Paramétrisation des nuages dans des modèles à méso-échelle PDF Download
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Author: Nicole Audiffren-Arnaud
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Languages : fr
Pages : 39
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Author: Nicole Audiffren-Arnaud
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Pages : 39
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Author: Emilie Perraud
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Languages : fr
Pages : 178
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Une bonne représentation des nuages est essentielle à la qualité des modèles de prévision numérique du temps comme AROME (Delta x=2,5km) et Méso-NH. A des résolutions de méso-échelle, les nuages de couche limite (cumulus peu profonds et stratocumulus) sont encore associés à des processus de transport et de formation sous-maille dont il faut améliorer la représentation. La paramétrisation des processus de condensation/évaporation consiste en un ajustement à saturation visant à rétablir l'équilibre thermodynamique entre les phases de l'eau. Les nuages résolus à l'échelle de la maille sont communément traités par un schéma " tout ou rien " dans lequel chaque maille de modèle est considérée comme totalement claire ou nuageuse. Les schémas de nuages sous-maille adoptent couramment une description statistique de la variabilité sous-maille horizontale des variables d'humidité et de température. Une analyse statistique détaillée de données de fine échelle, obtenues à partir de simulations LES pour des cas de nuages chauds non-précipitants de couche limite, a été réalisée. Elle montre qu'à méso-échelle, l'utilisation d'une distribution statistique double gaussienne, associée à une variable traduisant l'écart local à la saturation dans la maille, fournit une bonne estimation des champs nuageux et des hauteurs de base et de sommet des nuages. En cas de cumulus épars, une méthode d'échantillonnage de données de fine échelle (LES) a montré que le mode principal sec, associé à l'environnement, peut être relié à un schéma de turbulence. Un schéma en flux de masse convectif peut être utilisé pour caractériser le second mode, associé aux thermiques peu profonds.
Author: Sarah Berthet
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Languages : fr
Pages : 0
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Author: Clément Strauss
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Languages : fr
Pages : 254
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Mieux représenter la turbulence aux échelles kilométrique et hectométrique est un enjeu important pour les modèles de prévision numérique du temps. La paramétrisation de la turbulence selon Cuxart et al. (2000) (notée CBR) actuellement utilisée dans les modèles AROME et Méso-NH, n'est pas satisfaisante dans les nuages convectifs, mais une nouvelle paramétrisation introduite par Moeng (2014) a montré un fort potentiel pour représenter les flux thermodynamiques verticaux sur un cas de cumulonimbus en phase mature (Verrelle et al., 2017). Dans cette thèse, deux simulations LES (Large Eddy Simulation) de convection profonde à 50 m puis 5 m de résolution permettent de généraliser ces résultats à une population de nuages convectifs à différentes phases de leur cycle de vie puis à un cumulus congestus et d'étudier la plupart des flux turbulents d'ordre 2 à différentes résolutions horizontales (50 m, 100 m, 250 m, 500 m, 1 km et 2 km) en filtrant les champs de la LES. La paramétrisation de Moeng fournit de meilleurs résultats que la paramétrisation CBR pour les flux ther- modynamiques verticaux mais aussi, dans une moindre mesure, pour les flux thermodynamiques horizontaux, à la fois à l'intérieur et sur les bords des nuages. L'amélioration est moins évidente pour les flux dynamiques. La LES à 5 m permet ensuite de caractériser et quantifier la turbulence, les instabilités et les processus thermodynamiques et dynamiques aux bords du cumulus. La turbulence sur les bords est de plus fine échelle que celle située à l'intérieur du cumulus. La production dynamique de turbulence sous-maille domine largement sur la production thermique. L'air nuageux est fortement renouvelé par un entrainement majoritairement latéral. Celui est causé par différents types d'instabilités avec, notamment, une circulation toroïdale de grande échelle près du sommet du nuage. Il existe peu de subsidences pénétrantes au sommet du nuage et elles sont peu profondes. Près des bords du cumulus, des subsidences coexistent avec une inversion de la flottabilité. Le refroidissement évaporatif, principalement présent sur les bords du cumulus, contribue à cette inversion et atténue les mouvements convectifs. Il influe aussi sur le trajet de l'air entrainé dans le nuage mais modifie peu les instabilités. L'étude approfondie menée à partir de nombreux diagnostics tels que des bilans ou des traceurs lagrangiens sur des simulations à grandes grilles, contribue ainsi à améliorer notre compréhension des processus qui pilotent les échanges entre le nuage et son environnement.
