Avril 2007 Journées des utilisateurs de Méso-NH Objectif: Avantage des LES Les différents diagnostiques Apport des LES pour la compréhension et la paramétrisation des couches limites convectives F. Couvreux Objectifs: Illustrer l’apport des LES à travers différentes études Montrer les différents diagnostiques disponibles dans Méso-NH cumulus ARM Descentes d’air sec stratocumulus pollué stratocumulus non-pollué

Journées des utilisateurs de Méso-NH Objectif: Avantage des LES Les différents diagnostiques Simulations des Grands Tourbillons ou LES Definition: Simulation à haute résolution où les structures principales sont résolues : différentes résolutions selon l’objet étudié : Dx=250m, Dz~50m pour CL sahélienne à Dz~10m pour les stratocumulus Avantages: Résout les structures cohérentes (peu dépendant des paramétrisations) Fournit des champs 4D des variables thermodynamiques simultanés: diagnostiques Test de sensibilité Permet l’évaluation des paramétrisations (cadre contrôlé) Distribution de la taille des nuages (Neggers et al. 2003) N=al b with b=-1.7 [-1.89,-1.98] Avril 2007 Limites: - ne remplacent pas les observations -> besoin de validation - paramétrisation du sous-maille Utilisation: - compréhension des processus - évaluation des paramétrisations

Lidar observations LES Simulations Wvmr anomalies rv’rv’ LES simulation g/kg P3 aircraft KA aircraft.. max (pdf) _ min (pdf) LES qv’qv’ at 0.5z i Mise en évidence des descentes d’air sec : structures principales de la variabilité de la vapeur d’eau - Couvreux et al. (2005) at 12h diagnostiques: distributions des variables w, qv, ,  v vis5d =visualisation 3D des champs résolus  x=  y= 100m,  z<50m,  t=7h aucun rayonnement S(q v )<0 observationsimulation

Lidar observations LES simulation Bilan de la skewness de la vapeur d’eau: rôle du transport turbulent - Couvreux et al. (2007) diagnostiques: bilan des moments d’ordre 2, calcul des moments d’ordre 3 et 4 Gradient Production rv 3 Turbulent Transport rv 3 Flux divergence rv 3 Grad. Prod. rv 2 Turb. transport rv 2 Dissipation rv 3 Diss. rv 2  x=  y= 50m,  z<50m,  t=7h aucun rayonnement rv²rv 3 S(rv )

Impact des structures cohérentes sur la mesure de flux par avion Lothon et al. (2007) Constat: mesures de flux sur 12 cas HAPEX-Sahel  différence entre mesures de flux au sol et flux estimés par mesures avions Objectif: identifier le rôle des structures cohérentes dans la mesure des flux Outil: mesures avions (Merlin+ ATR) + simulations LES (  250m: les structures sont résolues) sur un cas d’étude le 8 octobre 1992 : sous-estimation des flux avions de 20% existence de descentes d’air sec Simulations mesures avions r v and w __ w  …. q - - R(w,  ) __ R(w,q) simulation 10TUsimulation 12TU simulation 11TUmesure avions 09-12TU existence de rouleaux et cellules 3 km  x=  y= 250m,  z<50m,  t=12h rayonnement=ECMWF

-- observations -- simulation 10TU -- simulation 12TU w’>0  ’>0 =thermiques autres Impact des structures cohérentes sur le flux de vapeur d’eau 1. Les descentes et les thermiques contribuent significativement au flux de vapeur d’eau 2. La direction du vol peut induire une sous-estimation des flux w’<0 q’<0 =descentes w’>0  ’>0 =thermiques autresw’<0 q’<0 =descentes parallèle aux rouleauxperpendiculaire aux rouleaux parallèle aux rouleauxperpendiculaire aux rouleaux 1D > 2D erreur aléatoire entre 1D et 2D erreur systématique entre // et _|_ __ w’  ’ - - w’q’ pourcentage des structures Contribution au flux w’q’ des structures à z=300m Lothon et al. (2007)

qt'>  qt + w>0 __ core __ condit. sampling qt Un diagnostique pour évaluer les paramétrisations en flux de masse  x=  y= 50m,  z<40m,  t=6h/15h rayonnement=aucun microphysique= Kessler * observations IHOP (Miao et al. 2006).. cloud fournit les profils thermodynamiques, fraction couverte, flux de masse, variances, flux … avec Catherine Rio

Un diagnostique pour évaluer les paramétrisations en flux de masse ARM 6h ARM 7h ARM 8h ARM 9h ARM 10h ARM 11h ARM 12h fournit des profils des taux d’entrainement et de détrainement permet de quantifier l’approximation top-hat pour la représentation des flux et des variances : importance de la contribution de l’environnement pour la variance Variance totale Variance structures Variance top-hat environnement

Etude de l’effet des aérosols sur le cycle diurne des stratocumulus marins Sandu et al LWP (g/m 2 ) 0 LT 12LT 0 LT 12LT NcNc LWP N ccn = 50, 200, 600 cm -3 N c = 40, 120, 220 cm -3 NcNc LWP  x=  y= 50m,  z=10m,  t=36h rayonnement=ECMWF microphysique= KKOcas FIRE-1 Pristine :moins coupléprécipitationmieux couplé Pollué: bien mélangénon-précipitantdécouplé L’augmentation des CCN induit à une évolution non réversible et à la dissipation des nuages alors que cas stationnaire pour condition pristine

Compréhension des processus : Existence des descentes d’air sec, acteur important de la variabilité de rv Contribution des structures organisées au flux wqt et w  Impact des aérosols sur le cycle de vie des stratocumulus marins Amélioration des paramétrisations: Un nouveau diagnostique permettant d’obtenir profils thermodynamiques, flux de masse, fraction couverte, taux d’entrainement et de détrainement Conclusion Nouveaux diagnostiques LES: Distributions simples et jointes des variables thermodynamiques Calcul des différents moments Bilan des variables thermodynamiques et de leurs moments Un tri permettant d’isoler les structures cohérentes (travaux en cours) Avril 2007 Journées des utilisateurs de Méso-NH

Etude de l’effet des aérosols sur le cycle diurne des stratocumulus marins Sandu et al à 6h Pristine :refroidissement radiatif+ évaporationprofil + neutre Pollué: entraînement compense le refroidissement non-précipitant+pas d’évaporation sous le nuage mais réchauffé par flux de surface + un renforcement de l’assèchement en basse couche (cf aucune précipitation) 6 à 12h Pristine :flux de surface fort, évaporation, réduction d’entraînement: réchauffement mais baisse du sommet, qt augmente Pollué: flux de surface réduit, fort entraînement, pas d’évaporation: réchauffement moins fort en bas que dans la couche limite nuageuse, qt + dans couche sous-nuageuse: baisse de LWP(cf STBL chaude et sèche)

700 m Bilan  l : 50cm -3 radiatif Séd. qc 700 m Tendance  l (K/h) entre 9 –12 HL Bilan  l : 600cm -3 Form. bruine Séd. qc radiatif turbulence évap. bruine turbulence Tendance  l 700 m 50cm cm -3 Etude de l’effet des aérosols sur le cycle diurne des stratocumulus marins Sandu et al diagnostiques: bilan de  l et qt cas clair cas pollué

700 m Bilan q T : 50cm -3 Séd. qc 700 m Tendance q T (K/h) entre 9 –12 HL Bilan q T : 600cm -3 Form. bruine Séd. qc turbulence évap. bruine Tendance q T 700 m 600cm -3 turbulence 700 m 50cm -3 Etude de l’effet des aérosols sur le cycle diurne des stratocumulus marins Sandu et al. 2007