Une simulation des interactions ville-atmosphère à différentes échelles : application sur Strasbourg

Plusieurs modèles météorologiques ont été utilisés pour simuler les interactions ville-atmosphère à différentes échelles. Cette chaîne de simulation implique l’utilisation de réanalyses globales d’une résolution de 16 km comme données de forçage météorologique. Ce forçage est utilisé pour contraindre un modèle de méso-échelle qui permet d’atteindre une résolution de 250 m sur la ville grâce à la technique du grid-nesting. Finalement les champs du modèle à 250 m ont été utilisés comme forçage météorologique pour un modèle de simulation de canopée urbaine en 3D qui fonctionne avec une résolution de quelques mètres. Les outils utilisés pour atteindre cet objectif sont : les réanalyses du CEPMMT, le modèle Méso-NH & SURFEX (de Météo-France et du Laboratoire d’Aérologie) et le modèle de canopée urbaine LASER/F (Icube). Une simulation a été réalisée sur Strasbourg pour tester cette chaîne sur une période qui va du 13 au 17 août 2002. Les validations montrent que les processus de surface et atmosphériques simulés par Méso-NH & SURFEX pour la résolution de 250 m sont en accord avec les mesures de terrain. Pour s’assurer que le modèle de canopée urbaine en 3D s’intègre bien dans la chaîne de simulation, ses résultats sont comparés à ceux de SURFEX pour un quartier. Les analyses montrent que les résultats obtenus par ce modèle sont en accord avec ceux de SURFEX. L’introduction de la géométrie réelle du quartier en 3D permet même un gain appréciable pour certaines variables. Vu la cohérence des résultats obtenus, l’adjonction du modèle de canopée urbaine se justifie dans cette chaîne. Et ceci d’autant plus que ce type de modèle permet l’accès à de nouvelles informations avec un haut niveau de détails

Îlot de sécheresse et d’humidité à Strasbourg (France)

Les différences d’humidité entre domaines urbain et rural ont été analysées pour la ville de Strasbourg (France, 48.583° N, 7.745° E), à partir des données horaires de trois stations météorologiques sur une période de huit ans (2011-2018). Notre attention s’est focalisée sur les différences d’humidité relative et de pression partielle en vapeur d’eau de deux stations situées en ville (représentatives d’un parc et d’un quartier urbain) comparées à une référence rurale. L’humidité relative traduit nettement les spécificités des différents sites, ne serait-ce qu’au niveau des moyennes annuelles : l’îlot de sécheresse urbain (ISU) est quasiment permanent, avec un pic d’intensité en été et la nuit. Spatialement, cette intensité peut être modulée par la présence de végétation ainsi que par l’îlot de chaleur urbain (ICU). Cependant, la ville peut aussi parfois devenir un îlot d’humidité urbain (IHU) couplé à un îlot de fraicheur urbain (IFU). Ce couplage est plus fréquent en hiver et augmente avec la présence de végétation. Pour la pression partielle en vapeur d’eau, les spécificités des sites apparaissent surtout au niveau mensuel et horaire : la ville alterne entre un IHU en hiver (ou la nuit) et un ISU en été (ou en journée). La fréquence des ISU intenses (Δe < -0,5 hPa) est nettement plus faible dans le parc (18,7 %) que dans le quartier (28,3 %), ce qui prouve que la ville ne forme pas forcément toujours un ensemble homogène du point de vue de la vapeur d’eau : dans 30 % des cas, on a même des situations où le parc et le quartier sont classés dans des catégories opposées

Analyse de la variabilité spatio-temporelle de l’îlot de chaleur urbain à Strasbourg (France)

Une analyse de la dynamique temporelle et de la distribution spatiale de l’îlot de chaleur urbain (ICU) strasbourgeois a été menée à l’aide d’un réseau de stations météorologiques réparties sur l’ensemble du territoire de l’agglomération strasbourgeoise. L’importante variabilité temporelle de l’ICU est illustrée non seulement à travers son comportement thermique journalier, mais également par le biais des fortes différences d’intensité selon les saisons et les types de temps. Favorisé lors de vents faibles et d’ensoleillement important, l’ICU se montre particulièrement intense durant les belles journées estivales, les moyennes pouvant localement atteindre un gain de cinq degrés lors du paroxysme nocturne. Concernant l’aspect spatial, les disparités entre stations soulignent une hétérogénéité de l’ICU essentiellement liée à la variabilité intrinsèque du milieu urbain. L’analyse statistique a ainsi mis en évidence le rôle de plusieurs paramètres morphologiques et d’occupation du sol, et par conséquent justifie pleinement la mise en place d’une classification en Local Climate Zones (LCZ) de l’Eurométropole de Strasbourg. La végétation apparaît comme étant un facteur de mitigation prééminent, notamment lorsqu’elle est présente de manière notable dans des zones densément bâties et fortement minéralisées. Concernant les paramètres relevant de la géométrie urbaine, les intensités moyennes d’ICU les plus élevées sont systématiquement mesurées dans les zones les plus densément bâties. Une nouvelle méthodologie de cartographie de l’ICU se basant sur les paramètres sous-jacents des LCZ est proposée. Cette carte permet l’obtention de valeurs pertinentes d’intensité de l’ICU en tout point du territoire

