Les systèmes méditerranéens fortement précipitants : étude des processus convectifs et validation à partir des observations de la campagne HyMeX. Fanny DUFFOURG Olivier NUISSIER Maxime MARTINET … CNRM/GMME/MICADO Source : Infoclimat

2/16 Ateliers de Modélisation de l'Atmosphère – F. Duffourg – 19 Janvier 2016 Les pluies intenses méditerranéennes  Précipitations quotidiennes > 150 mm, en moyenne jours / an  Systèmes Convectifs de Mésoéchelle (MCS) à régénération rétrograde Source : Ricard et al. (2010) Cumul quotidien maximal des épisodes de

3/16 Ateliers de Modélisation de l'Atmosphère – F. Duffourg – 19 Janvier 2016 Les pluies intenses méditerranéennes D’après : Ducrocq et al. (2008) Étude de cas (Nuissier et al. 2008, Ducrocq et al. 2008) et approche climatologique (Nuissier et al. 2011, Ricard et al. 2012) : contexte synoptique favorable, environnement à mésoéchelle et mécanismes de soulèvement.  Flux de basses couches humide et instable  Relief  Convergence de basses couches  Plage froide

4/16 Ateliers de Modélisation de l'Atmosphère – F. Duffourg – 19 Janvier 2016 Mécanismes de soulèvement  Flux de basses couches humide et instable  Relief  Convergence de basses couches  Plage froide  Sensibles aux caractéristiques de l'environnement atmosphérique (Bresson et al. 2012)  Déterminent la localisation et l'intensité des précipitations D’après : Bresson et al. (2012)

5/16 Ateliers de Modélisation de l'Atmosphère – F. Duffourg – 19 Janvier 2016 Objectifs de la campagne HyMeX Améliorer la précision des prévisions de ces épisodes en terme de localisation, intensité et chronologie  Caractérisation de l'environnement  Compréhension des processus de fine échelle impliqués dans le déclenchement et l'organisation de la convection oInteractions multi-échelle et rétroactions de la convection sur l'environnement oSensibilité à l'environnement et aux structures d'humidité

6/16 Ateliers de Modélisation de l'Atmosphère – F. Duffourg – 19 Janvier 2016 La campagne HyMeX Special Observation Period 1 : 5 septembre – 6 novembre 2012  20 POI (Période d'Observation Intensive)  11 POI pour fortes précipitations Ballon s Source : V. Ducrocq

7/16 Ateliers de Modélisation de l'Atmosphère – F. Duffourg – 19 Janvier 2016 Plan d'étude Analyse des systèmes précipitants observés lors de la POI 16a de la SOP1 HyMeX – 26 octobre 2012 :  Simulations numériques avec le modèle Meso-NH  Évaluation du réalisme des simulations par rapport au jeu de données d'observation HyMeX  Analyse critique des processus convectifs simulés

8/16 Ateliers de Modélisation de l'Atmosphère – F. Duffourg – 19 Janvier 2016 Description de la POI 16a 3 systèmes précipitants différents : 2 déclenchés en mer, 1 sur les côtes  MCS1a sur le Golfe du Lion puis orographique sur les Cévennes >100mm/24h sur mer et 130mm/24h sur les Cévennes  MCS1b sur le Golfe du Lion puis le Var 75mm/6h sur mer et 150mm/24h sur le Var  MCS2 sur Gênes 245mm / 24h 26/10/2012, UTC French radar and HyMeX raingauges QPE Source : Duffourg et al. (2016)

9/16 Ateliers de Modélisation de l'Atmosphère – F. Duffourg – 19 Janvier 2016 Configuration des simulations numériques Simulation avec le modèle non-hydrostatique Méso-NH:  Différentes conditions initiales et latérales – analyses, prévisions ou réanalyses AROME-WMED et AROME-France, à différents instants  Étendue du domaine  Différentes résolutions horizontales – 2.5km et 500m  Paramétrisation de la turbulence – 1D à 2.5km, 3D à 500m avec différentes longueurs de mélange Meso-NH simulation domain

10/16 Ateliers de Modélisation de l'Atmosphère – F. Duffourg – 19 Janvier 2016 Évaluation des systèmes convectifs simulés à 2.5km OBS SIMU 26/10, 11 UTC 26/10, 09 UTC 26/10, UTC  Système matinal sur le Golfe du Lion pas reproduit  Système en direction de PACA : oBien reproduit jusqu'à son arrivée sur les côtes (12 UTC) oRalentissement sur le Var mal simulé, évacuation trop rapide  Précipitations orographiques sur les Cévennes trop importantes 1 P L P L

11/16 Ateliers de Modélisation de l'Atmosphère – F. Duffourg – 19 Janvier 2016 POI16 : comparaison aux observations HyMeX OBSOBS SIMUSIMU vent 10m observé et simulé  Bonne représentation des parties stratiformes et convectives  Environnement : oObservations à l'amont immédiat du système oBonne représentation des caractéristiques du flux d'alimentation humide et instable Profileur de vent du Levant Réflectivités RASTA 11UTC 13UTC P L Duffourg et al. (2016) (dBZ) Radiosondage du Provence

