7-8 mars 2005 3 ième réunion des utilisateurs de méso- nh représentation des cirrus dans...

7-8 mars 20053ième réunion des utilisateurs de

Méso-NHReprésentation des cirrus dans

Méso-nh

Représentation des nuages de glace dans Méso-nh

V. Giraud (LaMP)

Contexte & Motivations

Schéma microphysique développé

Etudes de cas

Conclusions et perspectives



Méso-nh

Contexte & Motivation:

•Objectifs

• Etudier le cycle de vie des cirrus (Cas bien documentés)• Processus de formation - Maintien - Dissipation

• Interactions entre les processus microphysiques/radiatifs et dynamiques

• Améliorer l’analyse des caractéristiques macrophysiques, microphysiques, radiatives et

structurelles des cirrus à différentes échelles spatiales et temporelles.• Analyse de mesures actuelles

• In situ, spatiales passives, terrestres actives et passives

• Préparation à l’exploitation des futures missions spatiales

• Améliorer/tester les paramétrisations de cirrus dans des modèles à différentes résolutions

• Mise en œuvre d’une hiérarchie de schémas microphysiques

Dynamique 1,5 D (EXMIX + Shéma Méso-nh-cirrus)

Dynamique Méso-nh (Shéma ≠ Masdev et Méso-nh-cirrus)

Dynamique MM5/RAMS/LMDz (Shémas résidants et Méso-nh-cirrus)

ModélisationMéso-Nh





Méso-nh

Contraintes pour le schéma microphysique

Premières expériences avec le modèle :Premières expériences avec le modèle :

• Exercice d’intercomparaison du GEWEX Cloud System Studies (Starr et al., 2001)

Meso-NHPotential IWP generated by the imposed cooling

Absence de puits de glace !!!



Méso-nh

Contraintes pour le schéma microphysique

Résultats des dernières campagnes de mesures (INCA) :Résultats des dernières campagnes de mesures (INCA) :

• Présence de nombreuses petites particules (Processus de Nucléation?) (Gayet et al., 2004)

• Observation de fortes sursaturations (ciel clair et nuage) (Ovarlez et al., 2003)

• Efficacité de la déposition sur les cristaux• Rôle de la forme des cristaux ?• Rôle de la chimie ? (Rossi, 2005)

• Efficacité de la nucléation• Propriétés et abondance des aérosols?

Optimiser la simulation d’observations synthétiques :Optimiser la simulation d’observations synthétiques :

• Description des propriétés optiques et microphysiques des particules

• Connaissance de l’abondance des particules

• Connaissance de la dimension des particules

• Connaissance de la forme des particules



Méso-nh

Evolution microphysique introduite dans Méso-nh

Autoconversion IWC seuil

500 mg/m-3

Autoconversion IWC seuil

500 mg/m-3

Autoconversion D moyen

40 m

Schéma actuelSchéma actuel

Nouveau schémaNouveau schéma

Séparation de la glace primaire en 2 types de cristaux

Evolution de la quantité et du nombre

Prise en compte de la forme des cristauxpour la densité des cristauxpour les vitesses de chutepour la déposition

Suppression de l’ajustement



Méso-nh

Protocole des simulations tests

z=50 m

Zone tampon

Conditions aux bords : Cycliques

Simulations: 2D

x=100 m

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Domaine horizontal (km)

Initialisation: Atmosphère : Radiosondages et/ou analyses,

Eau : vapeur+glace : Restitution de la télédétection,



Méso-nh

Rapport de diffusion, déterminé à partir du signal de rétrodiffusion lidar Rayleigh/Mie, pour le cas LPA du 1/2 Janvier 2004, en fonction du temps et de l'altitude. Les traits blancs correspondent aux bases et sommets détectés et le trait rouge à l'angle zénithal solaire.

Angle

zé

nith

al

sola

ireHeure (TU)

Alt

itude (

km)

Evolution temporelle de l'épaisseur optique à 532 nm pour le cas de cirrus LPA du 1/2 Janvier 2004.

