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Analyse statistique des nuages arctiques en phase mixte
- Résultats préliminaires - EECLAT Workshop 21-23 Janvier 2013 Guillaume MIOCHE Olivier JOURDAN Frédéric SZCZAP Gwennolé GUYOT Christophe GOURBEYRE Régis DUPUY Alfons SCHWARZENBOECK Julien DELANOE Laboratoire de Météorologie Physique Clermont-Ferrand
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Objectifs T1.7 – Nuages arctiques en phase mixte
Analyse statistique des données in situ pour: étudier les processus de formation et de croissance des gouttes surfondues et des cristaux de glace, partition liquide/glace, forme des cristaux de glace, interactions avec le rayonnement… évaluer les algorithmes d’inversion de la télédétection aéroportée et spatiale (RALI/CALIPSO-CloudSat) établir des paramétrisations pour la télédétection aéroportée améliorer la représentation des nuages mixtes dans les modèles (méso-échelle, GCM)
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Nuages mixtes ou liquides
Base de données ASTAR 2004 / Spitzberg-NO ASTAR 2007 / Spitzberg-NO SORPIC 2010 / Spitzberg-NO POLARCAT-Printemps 2008 / Kiruna-SW Campagne Nombre de vols Nuages mixtes ou liquides Nuages glacés ASTAR 2004 14 11 3 ASTAR 2007 9 6 POLARCAT-printemps 2008 12 2 SORPIC 2010 - TOTAL 41 38 8
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Instrumentation PMA du LAMP
Cloud Particle Imager: PSD, N, extinction, IWC, forme des cristaux gamme: 10 à 2300 µm, résolution: 2.3 µm Polar Nephelometer: Propriétés optiques (coefficient d’extinction, paramètre d’asymétrie, fonction de phase) gamme : qq µm à 800 µm FSSP : PSD, N, extinction, LWC gamme: 3 à47 µm, résolution: 3 µm 2D-C: PSD, N, extinction, IWC, extinction gamme: 25 à800 µm, résolution: 25 µm 2D-P: PSD, N, extinction, IWC gamme: 200 à 6400 µm, résolution: 200 µm Télédétection RALI / A-Train: Rétrodiffusion, réflectivité radar, structure verticale
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Résultats préliminaires
ASTAR 2007: 6 nuages en phase mixte (StCu couche limite): une seule couche liquide au sommet + glace précipitante Discrimination des phases liquide et glace du nuage Profils verticaux moyens des propriétés des gouttes et cristaux et classification en formes Propriétés optiques Paramétrisations: IWC=f(Extinction), lois masse-diamètre Rétrodiffusion CALIOP Réflectivité CloudSat
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Partition liquide/glace
Zn = altitude normalisée selon la couche en phase mixte (seuil: g>0,82; 1=sommet, 0=base) Phase mixte
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Propriétés des cristaux et des gouttes
σ N IWC Deff Cristaux de glace Phase mixte σ N LWC Deff Gouttes d’eau surfondues Phase mixte
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Concentrations différentes des cristaux?
Propriétés des cristaux et des gouttes Cristaux de glace Nice IWC Profils similaires à ceux de ISDAC (Alaska) (Jackson et al., JGR, 2012) Concentrations différentes des cristaux? Nliq LWC Gouttes d’eau surfondues
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Formes des cristaux de glace
Nice(#/L) Présence de particules irrégulières dans tout le nuage: Aggrégation « humide » Rôle de la dynamique? Etoiles et formes pristine dans la partie inférieure du nuage, jusqu’au sol Dépôt de vapeur, effet Bergeron? formes Particules givrées dans la partie supérieure du nuage (présence de la phase liquide): Processus de givrage T (°C)
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PROPRIETES OPTIQUES Interaction nuage-rayonnement: influence de la forme des cristaux Fonction de phase moyenne pour chaque niveau dans le nuage Mise en évidence des phases liquide, mixte et glace PHASE LIQUIDE + Base du nuage et précipitation (glace) PHASE GLACE + + PHASE MIXTE Couche mixte du nuage + + + + + + Sommet du nuage (liquide)
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PARAMETRISATIONS IWC=AσB TWC=AσB IWC (g.m-3) TWC (g.m-3)
Extinction coefficient (m-1) Extinction coefficient (m-1) En fonction de la température?
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PARAMETRISATIONS Relations Masse-Diamètre (phase glace) pour chaque niveau dans le nuage: M=ADB
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PARAMETRISATIONS Fraction liquide, paramètre d’asymétrie et température… Domaine d’application -22 °C < T < -8 °C 0.75 < g < 0.85
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INTERACTIONS AEROSOLS-NUAGES
Jackson et al., JGR, 2012: (ISDAC, Alaska) Jackson et al., JGR (2012): Etude des interaction nuages-aérosols dans les nuages arctiques en phase mixte avec une seule couche liquide (campagne ISDAC, Alaska) CONCENTRATION EN GOUTTES RAYON EFFECTIF DES GOUTTES AU-DESSUS DU NUAGE Corrélation entre la phase liquide (concentration et taille des gouttes) et les aérosols SOUS le nuage Nucléation des gouttes SOUS LE NUAGE
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INTERACTIONS AEROSOLS-NUAGES
POLARCAT-Printemps 2008: (Kiruna) CONCENTRATION EN GOUTTES RAYON EFFECTIF DES GOUTTES Corrélation entre la phase liquide (concentration et taille des gouttes) et les aérosols SOUS le nuage Nucléation des gouttes AU-DESSUS DU NUAGE SOUS LE NUAGE
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SUITE… Modélisation: utiliser les formes de cristaux observées déterminer des profils verticaux de rapport lidar variabilité de la phase mixte: simulations transfert radiatif (cf. présentation F. SZCZAP, T5) Tester les paramétrisations/Application aux algorithmes d’inversion de RALI Analyser les nuages mixtes multicouches Valider la télédétection spatiale (produits nuages) Lois masse-diamètre: application de la méthode d’E. Fontaine (T1.1 Tropics) aux données arctiques utiliser les données RALI (POLARCAT) Besoins pour la modélisation et les méthodes d’inversion?