Author: Catherine Rio
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Languages : fr
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L’objectif principal de cette thèse est d’améliorer la représentation du cycle diurne des nuages convectifs dans les modèles de circulation générale atmosphérique grande-échelle. La sous-estimation des nuages bas, le déclenchement prématuré des précipitations convectives ainsi que leur arrêt prématuré en fin de journée sont des biais communs à la plupart des modèles de climat. L’amélioration de ces différents aspects passe notamment par une représentation plus réaliste des mouvements convectifs de la couche limite atmosphérique. Pour cela, les processus en jeu dans la turbulence de couche limite, la convection sèche et nuageuse, peu profonde et profonde, sont d’abord étudiés à l’aide d’observations et de simulations haute résolution. Cela permet d’établir les hypothèses à la base de la paramétrisation que l’on souhaite développer. Pour essayer de prendre en compte toutes les échelles de turbulence observées dans la couche limite convective, on combine à un schéma diffusif classique une paramétrisation en flux de masse représentant les structures cohérentes de la couche limite : le modèle du thermique nuageux. Le schéma est principalement testé dans une version unicolonne du modèle LMDZ, développé au Laboratoire de Météorologie Dynamique, sur des cas particuliers de convection continentale, sèche et nuageuse, peu profonde et profonde, et évalué à partir d’observations et de simulations haute résolution. La représentation explicite d’un panache ascendant entraînant et détraînant, ainsi que d’une subsidence compensatoire dans l’environnement, permet d’améliorer le cycle diurne de la couche limite et des cumulus qui se forment par beau temps. Cette meilleure représentation des nuages de couche limite a par ailleurs des répercussions sur le cycle diurne de la convection plus profonde associée aux orages et prise en compte par une paramétrisation indépendante. Le contrôle du déclenchement et de l’intensité de la convection profonde par les processus dits sous-jacents, de couche limite d’une part et liés à la formation de poches froides sous le système convectif précipitant d’autre part, permet de retarder le déclenchement des précipitations de plusieurs heures et de les maintenir plus tard dans la soirée. Enfin, les développements effectués sont adaptés à la représentation de la convection induite par les feux de biomasse dans les Tropiques. Initialisé par les caractéristiques des feux dans ces régions, le modèle du thermique nuageux devient celui du pyro-thermique nuageux, avec des panaches qui restent confinés dans la couche limite mais peuvent aussi percer jusqu’à la moyenne troposphère. Les différentes paramétrisations évoquées sont destinées à faire partie de la nouvelle version 3D de LMDZ, en vue des simulations climatiques à effectuer dans le cadre du prochain rapport du Groupe d’experts Intergouvernemental sur l’Evolution du Climat (GIEC).
