Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Simulations LES sur grand domaine de l'initiation de la convection pendant AMMA F. Couvreux, C. Rio, F. Guichard, M.

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1 Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Simulations LES sur grand domaine de l'initiation de la convection pendant AMMA F. Couvreux, C. Rio, F. Guichard, M. Lothon, A. Gounou, D. Bouniol and G. Canut system Meteosat IR-10.8 image at 1800 UTC Plan: I/ simulation LES de référence: évaluation à partir des observations II/ Sensibilité à la surface et aux conditions environnementales III/ Couplage avec la surface

2 Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Convection locale diurne au-dessus de Niamey:  ARM Mobile Facility  Radar MIT  4 Sondages à Niamey  vol de couche limite  mesures de flux AMMA CATCH  Données satellite lifting condensation level LCL (2m met station data) 4 km cloud base height 2 km Transition de convection peu profonde à profonde Couche limite sèche à nuageuse Image MSG Un cas bien documenté d’initiation de la convection ~ 300km 1 st convective cell in Niamey (MIT) Niamey (courtesy D. Bouniol) (Lothon et al., 2011)

3 Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 rvrv q Profils initiaux (sondages à 0600)  rvrv Advections grande échelle 20 km Flux de surface prescrits Configuration de la LES Surface flux (W m -2 ) ECMWF Sondages APRES MIDI: Advection verticale w=1.5cm/s MATIN: Advection horizontale froide et humide du flux de mousson 6h 9h 12h 15h 18h 100 km H>>LE Conditions semi-arides Pas de schéma radiatif mais prescription d’un terme de tendance  x=500m

4 Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Evaluation de la simulation: profils verticaux/ 2m Comparaison aux radiosondages et au sondage avion de l’ATR Température potentielle Rapport de mélange Comparaison aux variables de la station météorologique Représentation des caractéristiques moyennes même si biais humide - simulation - observations

5 Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Cvpp à partir d’images visibles (100x100 km²) Sommet nuageux à partir d’IR MSG * * Evaluation de la simulation:couverture nuageuse Bonne représentation de la croissance de couche limite et du développement convectif / base/sommet nuages (AMF lidar/radar) - - - - hauteur de couche limite (UHF) -.-.-. hauteur de couche limite simulée extension verticale des nuages

6 Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 MIT Radar Reference simulation Dx=500m High-resolution simulation Dx=200m 10h 18h Evaluation de la simulation: structures horizontales

7 Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Etude des transitions: -> convection peu profonde/ profonde h_nuage>150m Eau nuageuse de 14h à 18hVitesse verticale (m/s) de 14h à 18h

8 Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Tests de sensibilité: 1. résolution et taille du domaine : Domaine: 20x20 km² -> 200x200 km² Résolution de 200m -> 500m 1. résolution et taille du domaine : Domaine: 20x20 km² -> 200x200 km² Résolution de 200m -> 500m 2. Conditions initiales : - + / - humide à différents niveaux - + / - stable - sans Jet d’Est Africain 1. résolution et taille du domaine : Domaine: 20x20 km² -> 200x200 km² Résolution de 200m -> 500m 2. Conditions initiales : - + / - humide à différents niveaux - + / - stable - sans Jet d’Est Africain - 3. forçages: - flux de surface (H - ; Bo=1) - vitesse verticale de grande échelle ( 0 -> 3 cm/s) - advection horizontale 1. résolution et taille du domaine : Domaine: 20x20 km² -> 200x200 km² Résolution de 200m -> 500m 2. Conditions initiales : - + / - humide à différents niveaux - + / - stable - sans Jet d’Est Africain - 3. forçages: - flux de surface (H - ; Bo=1) - vitesse verticale de grande échelle ( 0 -> 3 cm/s) - advection horizontale 4. microphysique: - précipitation impossible

9 Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Sensibilité au domaine et à la résolution : Besoin d’un domaine suffisamment grand (>= 100x100km²) -> initiation de convection Haute résolution -> meilleure description des structures de couche limite (attendu) mais évolution similaire

10 Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Sensibilité aux conditions initiales: + humide -> initiation + tôt quelque soit le niveau - Stable -> initiation + tôt peu-profonde et profonde, + précipitations et + fraction nuageuse, transition plus courte - Cisaillement -> cumulus + actif mais convection profonde - active

11 Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Sensibilité aux forçages : + Vitesse verticale grande échelle -> initiation + tôt et + précipitation advection horizontale -> peu sensible - Flux sensible -> pas d’initiation même si Bo - (i.e. + flux latent)

12 Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Sensibilité à la microphysique Processus précipitants -> impact sur la couche limite mais pas nécessaire au déclenchement Rain No Rain Vertical velocity at 600m

13 Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Role de la surface: rvrv q Prescribed surface fluxes Initial profiles Large-scale advections Reference rvrv q Surface scheme Initial profiles Large-scale advections Avec schéma de surface Homogeneous surface characteristics over the domain (soil moisture, temperature at 06Z from ALMIP) Nlle Reference Pour analyser le rôle de la surface : 1- rôle du couplage => schéma de surface /flux prescrits 2- rôle des hétérogénéités => conditions de surface homogène/hétérogène

14 Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Evaluation de la surface: - albedo un peu sous- estimé - bonne partition du rayonnement net

15 Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Conclusions: - Besoin d’un domaine suffisemment grand - Dans zone semi-airde besoin d’un flux sensible suffisemment fort - Confirmation des résultats de la litterature (rôle de l’humidité et de la stabilité) + rôle + complexe du vent -Pôches froides pas nécessaires pour l’initiation Test de sensibilité - Flux radiatifs et turbulents réalistes -Perspectives: - rôle des hétérogénéités de surface - comportement des paramétrisations dans cet environnement -References: - Lothon, M., B. Campistron, M. Chong, F. Couvreux, F. Guichard and C. Rio : 2011: Life Cycle of a Mesoscale Circular Gust Front Observed by a C-Band Doppler Radar in West Africa, Mon. Wea. Rev., 139, 1370-1388 - Couvreux F, Rio C, Guichard F, Lothon M, Canut G, Bouniol D, Gounou A: 2011. Initiation of daytime local convection in a semi-arid region analysed with high-resolution simulations and AMMA observations. Q. J. R. Meteorol. Soc. DOI:10.1002/qj.903 Couplages Surface –atmosphere : LES sur un grand domaine: - validé par rapport à l’ensemble unique de données : séquence diurne, l’initiation de la convection, l’outflow convectif - Environnement semi-aride très peu étudié

16 Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 température de surface 12h (MSG SEVIRI)‏ Wankama Banizoumbou Niamey hétérogénéités de surface à mésoéchelle générées par les pluies des jours précédents convection initiée sur la surface la plus chaude cohérence Taylor et al. (2010), Gounou et al. (2010) Variabilité à méso-échelle:

17 Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Comportement des modèles de prévision sur ce cas ARPTROPa=12h-0h cumul pluie [12h-24h] ARPTROPb=36h-24h ECMWF ERA-AMMA AROME obs pluie [6h-30h] Différences importantes entre les modèles en timing, intensité, localisation

18 Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 100 km Simulations explicites Observations 7 K wake observed by RS cooler/ moister at 1740 Etude des processus: courant de densité simulation LES Sans précipitation Référence  à 600m à 18h 100 km  v’ rt’

19 Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Evolution des indices convectifs : Reproduction des principales évolutions de ces indices par la LES Conditions semi-arides : BLh haut, lfc haut augmentant après 09Z Baisse de CAPE après 10Z : non favorable soundings