Abstract :
[fr] La technique micro météorologique de covariance de turbulences est utilisée pour estimer les
échanges de CO2 entre les écosystèmes et l’atmosphère. Des centaines de sites instrumentés,
répartis dans le monde entier, l’utilisent désormais pour étudier une grande variété
d’écosystèmes. Cette technique est cependant entachée d’une erreur systématique lorsqu’elle
est appliquée sur des couverts hauts comme des forêts, en conditions atmosphériques stables,
c’est-à-dire essentiellement pendant les nuits peu venteuses et sans couverture nuageuse.
Pendant ces périodes, en effet, le transport turbulent serait concurrencé par un autre
mécanisme de transport qui est l’advection. Dans ce travail, la présence d’advection a été
testée sur le site expérimental forestier de Vielsalm (Belgique) et son importance a été
évaluée. A cette fin, un dispositif expérimental permettant des mesures de vitesse de vent, de
concentration de CO2 et de température de l’air à l’intérieur de la forêt a été installé. Il a
permis la mise en évidence, pendant les périodes stables, d’écoulements gravitationnels se
réalisant près du sol suite au refroidissement des surfaces et à la présence d’une faible pente.
Il a été montré que ces écoulements étaient responsables du transport advectif de CO2. Une
analyse d’incertitude a été menée à l’aide de campagnes de mesures spécifiques. Elle a conclu
à la faisabilité des mesures de gradients verticaux et surtout horizontaux de CO2 sur le site
mais a montré que le plus grand facteur d’incertitude portait sur les estimations de la
composante verticale de la vitesse au-dessus de et dans la forêt. Malgré ces incertitudes, une
analyse fine des épisodes gravitationnels a permis de mettre en évidence un mécanisme
cohérent liant les écoulements d’air et le champ des concentrations de CO2 et permettant de
mieux comprendre comment le CO2 pouvait être transporté latéralement et verticalement par
les écoulements gravitationnels. Finalement, la faisabilité d’une correction basée sur
l’estimation des termes advectifs a été évaluée. Il a été montré que les incertitudes portant sur
l’advection étaient trop importantes pour permettre d’améliorer sensiblement le bilan nocturne
des flux de CO2 au moyen de cette méthode. Celle-ci s’avère toutefois intéressante pour
mieux comprendre les processus de transport à l’oeuvre dans un couvert forestier.
[en] The micrometeorological technique of eddy-covariance is used for the estimation of the CO2
exchange between the ecosystems and the atmosphere. Hundreds of instrumented sites, spread
all over the world, use it henceforth to study a great variety of ecosystems. This technique is
however affected by a systematic error when applied above tall canopies like forests, in stable
atmospheric conditions, i.e. primarily during non windy nights without cloud cover. Indeed,
during these periods the turbulent transport would be competed with by another transport
mechanism which is called advection. In this work, the presence of advection has been tested
on the experimental forested site of Vielsalm (Belgium) and its importance has been
evaluated. For this purpose, an experimental set-up allowing the measurements of wind
velocity, CO2 concentration and temperature of the air inside the forest has been installed. It
has allowed the description, for the stable periods, of gravitational flows being carried out
close to the ground due to the cooling of surfaces and the presence of a weak slope. These
flows were shown to be responsible for advective CO2 transport. An uncertainty analysis has
been carried out using dedicated measurement campaigns. It has conclude with the feasibility
of measurements of vertical and especially horizontal CO2 gradients on the site but has shown
that the greatest factor of uncertainty related to the estimate of the vertical velocity component
above and in the forest. In spite of these uncertainties, a fine analysis of the gravitational
episodes has made it possible to highlight a coherent mechanism linking the flow field and the
CO2 concentration field and making it possible to better understand how CO2 could be
transported laterally and vertically by the gravitational flows. Finally, the feasibility of a
correction based on the estimate of the advective terms has been evaluated. It has been shown
that uncertainties relating to advection were too important to make it possible to appreciably
improve the night assessment of CO2 fluxes by means of this method. This one proves
however interesting for better understanding the processes of transport at work in a forest
cover.
Disciplines :
Physical, chemical, mathematical & earth Sciences: Multidisciplinary, general & others