Simulations numériques mesoéchelles en Antarctique Meso-NH - Premières approches Lascaux Franck, Masciadri Elena, Hagelin Susanna, Stoesz Jeff.

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1 Simulations numériques mesoéchelles en Antarctique Meso-NH - Premières approches Lascaux Franck, Masciadri Elena, Hagelin Susanna, Stoesz Jeff

2 Meso-NH et la turbulence optique: http://mesonh.aero.obs-mip.fr/mesonh/ -Seulement à l’Osservatorio Astrofisico di Arcetri ⇨ Astro-MesoNH: prediction du Cn², et des paramètres associés (seeing ε, wavefront coherence time τ AO, spatial coherence outer scale ℒ O, isoplanatic angle Θ AO ) Masciadri et al. 1999a Masciadri et al., 2001 Loi de Gladstone -Runs sur workstation locale, opteron 64 bits, 16 Go de mémoire, m46b5

3 Simulations mesoéchelles – Initialisation (1) -Initialisation et forçage: ⇨ analyses du CEPMMT. -Comparaisons entre profils verticaux moyens tirés des analyses du CEP et des radiosondages (du PNRA – Programma Nazionale di Ricerche in Antartide, www.climantartide.it): Profils verticaux moyens de vent au-dessus du Dome C : en bleu, radiosondages; en noir, CEPMMT; en rouge la différence entre les deux. 20 15 10 5 km ETE DJ 2005/2006 03020 03010 m/s 15 10 5 km 50 jours 47 jours HIVER JJA 2005 Intensité du vent

4 -Comparaisons entre profils verticaux moyens tirés des analyses du CEP et des radiosondages (du PNRA – Programma Nazionale di Ricerche in Antartide, www.climantartide.it): Profils verticaux moyens de température et direction du vent au-dessus du Dome C : en bleu, radiosondages; en noir, CEPMMT; en rouge la différence entre les deux. 15 10 5 km ETE DJ 2005/2006 0300200 0100 ° 15 10 5 km 50 jours47 jours HIVER JJA 2005 300 15 10 5 km ETE DJ 2005/2006 15 10 5 km 50 jours47 jours HIVER JJA 2005 °C00-40-2020-40-2020-60 ⇨ Validation des analyses du CEPMMT au-dessus du Dome C ! Simulations mesoéchelles – Initialisation (2)

5 -Initialisation et forçage : -> Analyses du CEPMMT. Choix d’un jour en hiver, 22/07/2005. Profil vertical du vent au-dessus du Dome C à 12:00 UTC le 22/07/2005: -> du CEPMMT (bleu); -> des radiosondages (noir). 0 10 20 30 40 m/s 20 km 15 10 5 0 20 km 15 10 5 0 0 20 40 60 80 °C Simulations mesoéchelles – Initialisation (3) Profil vertical de température au-dessus du Dome C à 12:00 UTC le 22/07/2005: -> du CEPMMT (rouge); -> des radiosondages (noir).

6 Mesoscale simulations – Configurations Test du grid-nesting: ->2 configurations: *Une en grid-nesting 2 modèles; *Une en 1 modèle. Schéma de surface: ->2 configurations: *schema de surface standard de Meso-NH (CSNOW=‘DEF’ et CISBA=‘3-L’) ; *Boone and Etchevers (2001) schema multi-couches pour la description de la couche de neige (CSNOW=‘3-L’ et CISBA=‘3-L’). Résolution horizontale: ->Différentes configurations : *Δx = 100 Km, Antarctique; *Δx = 1 Km au dessus d’un site choisi (Dome C, Pole Sud, Dome A…). Résolution verticale : ->2 configurations: *5 niveaux dans les 1ers 100 m, 1er à 10 m, plus haut à ~20 km; *15 niveaux dans les 1ers 100 m, 1er à 2 m, plus haut à ~20 km. + divers autres tests (CSNOWRES=‘RIL’ sous conditions très stables, autres dates)

7 L’Antarctique, vu par Meso-NH -Orographie: gtopo30, résolution ~1 km. -Projection Stéréographique polaire. Δx = 100 Km ANTARCTIQUE – basse résolution DOME C haute et basse résolutions Δx = 1 Km Δx = 100 Km 400 Km ΔH = 20 m ΔL = 60 Km Concordia Station Sommet 400 Km 6000 Km

8 Influence de la Résolution Horizontale -Meme résolution verticale, résolution horizontale différente: ->Dome C1: Antarticque, Δx = 100 Km, 6000 x 6000 km. -> 60x60 pts ->Dome C2: centré sur dome C, Δx = 1 Km, 400 km x 400 km -> 400x400 pts VENTDIRECTION DU VENTTEMPERATURE Profils verticaux au Dome C, To + 12H CEPMMT Dome C1 Dome C2 °C 20 15 10 5 km 20 15 10 5 km 20 15 10 5 km 4343 4343 4343 0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 m/s 160° 180° 200° 220° 150° 200° 250° 300° -70 -60 -50 -40 -30 -100 -80 -60 -40 -20