Author: JEAN-MARTIAL.. COHARD
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Languages : fr
Pages : 183
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LES NUAGES OCCUPENT UNE POSITION CENTRALE DANS TOUTES LES SCIENCES DE L'ATMOSPHERE. LES PROCESSUS QUI LES CONTOLENT FONT L'OBJET D'ETUDES DETAILLEES DEPUIS LONGTEMPS, POURTANT LA REPRESENTATION DES NUAGES DANS LES MODELES A MESO-ECHELLE ET LES MODELES CLIMATIQUES RESTE APPROXIMATIVE. CETTE THESE PORTENT SUR LA DESCRIPTION ET SUR L'EVALUATION D'UN NOUVEAU SCHEMA DE NUAGE CHAUD DESTINE AUX MODELES ATMOSPHERIQUES TRIDIMENSIONNELS ET VISANT A REPRESENTER EXPLICITEMENT LES PROCESSUS MICROPHYSIQUES. LE SCHEMA EST CONSTRUIT SUR UNE REPRESENTATION SEMI-SPECTRALE DE LA DISTRIBUTION DIMENSIONNELLE DE L'EAU LIQUIDE. IL PREDIT LES RAPPORTS DE MELANGE ET LES CONCENTRATIONS POUR L'EAU NUAGEUSE ET LA PLUIE. NOUS AVONS CHERCHE POUR CHAQUE PROCESSUS UNE EXPRESSION ANALYTIQUE POUR TRADUIRE SA CONTRIBUTION AUX EQUATIONS D'EVOLUTION DES VARIABLES MICROPHYSIQUES PREDITES. EN PARTICULIER, POUR L'ETUDE DU PROCESSUS DE NUCLEATION HETEROGENE, NOUS AVONS REVISE LA DEMARCHE DE TWOMEY (1959) AFIN DE MIEUX REPRESENTER LES SPECTRES D'ACTIVATION. NOUS AVONS ALORS PROPOSE DES RELATIONS PARAMETRIQUES SIMPLES ENTRE CES COEFFICIENTS ET LES VARIABLES QUI DEFINISSENT LA DISTRIBUTION DIMENSIONNELLE DES AEROSOLS. LE SCHEMA MICROPHYSIQUE COMPLET A ETE IMPLANTE DANS LE MODELE NON HYDROSTATIQUE A MESO-ECHELLE MESONH. DES SIMULATIONS POUR DEUX TYPES D'EVENEMENT PRECIPITANT SONT PRESENTEES. LES PREMIERES SONT DES SIMULATIONS D'UN EPISODE DE PRECIPITATION OROGRAPHIQUE, LES SECONDES CONCERNE DES SIMULATIONS D'UNE BANDE PRECIPITANTE AU LARGE D'HAWAII OBSERVEE DURANT LA CAMPAGNE HARP (1990). LES RESULTATS DE CES SIMULATIONS SONT COMPARES AUX OBSERVATIONS ET AUX RESULTATS OBTENUS PAR D'AUTRES SCHEMAS MICROPHYSIQUES. ENFIN UNE SIMULATION D'UN CAS REEL 3D EST EFFECTUEE POUR UN EPISODE DE PRECIPITATION SUR LE MASSIF DES CEVENNES ET POUR LEQUEL DES OBSERVATIONS RADAR SONT DISPONIBLES.
Author: Olivier Geoffroy
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Languages : fr
Pages : 192
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Les nuages de couche limite sont une composante importante du système climatique terrestre de part leur rôle dans le bilan radiatif planétaire, la circulation générale, le cycle de l'eau et leur sensibilité au forçage aérosol (premier et second effet indirect des aérosols). La précipitation est un des processus clé pilotant leur évolution, la transition entre les différents régimes, et est le principal processus mis en jeu dans le second effet indirect des aérosols. La rétroaction radiative des nuages ainsi que le forçage des aérosols constituent tout deux des incertitudes majeures dans les études de changements climatiques. L'objectif de cette étude est d'améliorer la représentation de la formation des précipitations dans les stratocumulus et plus particulièrement évaluer sa sensibilité au forçage des aérosols, à partir de simulations LES. Dans ce but, le modèle méso-NH a été couplé avec des paramétrisations bulk de la microphysique parmi les plus sophistiqués, basés sur le schéma bulk à deux moments de Khairoutdinov and Kogan (2000) (KK00).
