L'air chaud monte, l'air froid descend. C'est un principe de base de la nature.

Parce qu'il coule, l'air froid trouve souvent des dépressions ou des terrains bas, comme une vallée ou un bassin, dans lequel collecter, surtout la nuit lorsque les températures baissent. Au fur et à mesure que le soleil se lève et que les températures augmentent, l'air froid se réchauffe et se mélange à l'air ambiant. Mais en hiver, et même au printemps, cet air froid peut persister - souvent pendant plusieurs jours - dans un phénomène connu sous le nom d'"événement de piscine froide".

Les piscines froides peuvent piéger les polluants qui se mélangeraient et se disperseraient normalement avec des courants d'air plus importants, entraînant de graves risques pour la santé dans les zones urbaines densément peuplées. Connu pour réduire la vitesse du vent et produire de la pluie verglaçante, ils peuvent également avoir un impact négatif sur les éoliennes de la région, diminution de la production d'électricité à court terme et des turbines potentiellement dommageables.

Des chercheurs du laboratoire national d'Argonne du Département de l'énergie des États-Unis (DOE) ont récemment collaboré pendant 18 mois, campagne multi-institutionnelle sur le terrain avec la National Oceanic and Atmospheric Administration et d'autres laboratoires parrainés par le DOE pour étudier les événements de piscine froide dans les gorges du fleuve Columbia, le long de la frontière Oregon-Washington. L'objectif de la recherche est de mieux comprendre et prévoir les événements de piscine froide, dans le cadre du projet d'amélioration des prévisions éoliennes du DOE. Leurs résultats ont été récemment publiés dans le Journal of Applied Meteorology and Climatology.

"Tel qu'il est, les événements de piscine froide ne sont pas bien caractérisés pour les modèles de prévision numérique du temps (PNT), " a expliqué Paytsar Muradyan, scientifique adjoint en charge de l'atmosphère, de la division des sciences de l'environnement d'Argonne. " Sans prévision précise de ces événements, il devient très difficile de s'y préparer, en particulier pour les producteurs d'énergie.

Les intempéries causées par les événements de piscine froide peuvent réduire la longévité des éoliennes, surtout si les turbines sont encore actives dans ces mauvaises conditions. Pluie verglaçante, par exemple, endommagera encore les turbines au repos, mais causera plus de dégâts plus ils se déplacent vite, conduisant à des problèmes avec la production globale d'électricité et la stabilité du réseau électrique.

« Si vous ne pouvez pas prévoir ces événements, vous ne pouvez pas planifier et gérer les changements dans votre production d'électricité, " dit Muradyan. " Vous pensez que vous allez produire une certaine quantité d'électricité un jour, mais avec des vents faibles et soudains causés par un événement de piscine froide, tu ne le seras pas."

Les effets imprévisibles des événements de piscine froide sur la production d'électricité peuvent se poursuivre même après la disparition de l'événement. Lorsque l'air froid se mélange enfin et se disperse dans l'air plus chaud, il peut provoquer des changements soudains et dramatiques de la vitesse et de la direction du vent, appelés « rampes d'accélération » ou « rampes de vent ».

« Améliorer la prévision de ces rampes de vent peut conduire à un réseau électrique plus stable et à un coût global de l'électricité plus bas, " expliqua Muradyan.

Pour accéder à ces prédictions, les chercheurs ont collecté de grandes quantités de données pour caractériser les événements de piscine froide. Ces données peuvent ensuite être utilisées pour améliorer la paramétrisation dans les modèles de prévision numérique du temps. Les chercheurs se sont principalement intéressés aux profils verticaux colocalisés de la vitesse du vent, direction du vent, température et humidité pour développer des critères d'identification des piscines froides.

Argonne a fourni deux des profileurs de vent radar et deux des profileurs de vent sodar; les deux ont été utilisés pour analyser la profondeur des bassins froids et la distribution de la vitesse du vent. Deux systèmes de sondage radio-acoustique ont été utilisés pour le profilage de la température.

"L'idée était d'utiliser ces mesures, rassemblés dans un terrain complexe comme les gorges du fleuve Columbia, élaborer des critères pour déterminer si un événement de piscine froide a lieu, " dit Muradyan. " Tenant compte de la continuité temporelle, ou la durée des événements, nous avons développé un algorithme pour identifier tous les événements de piscine froide au cours des 18 mois de l'étude."

L'algorithme, Muradyan continua, pourrait potentiellement être appliqué à d'autres emplacements pour améliorer la prévision par la prévision numérique du temps des intempéries causées par les événements de piscine froide.

"Avertir à l'avance le citoyen moyen, ainsi que les entreprises énergétiques, est ce que nous recherchons, " elle a ajouté, « parce que cette recherche a le potentiel d'améliorer la santé et de réduire les coûts énergétiques ».

Un article décrivant la recherche, "Identification and Characterization of Persistent Cold Pool Events from Temperature and Wind Profilers in the Columbia River Basin" a été publié dans le Journal de météorologie appliquée et climatologie en novembre.