Représentation des nuages de glace dans Méso-nh V. Giraud (LaMP) Contexte & Motivations Schéma microphysique développé Etudes de cas Conclusions et perspectives

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) Modélisation Méso-Nh Modélisation Méso-Nh Modélisation Méso-Nh

Contraintes pour le schéma microphysique Premières expériences avec le modèle : Exercice d’intercomparaison du GEWEX Cloud System Studies (Starr et al., 2001) Meso-NH Potential IWP generated by the imposed cooling Absence de puits de glace !!!

Contraintes pour le schéma microphysique 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 : 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

Evolution microphysique introduite dans Méso-nh Schéma actuel Autoconversion IWC seuil 500 mg/m-3 Nouveau schéma Autoconversion D moyen Autoconversion IWC seuil 40 m 500 mg/m-3 Séparation de la glace primaire en 2 types de cristaux Evolution de la quantité et du nombre Prise en compte de la forme des cristaux pour la densité des cristaux pour les vitesses de chute pour la déposition Suppression de l’ajustement

Protocole des simulations tests Dz=50 m Zone tampon Conditions aux bords : Cycliques Simulations: 2D Dx=100 m Initialisation: Atmosphère : Radiosondages et/ou analyses, Eau : vapeur+glace : Restitution de la télédétection,

Angle zénithal solaire Cirrus fin Cas de La Réunion 1/2 janvier 2004 Thèse de B. Cadet, Déc. 2004 Angle zénithal solaire Heure (TU) Altitude (km) 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. Evolution temporelle de l'épaisseur optique à 532 nm pour le cas de cirrus LPA du 1/2 Janvier 2004.

Sensibilité sur cas de Cirrus fin Cas de La Réunion Meso-Nh sans modif Vitesse de sédimentation actuelle dans Méso-NH : pour une particule de 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 :

Sensibilité sur cas de Cirrus fin Cas de La Réunion Vitesse de sédimentation actuelle dans Méso-NH multipliée par 50 et 100

Sensibilité sur cas de Cirrus fin Cas de La Réunion Sensibilité aux propriétés optiques des particules: Paramétrisation Sun and Shine dans le visible et l’Infrarouge déduit du pronostic du rapport de mélange et du nombre de particules Cirrus fin en région subtropicale : Seule la première forme de particules est active Forte sensibilité à la vitesse de chute des particules Forte sensibilité au rayonnement Poursuite de l’étude : prise en compte du forçage dynamique

Cirrus épais : cas SIRTA du 14 avril 2003 Observations réelles Observations Synthétiques Réflectivité Radar Vitesse doppler Radar Lidar

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

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)

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 radar Distinction 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

Schéma microphysique Cirrus dans Méso-nh WATER VAPOR Large Particle Mode Small Particle SEDIMENTATION + HORIZONTAL ADVECTION DEPOSITION/EVAPORATION NUCLEATION TRANSFORMATION