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3 ème Réunion des utilisateurs de Meso-NH mars 2005 CNRM/GMEI/MNPCA F. Chosson, Doctorant J-L. Brenguier, Directeur de Thèse L.Schüller, Co-directeur Simulation.

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1 3 ème Réunion des utilisateurs de Meso-NH mars 2005 CNRM/GMEI/MNPCA F. Chosson, Doctorant J-L. Brenguier, Directeur de Thèse L.Schüller, Co-directeur Simulation 3D du transfert radiatif dans les nuages de couche limite hétérogènes Frédérick Chosson, Doctorant Jean-Louis Brenguier, Directeur de thèse Lothar Schüller, Co-directeur de thèse Groupe de Météorologie expérimentale et instrumentale Équipe Microphysique des Nuages et Précipitations

2 3 ème Réunion des utilisateurs de Meso-NH mars 2005 CNRM/GMEI/MNPCA F. Chosson, Doctorant J-L. Brenguier, Directeur de Thèse L.Schüller, Co-directeur Besoin de modèles de nuages réalistes PROBLÉMATIQUE Paramétrisation sous-maille dans les GCM Restituer des paramètres nuageux Étude du biais hétérogène sur le transfert radiatif 3D

3 3 ème Réunion des utilisateurs de Meso-NH mars 2005 CNRM/GMEI/MNPCA F. Chosson, Doctorant J-L. Brenguier, Directeur de Thèse L.Schüller, Co-directeur OUTILS DISPONIBLES Le modèle Meso-NH Le modèle Meso-NH ( CNRM / LA ) Modèle Non-Hydrostatique, runs de 1D à 3D, échelle synoptique à LES Le modèle SHDOM Le modèle SHDOM (F.Evans, NCAR) S pherical H armonic D iscrete O rdinate M ethod for 3D Atmospheric Radiative Transfer. Sélectionné au MNP après comparaison avec les modèles Monte-Carlo et MOMO par L.Schüller. La campagne ACE-2 (Large des Canaries, été 1997) Mesures aéroportées coordonnées. Nombreuses scènes de strato- cumulus marins documentées.

4 3 ème Réunion des utilisateurs de Meso-NH mars 2005 CNRM/GMEI/MNPCA F. Chosson, Doctorant J-L. Brenguier, Directeur de Thèse L.Schüller, Co-directeur MÉTHODE Transfert Radiatif 3D Visible, NIR par SHDOM Propriétés Radiatives ( ext, o, fonction de phase…) Validation Statistique du champ LWC simulé Meso-NH simulation 3D mode LES et bulk du nuage observé Comparaison ACE-2 Statistique mesures LWC in-situ Off-Line ß² Schéma Microphysique Réaliste Initialisation ACE-2 Champs 1D dynamiques et thermodynamiques Paramétrisation du Mélange Comparaison ACE-2 Statistique des radiances mesurées

5 3 ème Réunion des utilisateurs de Meso-NH mars 2005 CNRM/GMEI/MNPCA F. Chosson, Doctorant J-L. Brenguier, Directeur de Thèse L.Schüller, Co-directeur MÉTHODE Transfert Radiatif 3D Visible, NIR par SHDOM Propriétés Radiatives ( ext, o, fonction de phase…) Validation Statistique du champ LWC simulé Meso-NH simulation 3D mode LES et bulk du nuage observé Comparaison ACE-2 Statistique mesures LWC in-situ Off-Line ß² Schéma Microphysique Réaliste Initialisation ACE-2 Champs 1D dynamiques et thermodynamiques Paramétrisation du Mélange Comparaison ACE-2 Statistique des radiances mesurées ACE-2 9 juillet 97 Profils initiaux de : Température potentielle de leau liquide θ l Rapport de mélange en eau totale q t Vent horizontal Caractéristique du cas détude : Forte Inversion Instable par entraînement au sommet θlθl qtqt INITIALISATION PARAMETRES DU MODÈLE LES 10 km 1.5km Taille Pixel 50 m 10 m à Taille du Domaine 10 km Parois du domaine cyclique Schéma de turbulence dordre un et demi Pas de pluie, pas de glace Schéma microphysique Bulk (LWC par ajustement à la saturation) Schéma de condensation sous-maille (impact sur turbulence uniquement) Pas de Temps 0,5 sec Schéma radiatif ECMWF toutes les 2,5 min Durée simulation: 3h