Turbulent CO2 and H2O flux measurements with an eddycovariance-system over a wheat field in the Upper Rhine Valley (Project INTERREG IIIa 3c.10)

International audienc

Régulation du climat thermique urbain par les arbres : ombrage et température du couvert

Ce numéro d’Innovations Agronomiques rassemble les présentations du colloque « Ville à haute intensité écologique : la place du végétal » qui s'est tenu à Angers le 30 septembre 2015.National audienceTrees can potentially have a positive effect on the thermal urban climate due to their 3D spatial structure, their ability to intercept light and to evaporate water. Experimental and modelling works done since twenty years enabled to verify and quantify this potential at different scales: from the street to the city through the neighborhood. More particularly it has been shown that trees impact the urban climate system by altering the urban radiation balance by shading soil and buildings, and by lowering air temperature through transpiration process. Understanding these mechanisms makes it possible to better formalize interactions between a tree cover (single tree or park) and urban climate, and to identify conditions that will ensure a thermal regulation. Among these conditions water availability appears to be crucial.La structuration spatiale, la capacité d’intercepter la lumière et de transpirer des feuilles confèrent aux arbres un potentiel d’action sur le climat urbain notamment thermique. Les travaux d’expérimentation et de modélisation entrepris depuis une vingtaine d’années ont permis de quantifier ce potentiel à différentes échelles : de la rue à la ville en passant par le quartier. Plus particulièrement les arbres agissent sur le climat urbain en modifiant le bilan radiatif (effet d’ombrage du sol et des bâtiments) et diminution de la température d’air via la transpiration. La compréhension de ce mécanisme permet de mieux formaliser les interactions entre une strate arborée (arbre seul ou parc) et le climat urbain, et d’identifier les conditions nécessaires qui permettront d’assurer une régulation thermique. Parmi ces conditions l’accès à l’eau apparaît comme primordial

FROM TLS POINT CLOUDS TO 3D MODELS OF TREES: A COMPARISON OF EXISTING ALGORITHMS FOR 3D TREE RECONSTRUCTION

3D models of tree geometry are important for numerous studies, such as for urban planning or agricultural studies. In climatology, tree models can be necessary for simulating the cooling effect of trees by estimating their evapotranspiration. The literature shows that the more accurate the 3D structure of a tree is, the more accurate microclimate models are. This is the reason why, since 2013, we have been developing an algorithm for the reconstruction of trees from terrestrial laser scanner (TLS) data, which we call TreeArchitecture. Meanwhile, new promising algorithms dedicated to tree reconstruction have emerged in the literature. In this paper, we assess the capacity of our algorithm and of two others -PlantScan3D and SimpleTree- to reconstruct the 3D structure of trees. The aim of this reconstruction is to be able to characterize the geometric complexity of trees, with different heights, sizes and shapes of branches. Based on a specific surveying workflow with a TLS, we have acquired dense point clouds of six different urban trees, with specific architectures, before reconstructing them with each algorithm. Finally, qualitative and quantitative assessments of the models are performed using reference tree reconstructions and field measurements. Based on this assessment, the advantages and the limits of every reconstruction algorithm are highlighted. Anyway, very satisfying results can be reached for 3D reconstructions of tree topology as well as of tree volume

Impact of level of details in the 3D reconstruction of trees for microclimate modeling

In the 21st century, urban areas undergo specific climatic conditions like urban heat islands which frequency and intensity increase over the years. Towards the understanding and the monitoring of these conditions, vegetation effects on urban climate are studied. It appears that a natural phenomenon, the evapotranspiration of trees, generates a cooling effect in urban environment. In this work, a 3D microclimate model is used to quantify the evapotranspiration of trees in relation with their architecture, their physiology and the climate. These three characteristics are determined with field measurements and data processing. Based on point clouds acquired with terrestrial laser scanner (TLS), the 3D reconstruction of the tree wood architecture is performed. Then the 3D reconstruction of leaves is carried out from the 3D skeleton of vegetative shoots and allometric statistics. With the aim of extending the simulation on several trees simultaneously, it is necessary to apply the 3D reconstruction process on each tree individually. However, as well for the acquisition as for the processing, the 3D reconstruction approach is time consuming. Mobile laser scanners could provide point clouds in a faster way than static TLS, but this implies a lower point density. Also the processing time could be shortened, but under the assumption that a coarser 3D model is sufficient for the simulation. In this context, the criterion of level of details and accuracy of the tree 3D reconstructed model must be studied. In this paper first tests to assess their impact on the determination of the evapotranspiration are presented