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
7-8 mars 20053ième réunion des utilisateurs de
Méso-NHReprésentation des cirrus dans
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
ModélisationMéso-Nh
ModélisationMéso-Nh
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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 !!!
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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
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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
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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,
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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
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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
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Sensibilité sur cas de Cirrus fin Cas de La Réunion
Vitesse de sédimentation actuelle dans Méso-NH multipliée par 50 et 100
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Sensibilité aux propriétés optiques des particules:Paramétrisation Sun and Shine dans le visible et l’Infrarouge
Sensibilité sur cas de Cirrus fin Cas de La Réunion
( ), 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
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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
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Conclusions et perspectives
(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
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Conclusions et perspectives
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)
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Conclusions et perspectives
(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