Atmospheric Boundary Layer (ABL) characteristics can be highly complex; the links between spatial and temporal variability of ABL meteorological quantities and existing land use patterns are still poorly understood due to the non-linearity of air-land interaction processes. This study describes the results from Monin Obukhov similarity theory and statistical analysis of meteorological observations collected by a network of ten Automatic Weather Stations (AWSs). The stations were in operation in the Highveld Priority Area (HPA) of the Republic of South Africa during 2008 – 2010. The spatial distribution of stability regimes as presented by both bulk Richardson number (BRN) and Obukhov length (L) indicates that HPA is dominated by strong stability regime. The momentum and heat fluxes show no significant spatial variation between stations. Statistical analysis revealed localization, enhancement and homogenization in the inter-station variability of observed meteorological quantities (temperature, relative humidity and wind speed) over diurnal and seasonal cycles. Enhancement of the meteorological spatial variability was found on a broad range of scales from 20 to 50 km during morning hours and in the dry winter season. These spatial scales are comparable to scales of observed land use heterogeneity, which suggests links between atmospheric variability and land use patterns through excitation of horizontal meso-scale circulations. Convective motions homogenized and synchronized meteorological variability during afternoon hours in the winter seasons, and during large parts of the day during the moist summer season. The analysis also revealed that turbulent convection overwhelms horizontal meso-scale circulations in the study area during extensive parts of the annual cycle / Dissertation (MSc)--University of Pretoria, 2013. / Geography, Geoinformatics and Meteorology / Unrestricted

Il existe aujourd'hui un enjeu sociétal majeur à s'intéresser à la propagation du son en milieu extérieur etnotamment, dans notre contexte, à diminuer l'incertitude sur l'estimation des niveaux sonores et améliorer ainsi laprécision des diverses analyses, du bureau d'étude à l'institut de recherche. Dans le cadre de l'acoustiqueenvironnementale, l'influence des conditions météorologiques sur la propagation acoustique en milieu extérieurpeut être importante. Il est donc nécessaire d'appréhender et de quantifier les phénomènes météorologiques demicro-échelles que l'on observe dans la couche limite atmosphérique.Dans ce but, le modèle météorologique de recherche de Météo-France (Meso-NH) a été utilisé. Après avoircomparé les résultats de ce modèle à très fine résolution (de l'ordre du mètre) à l'aide des bases de données de deuxcampagnes expérimentales (Lannemezan 2005 et la Station de Long Terme), il s'est avéré nécessaire de développercet outil en intégrant la prise en compte de la force de traînée des arbres. Dès lors, les résultats issus de Meso-NH surles champs de vent, de température et d'énergie cinétique turbulente aparraissent satisfaisants. Ces informationssont par la suite utilisées en données d'entrée du modèle de propagation acoustique.Le modèle acoustique temporel utilisé est basé sur la méthode Transmission Line Matrix (TLM). Sondéveloppement a été effectué dans le but d'être appliqué à la propagation acoustique en milieu extérieur : prise encompte du relief, de différents types de sol, des conditions atmosphériques, etc. La validation numérique de laméthode TLM, par comparaison avec d'autres modèles (analytique et numérique de type Equation Parabolique), apermis de montrer la pertinence de son utilisation dans le cadre de l'acoustique environnementale.Enfin, à l'aide de ces modèles, des niveaux sonores simulés sous différentes conditions de propagation(favorables, défavorables, homogènes) ont été comparés aux mesures in-situ réalisées lors de la campagneexpérimentale de Lannemezan 2005. Les résultats se sont avérés très satisfaisants au regard de la variabilité desphénomènes observés. Cependant, l'utilisation des champs issus d'un modèle micro-météorologique de type Meso-NH reste délicate du fait de la forte sensibilité du niveau sonore aux profils verticaux de célérité du son. L'étude defaisabilité sur une expérience plus complexe (la Station de Long Terme) est encourageante et, à condition de disposerd'importants moyens de calculs, elle permet de considérer la TLM comme une nouvelle méthode de référence etainsi, d'envisager d'élargir son domaine d'utilisation à d'autres applications. / Actually, it exists a major societal issue to be interested in outdoor sound propagation and specially, in our context, toreduce the uncertainty in noise levels estimation and thus to improve the analyses accuracy, from engineers toresearch institutes. The influence of meteorology on outdoor sound propagation is significant. It is thereforenecessary to understand and quantify the micro scales phenomena into the atmospheric boundary layer.In this way, the French research meteorological model (Meso-NH) has been used. After comparing resultsof this model at very fine resolution (~1 meter) to measurements issued from the databases of two experimentalcampaigns (Lannemezan 2005 and Long Term Monitoring Station: LTMS), it appeared necessary to develop this toolin order to take into account the drag force of the trees. Finally, the Meso-NH results for the wind, temperature andturbulent kinetic energy fields are satisfactory. Then, theses informations can be used as input data for acousticmodels.Our time domain acoustic model is based on Transmission Line Matrix method (TLM). Its development wasdone in order to be applied to outdoor sound propagation: taking into account topography, soil types, meteorologicalconditions, etc. The numerical validation of the TLM method, by comparison with other models (analytical andnumerical: Parabolic Equation), has shown the relevance of its use in the context of environmental acoustics.Finally, thanks to these models, simulated noise levels in different propagation conditions (downward,upward and homogeneous refraction conditions) were compared to in situ measurements carried out during theLannemezan 2005 experimental campaign. Satisfying results were obtained regarding the observed phenomenavariability. However, using the micro-meteorological model Meso-NH is difficult because of the strong acousticsensitivity to the vertical celerity profiles. A feasibility study on a more complex experience (LTMS) is encouragingand, provided having substantial computing resources, it permits to consider the TLM as an accurate method in thecontext of environmental acoustics.

