Renseignements généraux

Indice de dispersion atmosphérique

Sommaire

L'Indice de dispersion atmosphérique (IDA) est un classement numérique de la capacité de l'atmosphère à transporter des polluants à l'écart de leurs sources. L'IDA est basée sur les modèles statistiques de distribution gaussienne décrits par Lavdas (1986), dans lesquels une distribution normale de la concentration des polluants devrait être observée dans le panache. L'échelle de l'indice de dispersion a été élaborée par la Division de la foresterie de l'état de la Floride qui réglemente les brûlages dirigés selon les conditions de dispersion ainsi que la catégorie de certification du brûleur.

L'IDA utilise un volume de contrôle rectangulaire de 50 km où la source de polluants est à son bord arrière. Une pondération égale d'un facteur de ventilation atmosphérique et d'un modèle de dispersion climatologique en surface, décrit par Busse et Zimmerman (1973), fournit la valeur de l'indice. Le modèle assume que la concentration des polluants en aval du volume change linéairement avec le taux d'émission à l'intérieur du contrôle de volume. Si on assiste au doublement de l'émission, on s'attend alors au doublement de la concentration du bord aval du volume de contrôle.

L'IDA s'étend de 1 à plus de 100. Les valeurs inférieures indiquent une dispersion pauvre où la fumée sera immobilisée près du sol et les valeurs supérieures dénotent une bonne dispersion où la fumée sera rapidement transportée loin de la source et haut dans l'atmosphère. Les valeurs diurnes normales dans de bonnes conditions de brûlage dirigé varient de 60 à 100. Des valeurs plus grandes que 100 font ressortir des conditions de flambée sous lesquelles les feux de cimes sont vraisemblables. Les valeurs nocturnes de 10 ou moins sont communes bien que des événements de forçage tels que des passages frontaux pourraient produire des valeurs élevées.

Les observations à la surface et à partir de sonde radiovent (ballon-sonde météorologique) fournissent des informations quant à la stabilité atmosphérique, la hauteur de mélange ainsi que le vent moyen à l'intérieur de la couche de mélange (vecteur de transport éolien). Les conditions dans les couches élevées de l'atmosphère sont normalement observées chaque 12 heures dans des stations beaucoup plus éloignées les unes des autres que les stations de surface. Ceci requiert des estimations des conditions dans les couches élevées de l'atmosphère entre les stations au moment où l'IDA est calculé.

Les composantes suivantes sont utilisées aux fins du calcul de l'IDA.

Plafond nuageux
Le plafond nuageux est la hauteur à laquelle les couches nuageuses obscurcissent au moins 50 % du ciel. Le plafond nuageux aide à déterminer l'indice de stabilité et peut être utilisé comme guide pour les pilotes qui combattent les incendies.

Le plafond nuageux est estimé à partir d'observations au sol des nuages par des observateurs humains ou des dispositifs automatiques. Le type de nuages, la hauteur de la base des nuages ainsi qu'une description de la couverture partielle sont confinés dans les messages d'observation météorologique régulière pour l'aviation. Les descriptions de la couverture qui comprennent quelques nuages, nuages épars, nuages fragmentés ou couvert, sont traduites dans des classes de couverture numériques. Le plafond nuageux est déterminé à partir de la dernière couche nuageuse utilisée lorsque la somme des valeurs de la couverture dans des couches successives est égale à 0,5 (50 %).

Classe de stabilité Pasquill–Gifford–Turner
La stabilité statique de l'atmosphère détermine la quantité de mélange qui a lieu entre les couches. Une couche atmosphérique est généralement instable, produisant un mélange et une dispersion plus importante, si de l'air plus frais repose au-dessus d'elle. Une couche atmosphérique est généralement stable, empêchant ainsi le mélange et la captation de la fumée, si de l'air plus chaud repose au-dessus d'elle.

Ce calcul de stabilité fait usage de la méthode Pasquill (1961, 1974) modifiée par Gifford (1962) et appliquée aux ordinateurs par Turner (1961,1964). Le calcul de stabilité utilisant le nombre de Richardson ou une combinaison des deux méthodes est optionnel.

La méthode de Pasquill–Gifford–Turner estime la stabilité sur la base d'observations récentes à la surface, incluant la vitesse du vent, l'angle d'incidence solaire et le plafond nuageux. Le nombre de Richardson, qui fait appel à des observations de surface et de sonde radiovent, fournit un rapport entre les forces mécaniques et de flottabilité dans une couche atmosphérique.

Les valeurs de stabilité Pasquill–Gifford–Turner vont de 1 à 7. Les valeurs faibles indiquent que l'atmosphère est instable et que la fumée sera dispersée facilement, formant de hauts panaches ressemblant à des nuages cumulonimbus. Les valeurs de milieu de gamme indiquent que l'atmosphère est neutre, avec une possible faible flottabilité sporadique. Les fortes valeurs indiquent que l'atmosphère est stable et que les forces de flottabilité sont faibles, gardant ainsi la fumée près du sol.

Hauteur de mélange
La hauteur de mélange est la distance au-dessus du niveau du sol jusqu'où la fumée s'élèvera. Les hauteurs de mélange sont déterminées par les observations de surface et de sonde radiovent. Le calcul de la hauteur de mélange assume que les inversions ne sont pas déformées par les sources de chaleur telles que les secteurs urbains ou les grands incendies.

La hauteur de mélange est normalement faible dans une atmosphère stable, un événement commun durant la nuit. Une hauteur de mélange faible garde la fumée près du sol faisant en sorte qu'elle se diffuse par le biais d'une couche d'environ seulement 150 mètres de profondeur jusqu'au moment où elle atteint le bord aval du volume de contrôle. La hauteur du mélange peut s'étendre à de nombreux kilomètres au-dessus du sol dans de l'air instable, phénomène commun durant la convection diurne.

Vecteur de transport du vent
Le vecteur de transport du vent est la vitesse moyenne du vent ainsi que de la direction dans la couche entre le sol et la hauteur de mélange. Le vecteur de transport du vent fournit la direction et la vitesse attendue du mouvement de la fumée.

Les calculs du transport du vent sont fonctions des observations à la surface et à partir de sonde radiovent. Dans les localisations où aucune observation à partir de sonde radiovent n'existe, les vents enregistrés à la surface ainsi qu'à haute altitude sont interpolés à partir des quelques stations les plus rapprochées où des données de sonde radiovent sont disponibles.

Références

Lavdas, L.G. 1986. An atmospheric dispersion index for prescribed burning. U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Southeastern Forest Experiment Station, Asheville, NC. Research Paper SE-256.

Busse, A.R.; Zimmerman, J.R. 1973. User’s guide for the climatological dispersion model. US Environmental Protection Agency, Research Triangle Park, NC. EPA-R4-73-024.

Gifford, F.A. 1962. Uses of routine meteorological observations for estimating atmospheric dispersion. Nuclear Safety 2(4):47-51.

Pasquill, F. 1961. The estimation of dispersion of wind-borne material. Meteorological Magazine 90:33-49.

Pasquill, F. 1974. Atmospheric diffusion. 2nd ed. John Wiley and Sons, New York NY.

Turner, D.B. 1961. Relationships between 24-hour mean air quality measurements and meteorological factors in Nashville, TN. Journal of Air Pollution Control Association 11:483-489.

Turner, D.B. 1964. A diffusion model for an urban area. Journal of Applied Meteorology 3:83-91.