Cirrus fin Cas de La Réunion 1/2 janvier 2004

Thèse de B. Cadet, Déc. 2004



Méso-nh

Sensibilité sur cas de Cirrus fin Cas de La Réunion

Taille des particules dans le schéma de rayonnement :

-- dans le visible, paramétrisation de type Sun et Shine (1985), où :

-- dans l’infrarouge, paramétrisation de type Ebert et Curry (1992), où :

( ), où 17.5eff efff IWP r r mδ μ= =

( )f IWPδ =

Vitesse de sédimentation actuelle dans Méso-NH : dv cD= -1 c0 2 m.s.≈ pour une particule

de 10 m

1D

2D

Meso-Nh sans modif



Méso-nh


Vitesse de sédimentation actuelle dans Méso-NH multipliée par 50 et 100



Méso-nh

Sensibilité aux propriétés optiques des particules:Paramétrisation Sun and Shine dans le visible et l’Infrarouge


( ), où 17.5eff efff IWP r r mδ μ= = déduit du pronostic du rapport de mélange et du nombre de particules

Cirrus fin en région subtropicale : Seule la première forme de particules est activeForte sensibilité à la vitesse de chute des particulesForte sensibilité au rayonnement

Poursuite de l’étude : prise en compte du forçage dynamique



Méso-nh

Cirrus épais : cas SIRTA du 14 avril 2003

Observations réelles Observations Synthétiques

€

P(z ).z 2

Po

⎛

⎝ ⎜

⎞

⎠ ⎟= β z( ) exp −2η α z( )dz

0

Z

∫ ⎡

⎣ ⎢

⎤

⎦ ⎥

Lidar

€

Z(z ) = n(Dv ,z )Dv6dDv

0

∞

∫

Réflectivité Radar

€

AVV(z ) = w(z )−

vt(D ,z ).n(D ,z )D 6dD0

∞

∫

n(D ,z )D 6dD0

∞

∫

Vitesse doppler Radar



Méso-nh


(Travail effectué dans le cadre de la thèse d’O. Thouron (mars 2003))

• Développement et mise en œuvre d’un schéma microphysique pour Méso-Nh• Prise en compte de la problématique des cirrus• Capacité pour la création d’observations synthétiques

•Etude de sensibilité des profils moyens aux paramètres microphysiques clefs• Vérification des conditions initiales : extension verticale du nuage + comparaison intensité

lidar/radar

• Forme des petites particules : valeurs de dépolarisation dans la zone de nucléation

• Conversion des cristaux et formes des particules les plus grosses : ajustement au profil radar

Distinction conversion / formes des cristaux : signes des écarts avec les profils de

réflectivité radar et de rétrodiffusion lidar

• Vitesse de chute des particules : ajustement au profil radar Doppler



Méso-nh


Poursuite des études de cas réels :– Base de données Cirrus du SIRTA (en collaboration avec M. Haeffelin, D. Bouniol et A. Protat)

– Cirrus observés à la Réunion (Collaboration avec le LPA, Thèse de B. Cadet, Déc. 2004).

Préparation à l’AQUA-train (Bourse CNES de Sophie Prud’homme, collaboration avec le LOA)

– Création d’une base de données synthétiques (Lidar/radar/IIR/Polder)

– Développement et test de methodologies d’exploitation

Confrontation avec d’autres modèles (Développement et évaluation de paramétrisations)

– Etude de cas AMMA : Méso-NH (CNRM), RAMS (LaMP)

– Etude de cas Cirrus : Méso-NH, RAMS, MM5 (MPI, J. Quaas)



Méso-nh


(Travail effectué dans le cadre de la thèse d’O. Thouron (mars 2003))

• Apport du schéma cirrus pour la simulation de situations complexe• Prise en compte de la problématique des cirrus• Capacité pour la création d’observations synthétiques

•Etude de sensibilité des profils moyens aux paramètres microphysiques clefs– Vérification des conditions initiales : extension verticale du nuage + comparaison intensité lidar/radar

– Forme des petites particules : valeurs de dépolarisation dans la zone de nucléation

– Conversion des cristaux et formes des particules les plus grosses : ajustement au profil radarDistinction conversion / formes des crystaux : signes des écarts avec les profils de réflectivité radar et de

rétrodiffusion lidar

– Vitesse de chute des particules : ajustement au profil radar Doppler

7-8 mars 2005 3 ième réunion des utilisateurs de méso- nh représentation des cirrus dans...

Documents