9 Influence de la Résolution Verticale -Meme résolution horizontale, résolution verticale différente : ->Dome C3: 50 niveaux, 5 niveaux dans les 1ers 100 m, 1er à 10 m, plus haut niveau à ~20 km; ->Dome C4: 60 niveaux, 15 niveaux dans les 1ers 100 m, 1er à 2 m, plus haut niveau à ~20 km. VENTDIRECTION DU VENTTEMPERATURE Profils verticaux au Dome C, To + 12H Configuration: Haute résolution horizontale, Δx = 1 km CEPMMT Dome C3 Dome C4 0 5 10 15 20 25 m/s 150 km 20 15 10 5 km 20 15 10 5 20 15 10 5 0 5 10 15 20 m/s 4343 km 4343 4343 160° 180° 200° 220° 150° 200° 250° 300° -70 -60 -50 -40 -30 °C -100 -80 -60 -40 -20 °C

10 Simulations avec ou sans grid-nesting (1) 1000 km 300 km Δx = 10 km Δx = 2.5 km Simulation “Dome C5”: - Domaine B. Simulation “Dome C6”: - Père : domaine A; - Fils : domaine B; - 2-way. Initialisation: - analyse CEPMMT du 22/07/2005 à 12:00 UTC. B A Meme résolution verticale, 50 niveaux de 10 m à 20 km. 2940 m 324O m

11 Simulations avec ou sans grid-nesting (2) VENTDIRECTION DU VENTTEMPERATURE CEPMMT Dome C5 Dome C6 0 5 10 15 20 m/s 0 5 10 15 20 25 160° 180° 200° 220° 150° 200° 250° 300°-100 -80 -60 -40 -20 -70 -60 -50 -40 -30 °C 20 15 10 5 km 20 15 10 5 km 20 15 10 5 km 4 3 4 3 4 3 -20 0 20 -6 0 6 Profils verticaux au Dome C, To + 12H

12 Importance du schema de surface (1) Run de controle (Dome C6 –run précédent avec grid-nesting): -Standard : -> CISBA=‘3-L’ -> CSNOW=‘DEF’. Test run (Dome C7): -Schema multi-couches ISBA-ES (Explicit Snow), Boone et Etchevers, 2001 : ->sol et neige separés; ->3 variables pronostiques supplémentaires dépendantes de l’épaisseur des couches (Snow Heat Content, Snow Liquid Water Equivalent, Snow Density) -> CISBA=‘3-L’ -> CSNOW=‘3-L’

13 VENTDIRECTION DU VENTTEMPERATURE CEPMMT Dome C6 Dome C7 Importance of the surface scheme (2) 20 15 10 5 km 4 3 20 15 10 5 km 4 3 20 15 10 5 km 4 3 0 5 10 15 20 25 m/s 0 5 10 15 160° 180° 200° 220° 150° 200° 250° 300°-100 -80 -60 -40 -20 -70 -60 -50 -40 -30 -2 0 2 -20 0 20 -6 0 6 °C Profils verticaux au Dome C, To + 12H

14 Autres tests -Test avec CSNOWRES=‘RIL’ : Limite le Richardson en conditions très stables (flux turbulents trop faibles à la surface de la neige) -> aucun impact sur cette simulation. -Grid-nesting 3 modèles, autre jour, comparaison entre Meso-NH et radiosondages : 30 m VentTempérature DOME C 27-07-2005 à To + 12h soit 1200 UT Schéma standard Schéma standard Schéma 3-L Schéma 3-L X - 67.15 ° X - 70.9 ° X - 70.25 ° X -67.2 ° -30 cm -15 cm -5 cm Du projet PNRA (STABLEDC, S. Argentini) -59°C -61°C

15 Conclusions -Différent simulations numériques ont été réalisées sur l’Antarctique, avec Meso-NH. -Test de différentes configurations: -> basse résolution horizontale (Δx=100 Km) / haute résolution horizontale (Δx=1 Km). -> basse résolution verticale (1er niveau à 10 m) / haute résolution verticale (1er niveau à 2 m) -> avec ou sans grid-nesting. -> schema standard pour la neige (CSNOW=‘DEF’) / schema Boones and Etchevers (2001) CSNOW=‘3-L’. -Comparaisons de 3 profils verticaux à Dome C: Intensité du vent, direction du vent, température. HRH T WS WD + + +/-+/- HRV = = + (*) GN =/-=/- + + ScN = = + (*) Prochaines étapes : ->tester d’autres jours, permettant des comparaisons avec observations; ->comparaisons avec observations de températures de surface. Les analyses du CEPMMT semblent pour l’instant trop chaudes en surface. ->utiliser Meso-NH avec la turbulence optique sur l’Antarticque. This work has been funded by the Marie Curie Excellence Grant (FOROT) – MEXT – CT – 2005 - 023878 (*)près de la surface

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18 -20/07/2005 : jour avec analyse plus mauvaise