Meso-scale and micro-scale numerical simulations of local circulations induced by tropical islands : Case of the Guadeloupe archipelago with a pollutants dispersion case (WRF-LES-FLEXPART)
Simulations numériques méso- et micro-échelles des circulations locales générées par des îles tropicales : cas de l’archipel de la Guadeloupe avec une application à la dispersion de polluants (WRF-LES-FLEXPART)
Résumé
Meteorological phenomena with scales lower than hurricanes, from extreme rainfalls to pollution peaks, represent important environmental and health risks in the Caribbean. These examples show the need to downscale large-scale meteorological data to island-scale fields.
The main goal of the present numerical study is the analysis of the meso- and micro-scale mechanisms inducing diurnal and nocturnal circulations in the Guadeloupe archipelago. The Weather Research and Forecasting model is employed. The micro-scale results are obtained by the coupling of the 1-km simulated fields and the Large Eddy Simulation method. Then, in order to analyze the dispersion of a pollutants plume, the micro-scale outputs with 111 m of resolution are used to force the lagrangian particles dispersion model FLEXPART. The study has been conducted for three real cases of weather types linked with strong, medium and weak trade winds.
The results of simulations, validated with available observed data, permitted to simulate all local circulations, including a nocturnal counter-current flow which may induce a pollution peak in the urban area of Pointe-à-Pitre city.
These works, which may be applied to other Lesser Antilles islands, suggest many environmental and energy applications.
Les phénomènes météorologiques d'échelles inférieures aux cyclones, depuis les pluies intenses, jusqu'à la dégradation de la qualité de l'air, ont pour les Caraïbes une importance aiguë en termes de risques naturels ou de risques sur la santé. Ces exemples attestent de la nécessité d'utiliser des méthodes de descentes d'échelle pour exploiter l'information météorologique de grande échelle et dériver des scénarios locaux appliqués aux territoires insulaires.
Les travaux présentés ont pour principaux objectifs la simulation numérique et l'analyse des mécanismes méso- et micro-échelles qui induisent des circulations locales diurnes et nocturnes sur l'archipel de la Guadeloupe, à l'aide du modèle numérique météorologique Weather Research and Forecasting. Les résultats des simulations micro-échelles sont obtenus par le couplage des champs modélisés à 1 km avec la méthode Large Eddy Simulation. Les sorties micro-échelles, à 111 m, sont ensuite utilisées pour forcer le modèle lagrangien de dispersion de particules FLEXPART afin d'étudier la dispersion d'un panache de polluants. L'étude a été menée pour trois cas réels de situations météorologiques correspondant à des alizés soutenus, moyens et faibles.
Les résultats des simulations, après validation, et comparaison aux données d'observation disponibles, permettent de restituer l'ensemble des circulations locales et soulignent l'existence d'un écoulement nocturne à contre courant susceptible d'induire une forte pollution sur la zone urbaine de Pointe-à-Pitre.
Cette étude, transposable aux autres îles des petites Antilles, laisse envisager de nombreuses applications environnementales et énergétiques.