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Simulation de la canicule de 2003 sur Paris et Toulouse avec MesoNH-TEB Julien DESPLAT Bureau détude Direction Interrégionale Île de France - Centre.

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1 Simulation de la canicule de 2003 sur Paris et Toulouse avec MesoNH-TEB Julien DESPLAT Bureau détude Direction Interrégionale Île de France - Centre

2 Simulation de la canicule de 2003 : Plan de lexposé 1.Objectifs et contexte de létude 2.Méthodologie envisagée au BE 3.Les différents problèmes rencontrés 4.Conclusions

3 Simuler la canicule à Paris et à Toulouse durant la période « la plus meurtrière » du 8 au 13 Août et connaître linfluence du bâti sur le climat urbain (à titre de comparaison entre 1 ville du « Nord » et 1 ville du « Sud ») Modéliser les comportements climatiques de Paris et de Toulouse lors de la canicule de 2003 dans une configuration « ville uniforme » ou « ville réaliste »; Réaliser des tests de sensibilité de limpact de laménagement urbain sur le climat. Identifier les principaux paramètres liés à la ville en vue dune prévision en temps réel du climat urbain en période de canicule avec le nouveau modèle AROME à résolution 2.5km (Opérationnel fin 2008) Simulation de la canicule de 2003 : Objectifs et contexte de létude

4 Simulation de la canicule de 2003 : Méthodologie envisagée au BE Modélisation numérique : Utilisation de Meso-NH (modèle de ville TEB pour la surface urbaine); Technique du grid-nesting avec deux modèles imbriqués; Simulation durant 6 journées caniculaires : du 08 au 13 Août inclus. Tests de sensibilité au couvert urbain (hauteur, largeur des rues, albédo,…) Validation des simulations à partir du réseau dobservations de Météo-France : stations terrestres, satellite et radiosondage, et plus si opportunités (Ville de Paris ?).

5 Modèle « Père » : 1200*600 km Résolution 6km 2 Modèles « Fils » 180*180 km Résolution 2km Simulation de la canicule de 2003 : Méthodologie envisagée au BE

6 Depuis Automne 2006 : différents problèmes rencontrés : Choix dun modèle coupleur : initialisation des réservoirs de surface Apparition dune instabilité convective trop marquée : Configuration dynamique de Meso-NH Occurrence de pluies convectives dans le modèle père Simulation de la canicule de 2003 : Les problèmes rencontrés

7 Critère : « Remplissage correct des réservoirs » : paramètre WG2 Analyse CEP du 08/08/2003 à 0h UTCAnalyse ARPEGE du 08/08/2003 à 0h UTC Simulation de la canicule de 2003 : Choix dun modèle coupleur

8 Initialiser ARPEGE avec un SWI constant à 0.1 sur tout le domaine Analyse ARPEGE avec SWI constant à 0.1 Champ CLAY du 08/08/2003 à 0h UTC Simulation de la canicule de 2003 : Choix dun modèle coupleur

9 Depuis Automne 2006 : différents problèmes rencontrés : Choix dun modèle coupleur : initialisation des réservoirs de surface Apparition dune instabilité convective trop marquée : Configuration dynamique de Meso-NH Occurrence de pluies convectives dans le modèle père Simulation de la canicule de 2003 : Les problèmes rencontrés

10 Fortes instabilités irréalistes dans le domaine « Père » dues à la contribution convective de la condensation sous-maille selon sigma_s convectif Paramétrisation dans &NAM_TURBn LSIG_CONV=F LSIGMAS=T Réalisation de tests menés par léquipe CNRM entre des simulations couplées par ARPEGE et CEP en mode version 4.7 Simulation de la canicule de 2003 : Apparition dune instabilité convective

11 Apparition dans le modèle « fils parisien » de noyaux de vent fort dans toute la couche limite associés à de forts downdrafts et de fortes précipitations… qui sont inhibés en activant le schéma de convection profonde : A 2 km pas satisfaisant !…. Le modèle a besoin dun mélange plus fort que celui créé par la turbulence ou par le schéma actuel de convection peu profonde pour évacuer linstabilité convective contenue dans la CL Module de vent et direction associée au 1 er niveau du modèle sur le modèle « fils parisien » avec ARPEGE comme modèle coupleur à 3H, 6H, 9H, 12H, 15H et 18H. Simulation de la canicule de 2003 : Apparition dune instabilité convective

12 Avec un couplage CEP : Disparition dans le modèle « fils parisien » du noyau de vent fort et obtention dun champ de vent réaliste pendant la durée de la simulation Simulation plus proche des RS en matière de stabilité de latmosphère Meilleure reproduction des pluies convectives dans le modèle « Père ». Module de vent et direction associée au 1 er niveau du modèle sur le modèle « fils parisien » avec CEP comme modèle coupleur à 3H, 6H, 9H, 12H, 15H et 18H. Simulation de la canicule de 2003 : Apparition dune instabilité convective

13 Pourquoi une telle différence entre les couplages ARPEGE et CEP ? CAPE du champ ARPEGE du CAPE du champ CEP du 08/08/2003 à 0h UTC