6 3 ème Réunion des utilisateurs de Meso-NH mars 2005 CNRM/GMEI/MNPCA F. Chosson, Doctorant J-L. Brenguier, Directeur de Thèse L.Schüller, Co-directeur MÉTHODE Transfert Radiatif 3D Visible, NIR par SHDOM Propriétés Radiatives ( ext, o, fonction de phase…) Validation Statistique du champ LWC simulé Meso-NH simulation 3D mode LES et bulk du nuage observé Comparaison ACE-2 Statistique mesures LWC in-situ Off-Line ß² Schéma Microphysique Initialisation ACE-2 Champs 1D dynamiques et thermodynamiques Paramétrisation du Mélange Comparaison ACE-2 Statistics of remotely measured Radiances VALIDATION Épaisseur géométrique SimulationMesures LWC Distribution verticale LWC Distribution par colonne (LWP)

7 3 ème Réunion des utilisateurs de Meso-NH mars 2005 CNRM/GMEI/MNPCA F. Chosson, Doctorant J-L. Brenguier, Directeur de Thèse L.Schüller, Co-directeur MÉTHODE Transfert Radiatif 3D Visible, NIR par SHDOM Propriétés Radiatives ( ext, o, fonction de phase…) Validation Statistique du champ LWC simulé Meso-NH simulation 3D mode LES et bulk du nuage observé Comparaison ACE-2 Statistique mesures LWC in-situ Off-Line ß² Schéma Microphysique Initialisation ACE-2 Champs 1D dynamiques et thermodynamiques Paramétrisation du Mélange Comparaison ACE-2 Statistics of remotely measured Radiances VALIDATION Épaisseur géométrique Distribution verticale LWC Distribution par colonne (LWP) Structure et organisation du champ nuageux (2D) L2L2 L1L1 L1L1 L2L2 Taille des cellules distance entre cellules L1L1 L2L2

8 3 ème Réunion des utilisateurs de Meso-NH mars 2005 CNRM/GMEI/MNPCA F. Chosson, Doctorant J-L. Brenguier, Directeur de Thèse L.Schüller, Co-directeur MÉTHODE Transfert Radiatif 3D Visible, NIR par SHDOM Propriétés Radiatives ( ext, o, fonction de phase…) Validation Statistique du champ LWC simulé Meso-NH simulation 3D mode LES et bulk du nuage observé Comparaison ACE-2 Statistique mesures LWC in-situ Off-Line ß² Schéma Microphysique Initialisation ACE-2 Champs 1D dynamiques et thermodynamiques Paramétrisation du Mélange Comparaison ACE-2 Statistics of remotely measured Radiances Schéma Microphysique β 2 h r² ß²(h) Distribution en surface des gouttelettes à la base du nuage Hypothèses : Adiabatisme Concentration en gouttelettes (N) constante Grossissement des gouttelettes par diffusion de vapeur uniquement Schéma de Mélange Hypothèse : LWC sub-adiabatique = Zone dentraînement Mélange Homogène pur h r² N = cst R eff diminue h r² N diminue R eff =R ad =cste Mélange Hétérogène pur Temps caractéristique de Turbulence >> Évaporation gouttelettesTurbulence << Évaporation gouttelettes

