a detailed investigation of LLJ characteristics in the region during the summer periods of 2022 and 2023. Jets were detected on 50-70% of the examined nights, often simultaneously at both urban and suburban sites, highlighting the regional spatial extent of the LLJ. The jets typically emerged around sunset, with a mean duration of approximately 10 hours. Many jets showed temporal evolution signatures indicating that the inertial oscillation mechanism plays a role in jet development, characterized by clockwise veering of the wind direction, rapid acceleration, and slower deceleration. Additionally, depending on the core height and wind speed, the LLJ induces mechanical turbulence down to the urban canopy layer and modulates the intensity of the Urban Heat Island (UHI), i.e. the spatial temperature difference between the city and the rural surroundings. This study demonstrates how DWL observations in cities provide valuable insights into near-surface processes relevant to human and environmental health.
Avec plus de 50 % de la population mondiale vivant en ville, les zones urbaines sont des zones critiques où les humains interagissent directement avec la partie la plus basse de l'atmosphère – la Couche Limite Atmosphérique (CLA). La surface urbaine, caractérisée par des matériaux imperméables et une rugosité accrue, stocke la chaleur plus efficacement que les zones végétalisées. De plus, l'écoulement est modifié car la rugosité urbaine exerce des forces de friction substantielles sur le vent, réduisant ainsi la vitesse du vent et influençant sa direction. Ces effets entraînent un microclimat urbain hétérogène qui diffère considérablement des environnements ruraux. La turbulence accrue et la flottabilité thermique dans les villes affectent la structure verticale de la CLA, conduisant à la formation de la Couche Limite Urbaine (CLU). En outre, les conditions météorologiques synoptiques modifient les dynamiques dans la CLA, ce qui peut impacter les processus de transport en général, ainsi que les circulations induites par l’environnement urbain ou encore les microclimats de surface et la qualité de l'air.Dans cette étude, nous examinons comment le Jet de Basse Couche (Low-Level Jet en anglais, LLJ) nocturne à l'échelle régionale interagit avec l'atmosphère urbaine et les caractéristiques de surface de Paris, France, la deuxième plus grande métropole d'Europe avec environ 12 millions d'habitants. Le champ de vent et les profils de turbulence ont été surveillés à l'aide de Lidars Doppler (LD). Les observations des profils de vent ont été enregistrées simultanément à deux endroits : un site urbain dans le centre de Paris et un site suburbain à environ 25 km au sud-ouest du centre-ville. Ces observations ont été utilisées pour détecter le LLJ nocturne à l'aide d'un algorithme automatique, permettant une investigation détaillée des caractéristiques du LLJ dans la région durant les périodes estivales de 2022 et 2023. Les jets ont été détectés 50 à 70 % des nuits examinées, souvent simultanément sur les deux sites urbain et suburbain, soulignant l'étendue spatiale régionale du LLJ. Les jets apparaissent généralement au coucher du soleil, avec une durée moyenne d'environ 10 heures. De nombreux jets ont montré des signatures d'évolution temporelle indiquant que le mécanisme d'oscillation inertielle joue un rôle dans le développement des jets, caractérisé par une rotation horaire de la direction du vent, une accélération rapide et une décélération plus lente. De plus, selon la hauteur du noyau et la vitesse du vent, le LLJ induit une turbulence mécanique jusqu'à la couche de canopée urbaine et module l'intensité de l'Îlot de Chaleur Urbain (ICU), c'est-à-dire la différence de température spatiale entre la ville et les espaces ruraux environnants. Cette étude démontre comment les observations par LD en milieu urbain fournissent des informations précieuses sur les processus proches de la surface pertinents pour la santé humaine et environnementale.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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