14 Utilisation du CEP comme modèle coupleur, avec uniquement la paramétrisation de la convection peu profonde à 2km…. …en attendant un schéma flux de masse prenant le relais de la turbulence dans la partie supérieure de la CL Simulation de la canicule de 2003 : Apparition dune instabilité convective

15 Depuis Automne 2006 : différents problèmes rencontrés : Choix dun modèle coupleur : initialisation des réservoirs de surface Apparition dune instabilité convective trop marquée : Configuration dynamique de Meso-NH Occurrence de pluies convectives dans le modèle père Simulation de la canicule de 2003 : Les problèmes rencontrés

16 Objectif : Obtenir une aussi bonne simulation que celle réalisée par les tests du CNRM Pb : Utilisation de la version 4.6 et dune configuration dynamique déjà utilisée au sein du BE Apparition de vents forts irréalistes sur toute la verticale faisant « exploser » les simulations !! Coupe verticale sur le Nord de la France du module de vent le 08/08/2003 à 6hUTC. Simulation de la canicule de 2003 : Configuration dynamique de MesoNH

17 Paramétrisation dans &NAM_DYN_XSEGLEN XALKTOP = au lieu de 0.01 XALZBOT = au lieu de 4000 Paramétrisation dans &NAM_DYNn CPRESOPT = « RICHA » au lieu de CRESI Simulation de la canicule de 2003 : Configuration dynamique de MesoNH

18 Depuis Automne 2006 : différents problèmes rencontrés : Choix dun modèle coupleur : initialisation des réservoirs de surface Apparition dune instabilité convective trop marquée : Configuration dynamique de Meso-NH Occurrence de pluies convectives dans le modèle père Simulation de la canicule de 2003 : Les problèmes rencontrés

19 Pluies convectives issues des tests CNRM Pluies convectives avec config BE du 08/08/2003 à 15h UTC Simulation de la canicule de 2003 : Occurrence de pluies convectives dans le modèle Père

20 Pourquoi une telle différence entre les deux simulations ? Pluies convectives issues de la Mosaïque Radar du 08/08/2003 à 15h UTC simulation du BE SANS SWI CONSTANT du 08/08/2003 à 15h UTC Simulation de la canicule de 2003 : Occurrence de pluies convectives dans le modèle Père

21 Sans initialisation du SWI, la région parisienne nest plus arrosée par des pluies convectives…alors quune initialisation du SWI à 0.1 nentraîne pas de modifications importantes du contenu en eau (cf WG2)! Dans la région toulousaine, aucun impact de la « non initialisation » du SWI. Sans doute une mauvaise initialisation du SWI entre les modèles pères et fils : En cours de réflexion…. Simulation de la canicule de 2003 : Occurrence de pluies convectives dans le modèle Père

22 Situation météorologique de blocage avec une dorsale daltitude et une masse dair très chaude en surface : déclenchement orageux sur les massifs et « critique » en plaine : difficulté pour MesoNH de simuler une canicule avec MesoNH, qui a tendance à simuler trop de convection ?? Première étude menée avec MesoNH : erreurs de débutants (étourderies dans les namelistes, compréhension difficile des paramétrisations dynamiques et physiques du modèle) Tests réalisés avec des « pas de temps » faibles : 1h de simulation ~ 45mn de calculs 4 mois de travail au sein du BE pour obtenir une simulation de référence la plus « réaliste » possible… … avec le soutien de léquipe MesoNH du CNRM (Christine, Jeanine et Isabelle) et Valéry de GMME !! Merci beaucoup à eux ! Simulation de la canicule de 2003 : Conclusions

23 Merci de votre attention…… et vous avez le bonjour de Sophie !

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25 Simulation de la canicule de 2003 : Objectifs et contexte de létude Impacts sanitaires de la canicule Atelier de la Santé du Parisien INSERM (Prof. SPIRA) Stratégies dadaptation du bâti au changement climatique en ville CSTB Modélisation du climat urbain CNRM – DIRIC/BE Étude de la canicule de 2003 OBJECTIFS DU BE : 1.Simuler la canicule à Paris et à Toulouse durant la période « la plus meurtrière » : 8 au 13 Août 2.Connaître les impacts des aménagements sur le climat urbain Étude des causes de surmortalité à Paris durant la canicule 2003 Travail de thèse sur lintégration des enjeux du climat urbain dans les différents moyens dintervention sur la ville

26 Projets de collaboration avec le CSTB et le CNRM : Convention de recherche avec le CSTB Partenaires : Mairie de Paris et lAPUR Proposition à lANR du projet de recherche MUSCADE (Modélisation Urbaine et Stratégies dadaptation au Changement climatique pour Anticiper la Demande Energétique) Partenaires : CNRM, EDF, CIRED, CSTB et la Mairie de Paris Simulation de la canicule de 2003 : Objectifs et contexte de létude

27 Fortes instabilités irréalistes dans le domaine « fils parisien » : Apparition de noyaux de vent fort dans toute la couche limite associés à de forts downdrafts et de fortes précipitations Coupes verticales à 18h sur le modèle 2 dans le noyau de vent fort : en haut à gauche le module de vent, au milieu à droite la vitesse verticale et en bas à gauche leau nuageuse. Simulation de la canicule de 2003 : Apparition dune instabilité convective


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