Bilan radiatif de surface et thermodynamique: cycles saisonnier et diurne au Sahel [1°W, 15°N] motivations les flux énergétiques à la surface et les basses.

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1 bilan radiatif de surface et thermodynamique: cycles saisonnier et diurne au Sahel [1°W, 15°N] motivations les flux énergétiques à la surface et les basses couches atmosphériques jouent un rôle important dans la mousson  échelles spatiales et temporelles des mécanismes d'interaction surface-atmos. variés, mal quantifiés voire mal connus des schémas d'explication parfois basés sur des modélisations académiques aux hypothèses vraiment radicales (e.g. albedo, Charney 1975, sans offense!) besoin de jalons pour tester la vraisemblance des mécanismes ainsi identifiés et de les quantifier précisément dans le temps et l'espace les modélisations à grande échelle + complexes montrent un grand désaccord sur les signes même des rétro-actions simulées (Dirmeyer 2007)‏ des observations pour guider la modélisation et son interprétation facteurs contrôlant les flux de surface et leurs variations? relations entre température potentielle équivalente (  e), flux et précipitations? 1ère étape : analyse des cycles saisonnier et diurne de  e et du rayonnement net (Rnet) fournies par des données de station météo – (1) information utile mais inexistante, (2) intérêt d'ordre climatique (forte variabilité saisonnière & interannuelle).

2 site du Gourma (Mougin et al.)

3 adapté de Frappart et al. (2008) LA PLUIE station météo automatique  capteurs de rayonnement (SW, LW, PAR, PAR diffus)‏ 2002 -> présent photomètre (aeronet): eau précipitable epaisseurs optiques aérosols

4 composite précipitations Agoufou 2002,2003,2005,2006 juin juillet août septembre, autres couleurs=autres mois durée gamme de valeurs

5 cycle saisonnier utilisation de 2003 : année pluvieuse (peu de données manquantes)‏ maximum de température en mai, suivant l'arrivée du flux de mousson associé à une forte réduction du Tmax-Tmin (effet de serre)‏ réchauffement modeste alors que l'ensoleillement est maximum (advection)‏ T2m etonnamment peu fluctuant et similaire d'une année a l'autre à des échelles de 10 jours minimum de température au moment du 2 nd minimum de l'angle zénithal solaire humification progressive, fortes fluctuations diurne de qv à l'arrivée et au retrait de la mousson

6 cycle saisonnier flux de mousson moins fort et qui s'amincit au fur et à mesure de la saison (cohérent avec les sondages de Niamey notamment) rôle du cycle saisonnier du heat low & de la position re lative du site / celle du heat low?

7 cycle saisonnier cohérent avec les données de la station, maximum de vent en juin avant les pluies (coups de vent reliés aux évènements convectifs)‏

8 cycle saisonnier maximum d'épaisseur optique des aérosols (AOT) en juin mais AOT encore forte en juillet

9 cycle saisonnier La combinaison des cycles saisonniers de de T et q : conduit à un “saut” de thetae en début de mousson modère les variations de thetae pendant la mousson [qv faible, T fort] versus [q fort,T faible] forte réponse de RH aux évènements précipitants jusqu'à fin juillet (pics)‏ augmentation de thetaemax-thetaemin de juin a fin aout

10 variations saisonnières des cycles diurnes chute de T et de l'amplitude de son cycle diurne de mai à septembre découplage radiatif de la surface avec l'atmosphère (LWnet) réduit, augmentation du vent la nuit passage d'un cycle diurne de qv plat en mars a plat en aout passe par une transition longue (max le matin en mai, max le matin et min l'après-midi en juin à min l'apres-midi en juillet (et septembre)‏

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12 Cette transition longue du cycle diurne de qv a un fort impact sur le cycle diurne de thetae passage d'un max de thetae sec à un max de thetae humide en aout seulement... variations saisonnières des cycles diurnes

13 cycle saisonnier des flux radiatifs Rnet = LWin - LWup + SWin – SWup Rnet ~ H+LE “flux de thetae” (en moyenne/temps > 24h)‏ forte variation saisonnière pourquoi/comment?

