Simulations LES du cycle diurne des nuages stratocumulus avec Méso-NH Méso-NH in configuration LES Schema microphysique bulk pour les Sc (Khairoutdinov.

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1 Simulations LES du cycle diurne des nuages stratocumulus avec Méso-NH Méso-NH in configuration LES Schema microphysique bulk pour les Sc (Khairoutdinov &Kogan 2000 modifié (O. Geoffroy)) Simulations LES du cycle diurne des nuages stratocumulus avec Méso-NH Méso-NH in configuration LES Schema microphysique bulk pour les Sc (Khairoutdinov &Kogan 2000 modifié (O. Geoffroy)) L’IMPACT DES AEROSOLS SUR LE CYCLE DE VIE DES NUAGES DE COUCHE LIMITE Irina SANDU, Olivier GEOFFROY, Jean – Louis BRENGUIER CNRM/GMEI/ MNPCA Simulations d’un cycle diurne idéal avec différentes concentrations de CCN l’impact sur l’évolution diurne de la couche nuageuse l’impact sur les propriétés optiques du nuage et sur le transfert radiatif

2 I. Simulations du cas FIRE (14 –16 July 1987, San Nicholas Island) Buts: - comprendre les processus qui déterminent la variabilité diurne de la CL - tests sur les conditions initiales, la configuration du modèle et les forcings - vérifier la capacité de simuler un cycle diurne stationnaire LWP(g/m 2 ) Observations Monthly mean LT  l’évolution diurne de la CL découplage diurne est reproduite par le modèle CL nocturne fortement mélangée altitude (m) Observations Cloud water mixing ratio (kg/kg) Min = 0.25·10 -4 kg/kg Max = 0.63·10 -3 kg/kg 0hLT 12hLT 0hLT 12hLT 0hLT  Après la période de spin– up (12 h) équilibre de la CL cycle diurne quasi-stationnaire LWP(g/m 2 )

3 II. Simulations d’un cycle diurne idéal avec différentes concentrations de CCN Scénario des simulations: 6 simulations avec: N CCN = 25 cm -3, 50 cm -3, 100 cm -3, 200 cm -3, 400 cm -3 et 800 cm -3 24 heures de simulation 12 LT – 12 LT modifications l’évolution de la couche nuageuse Paramètres optiques du nuage Flux radiatifs variations de : - l’intensité de la bruine - de l’absorption de la radiation solaire dans le nuage - l’entraînement turbulent Méso-NH (LES) Schéma microphysique: Khairoutdinov &Kogan (2000) modifié (O. Geoffroy) Schéma radiatif: ECMWF (Morcrette, 1989) Fouquart (1987) –propriétés radiatives des Sc.  x=  y= 50m  z=10m

4 Schéma K&K modifié K&K : - schéma microphysique bulk pour les stratocumulus. - Les coefficients ont été ajustés avec un modèle de microphysique explicite (bin). Intérêt : –N act, N c en variables pronostiques (on veut différentes valeurs de N). –schéma développé spécialement pour les stratocumulus (particularité : pluie très faible) N act (m - 3 ) N r (m -3 ) q r (kg/kg) N c (m -3 ) q c (kg/kg) q v (kg/kg) Activation : Cohard et al (1998) (dans Méso-NH (C2R2)) N CCN (Paramètre) Cond / évap : Langlois (1973) (dans Méso-NH) Autoconversion : K&K Accretion : K&K Evaporation : K&K Sedimentation : K&K 5 variables pronostiques

5 N CCN = 800 cm -3 12 LT 0LT 12LT Max = 0.6·10 -3 kg/kg Min = 0.25·10 -3 kg/kg 12 LT 0LT 12LT Min = 0.25·10 -3 kg/kg Max = 0.6·10 -3 kg/kg N CCN = 200 cm -3 12 LT 0LT 12LT Max = 0.6·10 -3 kg/kg Min = 0.25·10 -3 kg/kg N CCN = 25 cm -3 12 LT 0LT 12LT Max = 0.6·10 -3 kg/kg Min = 0.25·10 -3 kg/kg N CCN = 50 cm -3 Cloud water mixing ratio (kg /kg)