12/16 Ateliers de Modélisation de l'Atmosphère – F. Duffourg – 19 Janvier 2016 Analyse des mécanismes de soulèvement  Convergence de basses couches associée à un minimum local de pression  Soulèvement sur les bords de la plage froide sous orage  Anomalie négative de pression sur le bord sud de la plage froide (-4hPa)  Contournement cyclonique autour de la plage froide renforçant la convergence θ e et vent horizontal à 925hPa, Pmer (isolignes noires 0,01kg/m² ) Flux d'humidité integré sur 0-3 km, θ v au 1 er niveau modèle, vent horizontal et vitesse verticale à 500m (isolignes noires >0.75m/s) 26/10 – 09 UTC Réflectivités à 2000 m à 10 UTC et rétrotrajectoires de particules prises dans le sommet du système convectif 26/10 – 11 UTC Source : Duffourg et al. (2016)

13/16 Ateliers de Modélisation de l'Atmosphère – F. Duffourg – 19 Janvier 2016 Sensibilité à la longueur de mélange à 500m  Zone de convergence et système bien localisés  Pas de plage froide avec DELT  Flux d'humidité en basses couches plus important avec BL89  Plus de soulèvement avec BL89  Plus d'hydrométéores froids avec BL89  Plus de refroidissement par fonte et évaporation des hydrométéores avec BL89 Flux d'humidité integré sur 0-3 km, θ v au 1 er niveau modèle et vent horizontal, 26/10 – 10 UTC BL89 DELT 925hPa DELT BL89

14/16 Ateliers de Modélisation de l'Atmosphère – F. Duffourg – 19 Janvier 2016 Sensibilité à la longueur de mélange  Vent en basses couches surestimé avec BL89  Jet à 1000m mieux représenté avec DELT Vent au radiosondage de Marseille DELTOBS BL89

15/16 Ateliers de Modélisation de l'Atmosphère – F. Duffourg – 19 Janvier 2016 Principaux résultats Observations HyMeX sur mer et juste en amont des systèmes :  Caractérisation du flux d'alimentation humide et instable  Évaluation du réalisme des processus convectifs simulés  Soulèvement sur mer par convergence de basses couches  Localisation déterminée par les perturbations de fine échelle de la circulation Représentation des mécanismes de soulèvement à 500m sensible à la paramétrisation de la turbulence et à la longueur de mélange.

16/16 Ateliers de Modélisation de l'Atmosphère – F. Duffourg – 19 Janvier 2016 Travail en cours et à venir Étude de l'impact de la turbulence (500m) sur la dynamique du système Étude de la structure microphysique des systèmes (observations RASTA) Impact du passage mer-terre sur les processus convectifs Origine des défauts de simulation constatés Simulations grandes grilles à 200m

Merci de votre attention

18/16 Ateliers de Modélisation de l'Atmosphère – F. Duffourg – 19 Janvier 2016 Rétroaction de la convection  Modification locale de la circulation  Impact sur la localisation des ascendances convectives θ e et vent horizontal à 925hPa, Pmer (isolignes noires 0,01kg/m² ), 26/10 – 11 UTC Sans refroidissement par évaporationAvec refroidissement par évaporation

19/16 Ateliers de Modélisation de l'Atmosphère – F. Duffourg – 19 Janvier POIs étudiées : IOP13 & IOP16 POI13 – 14/10/2012 : initiation côtière  Précipitations intenses sur PACA: ~75mm en 6h sur terre et ~150mm quelques kilomètres au large du département du Var l'après-midi  2 systèmes précipitants distincts : 1 supercellule et 1 ligne convective POI16 – 26/10/2012 : initiation en mer  Précipitations intenses : jusqu'à 100mm en 6h et ~45mm en 1h  2 systèmes précipitants : 1 MCS traversant le Golfe du Lion le matin et 1 MCS atteignant le département du Var l'après-midi POI13 – 14/10, UTCPOI16 – 26/10, UTCCumul de pluie (mm)

20/16 Ateliers de Modélisation de l'Atmosphère – F. Duffourg – 19 Janvier 2016 Evaluation des systèmes précipitants simulés  Supercellule près de Marseille mal simulée (trop faible, mal localisée)  Ligne convective sur Var trop étalée spatialement et trop dans les terres  Initiation and évolution temporelle bien représentées Cumul de pluie (mm) OBS SIMU 14/10, 16 UTC 14/10, 14 UTC 14/10, UTC

21/16 Ateliers de Modélisation de l'Atmosphère – F. Duffourg – 19 Janvier 2016 POI13 : comparaison aux observations HyMeX profileur de vent du Levant Lidar BASIL – rapport de mélange en vapeur d'eau OBSERVATIONOBSERVATION SIMULATIONSIMULATION Flux d'humidité intégré 0-3 km, θ v au 1 er niveau modèle, vent horizontal et vitesse verticale à 500m (isolignes vertes > 0,5m/s) Flux hu (kg/m/s) /10 – 16 UTC 2-m temperature, 15UTC LFC trop haut SIMU