Analyse statistique des nuages arctiques en phase mixte

- Résultats préliminaires -

EECLAT Workshop21-23 Janvier 2013

Guil laume MIOCHEOlivier JOURDANFrédéric SZCZAP

Gwennolé GUYOTChristophe GOURBEYRE

Régis DUPUYAlfons SCHWARZENBOECK

Julien DELANOE

Laboratoire de Météorologie PhysiqueClermont-Ferrand

EECLAT Workshop Analyse statistique des nuages arctiques en phase mixte 21-23 Janvier 2013

Objectifs

Analyse statistique des données in situ pour:o étudier les processus de formation et de croissance des gouttes

surfondues et des cristaux de glace, partition liquide/glace, forme des cristaux de glace, interactions avec le rayonnement…

o évaluer les algorithmes d’inversion de la télédétection aéroportée et spatiale (RALI/CALIPSO-CloudSat)

o établir des paramétrisations pour la télédétection aéroportée

o améliorer la représentation des nuages mixtes dans les modèles (méso-échelle, GCM)

T1.7 – Nuages arctiques en phase mixte

EECLAT Workshop Analyse statistique des nuages arctiques en phase mixte 21-23 Janvier 2013

Base de données

ASTAR 2004 / Spitzberg-NO

ASTAR 2007 / Spitzberg-NO

SORPIC 2010 / Spitzberg-NO

POLARCAT-Printemps 2008 / Kiruna-SW

Campagne Nombre de vols

Nuages mixtes ou liquides

Nuages glacés

ASTAR 2004 14 11 3

ASTAR 2007 9 6 3

POLARCAT-printemps 2008 9 12 2

SORPIC 2010 9 9 -

TOTAL 41 38 8

EECLAT Workshop Analyse statistique des nuages arctiques en phase mixte 21-23 Janvier 2013

Instrumentation

Cloud Particle Imager: PSD, N, extinction, IWC, forme des cristauxgamme: 10 à 2300 µm, résolution: 2.3 µm

Polar Nephelometer: Propriétés optiques (coefficient d’extinction, paramètre d’asymétrie, fonction de phase)

gamme : qq µm à 800 µm

FSSP : PSD, N, extinction, LWCgamme: 3 à47 µm, résolution: 3 µm

2D-C: PSD, N, extinction, IWC, extinction gamme: 25 à800 µm, résolution: 25 µm

2D-P: PSD, N, extinction, IWC gamme: 200 à 6400 µm, résolution: 200 µm

PMA du LAMP

RALI / A-Train: Rétrodiffusion, réflectivité radar, structure verticaleTélédétection

EECLAT Workshop Analyse statistique des nuages arctiques en phase mixte 21-23 Janvier 2013

Résultats préliminairesASTAR 2007: 6 nuages en phase mixte (StCu couche limite):

une seule couche liquide au sommet + glace précipitanteo Discrimination des phases liquide et glace du nuageo Profils verticaux moyens des propriétés des gouttes et cristaux et classification en formeso Propriétés optiqueso Paramétrisations: IWC=f(Extinction), lois masse-diamètre

Rétrodiffusion CALIOP

Réflectivité CloudSat

EECLAT Workshop Analyse statistique des nuages arctiques en phase mixte 21-23 Janvier 2013

Zn = altitude normalisée selon la couche en phase mixte (seuil: g>0,82; 1=sommet, 0=base)

Partition liquide/glace

Phase mixte

EECLAT Workshop Analyse statistique des nuages arctiques en phase mixte 21-23 Janvier 2013

Propriétés des cristaux et des gouttes

Phase mixte

Phase mixte

Cristaux

de glace

σ N IWC Deff

σ N LWC Deff

Gouttes

d’eau

surfondues

EECLAT Workshop Analyse statistique des nuages arctiques en phase mixte 21-23 Janvier 2013

Propriétés des cristaux et des gouttes

Nice IWC

Nliq LWC

Profils similaires à ceux de ISDAC (Alaska) (Jackson et al., JGR, 2012)

Concentrations différentes des cristaux?