9 3 ème Réunion des utilisateurs de Meso-NH mars 2005 CNRM/GMEI/MNPCA F. Chosson, Doctorant J-L. Brenguier, Directeur de Thèse L.Schüller, Co-directeur MÉTHODE Transfert Radiatif 3D Visible, NIR par SHDOM Propriétés Radiatives ( ext, o, fonction de phase…) Validation Statistique du champ LWC simulé Meso-NH simulation 3D mode LES et bulk du nuage observé Comparaison ACE-2 Statistique mesures LWC in-situ Off-Line ß² Schéma Microphysique Initialisation ACE-2 Champs 1D dynamiques et thermodynamiques Paramétrisation du Mélange Comparaison ACE-2 Statistics of remotely measured Radiances Transfert radiatif 3D Paramétrisation simple de la diffusion Rayleigh f(P, ) Angle solaire zénithal : 24.4° Nb ordonnées discrètes :zénith16 azimut32 Parois cycliques, 3D Pas dalbédo de surface, pas daérosols SHDOM SHDOM Réflectances au Nadir comparées VALIDATION simulation mesures OVID

10 3 ème Réunion des utilisateurs de Meso-NH mars 2005 CNRM/GMEI/MNPCA F. Chosson, Doctorant J-L. Brenguier, Directeur de Thèse L.Schüller, Co-directeur BILAN de la MÉTHODE Données dentrées : Profils 1D, Nmax, choix mélange Résultats : H, PDF(LWC(h)), PDF(LWP) validés Structure cellulaire comparable PDF(Refl. Vis/Nir) comparables Nuages réalistes

11 3 ème Réunion des utilisateurs de Meso-NH mars 2005 CNRM/GMEI/MNPCA F. Chosson, Doctorant J-L. Brenguier, Directeur de Thèse L.Schüller, Co-directeur RÉSULTATS Paramètres de Tunage du modèle : Critère CTEI et durée de simulation (hétérogénéité structurale et fraction nuageuse) Profils initiaux de q t, θ l (épaisseur géométrique) Production de champs nuageux réalistes dépaisseur et dhétérogénéité variées ainsi que leur propriétés radiatives correspondantes avec des concentrations et un schéma de mélange différents

12 3 ème Réunion des utilisateurs de Meso-NH mars 2005 CNRM/GMEI/MNPCA F. Chosson, Doctorant J-L. Brenguier, Directeur de Thèse L.Schüller, Co-directeur Tunage de lépaisseur : Θ L,q tot couche limite Θ L couche limite q tot couche limite Θ L couche limite q tot couche limite < > H nuage <

13 3 ème Réunion des utilisateurs de Meso-NH mars 2005 CNRM/GMEI/MNPCA F. Chosson, Doctorant J-L. Brenguier, Directeur de Thèse L.Schüller, Co-directeur Tunage de lhétérogénéité : Critère CTEI Δq tot ΔΘ L Critère dinstabilité : K = ΔΘ e (L/c p ) Δq tot > 0,23

14 3 ème Réunion des utilisateurs de Meso-NH mars 2005 CNRM/GMEI/MNPCA F. Chosson, Doctorant J-L. Brenguier, Directeur de Thèse L.Schüller, Co-directeur Tunage de lhétérogénéité : Critère CTEI ΔΘ L Δq tot

15 3 ème Réunion des utilisateurs de Meso-NH mars 2005 CNRM/GMEI/MNPCA F. Chosson, Doctorant J-L. Brenguier, Directeur de Thèse L.Schüller, Co-directeur Tunage de lhétérogénéité : le Temps ! Stephan De Roode, 2003 Taille des structures augmente avec le temps Taille domaine >> taille cellule (t) Simulation réaliste : contrainte de taille du domaine :

16 3 ème Réunion des utilisateurs de Meso-NH mars 2005 CNRM/GMEI/MNPCA F. Chosson, Doctorant J-L. Brenguier, Directeur de Thèse L.Schüller, Co-directeur INVERSION DE FLOTTABILITE ou Instabilité dentraînement au sommet du nuage ( CTEI ) Une parcelle dair sec est entraînée dans le nuage refroidie et humidifiée par évaporation. Plus lourde que lair environnant, la parcelle « coule », entraînant de nouvelles parcelles dair sec. Critère dinstabilité : K = ΔΘ e (L/c p ) ΔR tot > 0,23


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