14 forte variations de SWin mais distinctes de celle de Rnet, min en juin avant la pluie chute de l'albedo pendant la mousson (rôle de la végétation) cycle saisonnier des flux radiatifs

15  t = 16jours : ne permet pas une restitution précise des extréma, variations interannuelles rabotées gradient méridien : 0.02-0.03 / ° latitude (zone sahélienne)‏  des cycles saisonniers: minimum + tardif + au sud, structures - abruptes à 12-13°N (10-12°N : feux nov-déc, 12-16°N :  paturages / cultures ? )‏ albedo décroît moins vite apres une mousson pluvieuse (effet mémoire via pailles & litières)‏ 200220032004 20052006 20012000 10°N 12°N 14°N 16°N 18°N 20°N albedo satellite MODIS moyenne [10°W,0°] (shortwave, white sky,  t=16 jours,,  x,  y~1km)‏ very wetwet late very dry dry 0.20 0.30 adapté de Samain et al. (2008)‏

16 LWup et T2m fortement corrélés en juin max de LWin correspond au min de SWin (chauffage radiatif de l'atmos. + opaque)‏ LWin décroît de juin à sept. alors que qv,RH augmentent et que les nuages sont + nombreux pas intuitif, implique un refroidissement de cette atmosphère continentale cycle saisonnier des flux radiatifs

17 Les variations de LWnet sont reliées à celles de l'eau atmosphérique

18 cycle saisonnier des flux radiatifs Balance partielle entre les fluctuations de Swnet et de LWnet SWnet fort en saison sèche malgré un albedo ~.35 mais surface chaude et faible opacité de l'atmosphère situation inverse en saison humide augmentation de SWnet de juin à mi-sept. rôles de l'albedo et du forçage radiatif eau/aerosols mais toujours pas de schéma simple rendant compte de la variation saisonnière de Rnet...

19 cycle saisonnier des flux radiatifs... décomposition en flux incident / flux réfléchi et émis l'augmentation de Rnet s'explique essentiellement par la diminution de SWup+LWup de juin a mi-sept ne signifie pas que les nuages & aérosols ne réduisent pas le flux solaire incident! “albedo nuages-aérosols” à la surface : [ SWin / SWin_ciel_clair] ~ 20-25%

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21 synthèse fonctionnement de mousson valeurs journalières JJAS 2002 à 2007 radiatif thermodynamique

22 thermodynamique : importance du cycle diurne et de ses transformations

23 couplage radiatif thermodynamique cohérent avec d'autres sites, études (Betts 2004, Schär et al. 1999) mais élargi à de nouvelles gammes de valeurs SWnet ne diminue pas qd Plcl plus bas (RH augm.) spécifique des zones semi-arides? (rôle moindre des nuages/d'autres facteurs) thetae et Rnet >0 corrélés sans entrer dans le détail: cohérent avec une rétroaction > 0 humidité du sol-convection mais pas avec certains arguments mis en avant dans des études précédentes (e.g. Eltahir 1998, Schär et al 1999, relations nuages/LWin, humidité du sol/albedo)‏ couplage eau-énergétique: rôle majeur du cycle de l'eau via ses effets sur le LWup, la végétation

24 travail en cours, perspectives variabilité interannuelle analyse le long du transect de mesure évaluation/diagnostics modèles

25 cohérent avec ce qui précède mais semble différent de la variabilité récente à des échelles de temps plus longues observée sur le Sahel

26 cross sites et années sur le Gourma ( W.m-2)‏ Precipitation (mm.decade-1)‏ moyenne JJAS

27 perspectives, travail en cours variabilité interannuelle analyse le long du transect de mesure évaluation/diagnostics modèles

28 day of year 2006 Bamba Agoufou Wankama Oueme OBSERVATIONS Obs from Timouk et al, Cappelaere et al, Galle et al.

29 ECMWF IFS from ECMWF MARS archive

30 signature évènement convectif Samain et al. (2008) pour l'albedo bilan énergétique et thermo plus complète