La composition chimique des particules submicroniques (PM₁) a été suivie pendant plus d'un an ( juillet 2013- septembre 2014), à résolution temporelle fine (< 30 min.), à l'aide d'un analyseur ACSM pour la fraction non-réfractaire (organiques, sulfates, nitrates, ammoniums et chlorures) et d'un aethalomètre (carbone suie), complétés par une observation micro-météorologique. Une campagne intensive (juillet 2014) a enrichi le jeu de données avec le suivi de composés organiques volatils par analyse PTR-ToFMS. Le site de mesure est de type urbain de fond, sous l'influence d'une large zone industrielle et portuaire. La composition chimique des aérosols a été analysée de manière globale, saisonnière et selon 4 secteurs de vent. L'étude de la conversion SO₂-SO₄ dans le secteur industriel a montré que ce processus est favorisé à humidité relative élevée (> 70%), faible turbulence verticale (σw : 0-0.5 m sˉ¹) et faible vitesse de vent (0-2 m sˉ¹). À l'aide d'un modèle source récepteur PMF (Positive Matrix Factorization), trois sources primaires d'espèces organiques, liées au trafic, à la combustion de biomasse et à la cuisson domestique, ont été identifiées, ainsi qu'une source secondaire. Les analyses PMF saisonnière et par secteur, avec et sans contraintes, ont permis d'identifier 2 facteurs supplémentaires en secteurs marin et industriel. Quelques cas (brises de mer, épisodes de pollution et passages de bateaux) ont été étudiés, permettant dans le dernier cas d'extraire un spectre de masse moyen lié aux émissions des navires, ShOA (Ship-like Organic Aerosol). Ce facteur contribue en moyenne pour seulement 0.5% à la fraction organique particulaire mais jusqu'à plus de 90% sur de courtes périodes. / The chemical composition of submicron particles (PM₁) was monitored for over one year (July 2013-September 2014), at high temporal resolution (< 30 min), using an Aerosol Chemical Speciation Monitor (ACSM) for the non-refractory fraction (NR-PM₁ : organic, sulfate, nitrate, ammonium and chloride) and an aethalometer for black carbon (BC), together with micrometeorology parameters. An intensive campaign (July 2014) completed the data set including the monitoring of volatile organic compounds by PTR-TOFMS. The chosen site has an urban background typology, under the influence of a large area with industrial and harbor activities. The chemical composition of aerosols was analyzed globally, seasonally and using four wind sectors. A study of the SO₂-to-SO₄ conversion in the industrial sector has shown that this process is favored at high relative humidity (> 70%), low vertical turbulence (σw : 0-0.5 m sˉ¹) and low wind speed (0-2 m sˉ¹). Using PMF (Positive Matrix factorization) source receptor modeling, three primary sources of organic species, relatied to traffic, combustion of biomass and domestic cooking, have been identified, as well as a secondary source. The seasonal and sector PMF analyses, with and without constraints, helped to identify two additional factors in the marine and industrial sectors. Some specific events (sea breezes, high pollution events and nearby ship movements) were studied, allowing to extract an average mass spectrum associated with ship emissions for the latter, ShOA (Ship-like organic aerosol). This factor only contributes to 0.5% of the particulate organic fraction on average but up to more than 90% over short periods.