Gouttes

d’eau

surfondues

Cristaux

de glace

EECLAT Workshop Analyse statistique des nuages arctiques en phase mixte 21-23 Janvier 2013

Particules givrées dans la partie supérieure du nuage (présence de la phase liquide):

Processus de givrage

Formes des cristaux de glace

T (°C)

Nice(#/L)

formes Etoiles et formes pristine dans la partie

inférieure du nuage, jusqu’au sol Dépôt de vapeur, effet Bergeron?

Présence de particules irrégulières dans tout le nuage:

Aggrégation « humide »

Rôle de la dynamique?

EECLAT Workshop Analyse statistique des nuages arctiques en phase mixte 21-23 Janvier 2013

PROPRIETES OPTIQUESInteraction nuage-rayonnement: influence de la forme des cristaux

Fonction de phase moyenne pour chaque niveau dans le nuage Mise en évidence des phases liquide, mixte et glace

+

+ +

+ +

+

+

+

PHASE LIQUIDE

PHASE GLACE

PHASE MIXTE

+

Sommet du nuage (liquide)

Base du nuageet précipitation (glace)

Couche mixtedu nuage

EECLAT Workshop Analyse statistique des nuages arctiques en phase mixte 21-23 Janvier 2013

PARAMETRISATIONSo IWC=AσB

Extinction coefficient (m-1) Extinction coefficient (m-1)

TWC (g.m-3)IWC (g.m-3)

o TWC=AσB

En fonction de la température?

EECLAT Workshop Analyse statistique des nuages arctiques en phase mixte 21-23 Janvier 2013

o Relations Masse-Diamètre (phase glace) pour chaque niveau dans le nuage: M=ADB

PARAMETRISATIONS

EECLAT Workshop Analyse statistique des nuages arctiques en phase mixte 21-23 Janvier 2013

• Fraction liquide, paramètre d’asymétrie et température…

Domaine d’application

-22 °C < T < -8 °C

0.75 < g < 0.85

PARAMETRISATIONS

EECLAT Workshop Analyse statistique des nuages arctiques en phase mixte 21-23 Janvier 2013

AU-DESSUS DU NUAGE

SOUS LENUAGE

RAYON EFFECTIF DES GOUTTES

CONCENTRATIONEN GOUTTES

Jackson et al., JGR, 2012: (ISDAC, Alaska)

Corrélation entre la phase liquide (concentration et taille des gouttes) et les aérosols SOUS le nuage Nucléation des gouttes

INTERACTIONS AEROSOLS-NUAGESJackson et al., JGR (2012):Etude des interaction nuages-aérosols dans les nuages arctiques en phase mixte avec une seule couche liquide (campagne ISDAC, Alaska)

EECLAT Workshop Analyse statistique des nuages arctiques en phase mixte 21-23 Janvier 2013

AU-DESSUS DU NUAGE

SOUS LENUAGE

INTERACTIONS AEROSOLS-NUAGES

RAYON EFFECTIF DES GOUTTES

CONCENTRATIONEN GOUTTES

POLARCAT-Printemps 2008: (Kiruna)

Corrélation entre la phase liquide (concentration et taille des gouttes) et les aérosols SOUS le nuage Nucléation des gouttes

EECLAT Workshop Analyse statistique des nuages arctiques en phase mixte 21-23 Janvier 2013

SUITE…

• Modélisation: o utiliser les formes de cristaux observéeso déterminer des profils verticaux de rapport lidaro variabilité de la phase mixte: simulations transfert radiatif (cf. présentation F. SZCZAP, T5)

• Tester les paramétrisations/Application aux algorithmes d’inversion de RALI

• Analyser les nuages mixtes multicouches

• Valider la télédétection spatiale (produits nuages)

• Lois masse-diamètre: application de la méthode d’E. Fontaine (T1.1 Tropics) aux données arctiques utiliser les données RALI (POLARCAT)

• Besoins pour la modélisation et les méthodes d’inversion?