6 LWP (g/m 2 ) Pluie accumulée au niveau du sol (mm) Pluie accumulée (mm) Pluie instantanée au niveau du sol (mm/h) Pluie instantanée (mm/h) N CCN (cm -3 ) 25 50 100 200 400 800 Max N a (cm -3 ) 22 43 80 135 208 318 Aérosols activés (%) 88 86 80 67 52 39 Daily mean LWP (gm -2 ) 48 66.2 76.15 76.2 75.88 74.58 Absorption de la radiation solaire 800 25 400

7 flux radiatif net au sol (W/m 2 ) (SW ↓+ LW↓) – (Sw ↑+ LW ↑) (W/m 2 ) (Sw ↑+ LW ↑) (W/m 2 ) flux radiatif UP au TOA (W/m 2 ) Daily mean F net au sol (Wm -2 ) 210.75 195.5 184.4 179 173 167 N CCN (cm -3 ) 25 50 100 200 400 800 Daily mean LWP (gm -2 ) 48 66.2 76.15 76.2 75.88 74.58 Daily mean F up au TOA (Wm -2 ) 513.3 532.2 544.2 550 555.2 560.4 N CCN : 800 25 cm -3 48% 35.7% 9% 26% Épaisseur optique in VIS NUIT flux radiatif net au sol (W/m 2 ) (SW ↓+ LW↓) – (Sw ↑+ LW ↑) (W/m 2 ) (Sw ↑+ LW ↑) (W/m 2 ) flux radiatif UP au TOA (W/m 2 )

8 Conclusions La sensibilité des précipitations à la variation de la concentration de CCN n’est pas reflétée dans les flux radiatifs la formation de la bruine est efficace surtout la nuit le LWP et les flux radiatifs nets (au sol et au TOA) ne varient pas significativement avec N CCN Pendant le jour, l’évolution de la couche nuageuse est déterminée en principal par les flux turbulents et par l’absorption de la radiation solaire il faut prendre en compte tous les facteurs qui influencent l’évolution diurne de la couche limite nuageuse il ne faut pas chercher à séparer les effets indirects des aérosols, mais plutôt à évaluer l’effet global il est essentiel de représenter correctement l’absorption de la radiation solaire

9 Configuration et initialisation des simulations domaine : 2.5km X 2.5 km (  x=  y= 50m) 120 niveaux jusqu’à 1.2km (  z=10m) Initialisation du cas idéal avec profils verticaux de  L et q T (inversion  l =12K;  q T = -3g/kg) forçage sur la vitesse verticale (subsidence) : = - 0.005 m/s, z = 500m = 500 - 4  10 -6 *(z-500) m/s, 500 < z <900m refroidissement et humidification de la CL pour contrebalancer l’assèchement et le réchauffement due à la subsidence: forçages sur  L et q T : avec = 7.5·10 -3 K/m et avec = - 3 ·10 -6 kg/kg·m

10 Fouquart (1987): parameterisation des proprietes radiatives des nuages chauds simulation N CCN =800cm -3 Single scattering co-albedo: ~ 10 -4 valeurs typiques pour gouttelettes de nuage (VIS:0.55  m) contenant des inclusions de carbon suie (Chylek 1984) test1: SSA=1 partout dans le nuage: l’absorption SW est négligé SSA=1 FOUQ 800 200 50 200 800 FOUQUART SSA=1 !! Single scattering co-albedo pour les gouttelettes d’eau pure : ~ 10 -7 (VIS:0.55  m) test2: SSA=valeurs typiques pour les gouttelettes d’eau pure FOUQ SSA=H2O SSA=1

11 Radiative heating rate SW at 11h LT Radiative heating rate SW at 12h LT Radiative heating rate LW at 11h LT Radiative heating rate LW at 12h LT Noir –FOUQUART Bleu – SSA=1 Vert – SSA – pure water Rouge – SLINGO K/day