Traitement du mélange en nuages et impact sur les vitesses verticales extrêmes dans les orages : Nouveau dans la MASDEV4_6 Mireille TOMASINI et Jean-Philippe.

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1 Traitement du mélange en nuages et impact sur les vitesses verticales extrêmes dans les orages : Nouveau dans la MASDEV4_6 Mireille TOMASINI et Jean-Philippe LAFORE Météo-France/CNRM/GMME/MOANA

2 Diagnostique du problème Cas LDG sur l’IDF du 04/08/94 (DUCROCQ et al, QJRMS, oct 2000) (MASDEV4_5 BUG1) W max (m/s) sur le domaine 3 Domaine 1 : 10 km, 20 s, turbulence paramétrée 1D Domaine 2 : 2.5 km, 5 s Domaine 3 : 800 m, 5 s turbulence 3D 1+2+3 : OK 1+2 : +30% / BR couplée

3 Diagnostique du problème Cas LDG sur l’IDF du 04/08/94 (MASDEV4_5 BUG1) Calcul de l’ECT de la BR (2500 m) à partir de la HR (400 m)  La BR non couplée en donne : Trop dans la basse stratosphère Pas assez dans la troposphère par manque de productions dynamique et thermique 16h15

4 Diagnostique du problème Cas LDG sur l’IDF du 04/08/94 (MASDEV4_5 BUG1) Estimation du flux sous-maille de la BR à partir de la HR (grâce aux axiomes de Reynolds et moyennes) => x10 en moyenne troposphère par rapport à la simulation BR 16h15 BR non couplée BR déduite de la HR

5 Processus physiques ( SQUIRE, 58 _ KLAASSEN et CLARK, 85 _ EMANUEL, 94 ) Evaporation Air sec Air humide  Amincissement de l’interface ou instabilité quantifiée par : le gradient G de r np = r v + r c + r i sa croissance

6 Problème numérique Une résolution horizontale de 1 à 5 km ne permet pas de résoudre les plus forts gradients et les plus petits tourbillons notamment à la frontière du nuage Evaluation du manque d'énergie sous-maille de la BR : r np Résolution horizontale de 400 m Mais transition sur 100 à 200 m D’après SQUIRE,58 ou KLAASSEN et CLARK,85 Résolution horizontale de 2500 m

7 Longueur de mélange l* spécifique aux nuages que l'on augmente éventuellement suivant leur instabilité par un coefficient K Avantage : Pas trop de codages Inconvénient : Isotropie et irréalisme de la taille des tourbillons turbulents censés être le diamètre l* Critères de dopage :  du nuage Gradient horizontal de r np suffisamment fort Amplification temporelle de G Choix dans la nouvelle nameliste NAM_TURB_CLOUD de la MASDEV4_6 BUG1 : Modèle, l* en nuage, K max, seuils de |Q| Solution proposée

8 Tests Cas de la LDG sur l'IDF du 04/08/94 (MASDEV4_5 BUG1) Initialisation à 15h Run ->16h05: 1+2+3 Run ->16h15 : 1+2 dopé avec K max =5  Dopage effectif Diagnostiques sauvegardés si LTURB_DIAG=T dans NAM_TURBn

9 Conséquences du dopage sur l’ECT de la BR non couplée : Baisse dans la basse stratosphère Augmentation dans la troposphère  se rapproche du calcul avec la HR  de même pour les flux + forts Tests Cas de la LDG sur l'IDF du 04/08/94 (MASDEV4_5 BUG1) 16h15

10 Tests Cas de la LDG sur l'IDF du 04/08/94 (MASDEV4_5 BUG1) Conséquences du dopage sur W BR non couplée : 1+2+3 : OK 1+2 : Trop fortes 1+2 dopée : OK => se rapproche de la BR couplée

11 Tests Cas de la LDG sur l'IDF du 04/08/94 (MASDEV4_5 BUG1) Conséquences du dopage sur w(z) (m/s) : L’augmentation de l* est très efficace pour baisser w l* = BL89 ou DELT donnent les mêmes w

12 Domaine 2 Contour du domaine 3 Pluie au sol en couleur au sol Vent horizontal à 100 m Conséquences du dopage sur la structure des précipitations à 18h (3h de run) : Entre 1+2 DELT et 1+2 BL89 Tests Cas de la LDG sur l'IDF du 04/08/94 (MASDEV4_5 BUG1) 1+2 DELT +3 DELT 1+2 B_Dx5 1+2 DELT 1+2 BL89 +22% +12% -6%

13 cas frontal MAP du 02/11/99 (IOP14) : 1+2+3 l * ciel clair = BL89 et l * nuage < 10. DELT +10% de pluie au bout de 12h par rapport à 1+2+3 l * = DELT scores dégradés / obs cas LDG HAPEX du 21-22/08/92 : 1+2+3 l * ciel clair = BL89 et l * nuage < 5. DELT +14% de pluie au bout de 4h par rapport à 1+2+3 l * = DELT cas orage du GARD du 08/09/02 : 1+2 l * ciel clair = BL89 et l * nuage < 5. DELT +20% de pluie au bout de 6h par rapport à 1+2 l * = DELT maximum plus proche du RADAR Autres cas tests

14 MASDEV4_5 par rapport à MASDEV4_3 cas frontal MAP du 02/11/99 (IOP14) : 1+2+3 l * = DELT -20% de pluie au bout de 12h dû aux modifications sur le rayonnement MASDEV4_6 par rapport à MASDEV4_5 cas de la LDG sur l'IDF du 04/08/94 : 1+2 l * = BL89 ou DELT moins dynamique (CD et |w max ou min | un peu moins forts) moins d’hydrométéores -25% de pluie au bout de 3h dû à la turbulence de la glace +50% de temps CPU dans turb.f90 Différences entre les versions (sans dopage)

15 CONCLUSION Augmentation l* très efficace pour baisser W Utilité de l* différente en ciel clair et en nuage : non montrée MAIS intérêt de l*= BL89 dans la CLA évident Augmentation des précipitations dûe à l’utilisation de BL89 en ciel clair, non au dopage Temps de calcul supplémentaire négligeable (1% par heure) Dopage utilisable en MASDEV4_6 (NAM_TURB_CLOUD, modeln.f90 et turb.f90) Baisse des précipitations en MASDEV4_6

16 Tests Cas de la LDG sur l'IDF du 04/08/94 (MASDEV4_5 BUG1) Conséquence s du dopage sur les précipitation s : un peu retardées entre l*= DELT et l*= BL89 + 22% /BR Couplée - 14% /B_D