Author: Claude Landry
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Languages : fr
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Author: Evelyne Richard
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Languages : fr
Pages : 81
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L'ORIGINALITE DU TRAVAIL RESIDE DANS LA CONSIDERATION DE LA MESOECHELLE. PARTANT DU MODELE INITIAL DE NUAGE CHAUD (NICKERSON ET SMITH, 1980), ON A PRESENTE UN EXEMPLE D'ENSEMENCEMENT NATUREL D'UN BANC NUAGEUX PAR LES PRECIPITATIONS ISSUES DE NUAGES FORMES A L'ETAGE SUPERIEUR; LE CARACTERE NOUVEAU DE CES RESULTATS TIENT AU FAIT QU'ILS ONT ETE OBTENUS PAR UNE MODELISATION 3D COMPLETE. QUANT AUX NUAGES EN PHASE MIXTE DANS LE MODELE, ILS CONSTITUENT LA PART PROPREMENT ORIGINALE DU TRAVAIL. CE DERNIER A ETE MOTIVE PAR LES PROGRES REALISES DANS LE DOMAINE DU NOWCASTING, PAR LA PREVISION DES PRECIPITATIONS A L'ECHELLE REGIONALE (EXEMPLE: FORTES CRUES DE BRIVE-CHARENSAC EN 1980) OU DIFFERENTS FACTEURS, PAR LEUR ACTION CONJUGUEE COMPLEXE, ENTRENT EN JEU, PAR LA RESOLUTION DE NOMBREUX PROBLEMES EN HYDROLOGIE, ET PAR L'UTILISATION DU MODELE DANS LA MODIFICATION DU TEMPS
Author: ANNE.. FOUILLOUX
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Languages : fr
Pages : 119
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LE TRAVAIL PRESENTE DANS CE MANUSCRIT CONCERNE L'EVALUATION DU ROLE DES NUAGES DE TYPES STRATO-CUMULUS ET CIRRUS SUR LES MODIFICATIONS DE L'ENVIRONNEMENT GLOBAL, ET SE SITUE DANS LE CADRE DES CAMPAGNES EUCREX (EUROPEAN CLOUD AND RADIATION EXPERIMENT). NOTRE PREMIER OBJECTIF ETAIT DE CONFRONTER DIFFERENTS OUTILS D'EXTRACTION D'INFORMATIONS PERTINENTES (COUVERTURE NUAGEUSE, EPAISSEUR OPTIQUE DES NUAGES, TAILLE DES PARTICULES) A PARTIR DES IMAGES DU CAPTEUR AVHRR (ADVANCED VERY-HIGH RESOLUTION RADIOMETER) AFIN DE TROUVER LE MEILLEUR COMPROMIS. NOUS AVONS AINSI MONTRE QUE L'UTILISATION DE METHODES NEURONALES, QUI PERMET DE DIMINUER LA COMPLEXITE DU PROBLEME EN TEMPS ET EN ESPACE, S'AVERE JUDICIEUSE ET MIS AU POINT L'ALGORITHME ACNN (ADJUSTABLE COMBINATION OF NEURAL NETWORKS). DES RESEAUX DE NEURONES ONT ETE COMBINES (POUR RENDRE ROBUSTE LE SCHEMA D'INVERSION) : LE PREMIER CLASSE LES PIXELS SELON LEUR GEOMETRIES D'ILLUMINATION ET D'OBSERVATION, LE SECOND IDENTIFIE LE TYPE DE NUAGE (CIRRUS, STRATO-CUMULUS, ETC.) ET LES AUTRES SERVENT A DETERMINER L'EPAISSEUR OPTIQUE ET LA TAILLE DES PARTICULES AVEC UNE PRECISION CROISSANTE. LE SECOND OBJECTIF DE CETTE THESE ETAIT D'AMELIORER LES PROCEDURES D'INITIALISATION DU RAMS (REGIONAL ATMOSPHERIC MODELING SYSTEM), DEVELOPPE PAR PIELKE ET COTTON (1982), AFIN DE MIEUX SIMULER LES SITUATIONS OBSERVEES. CE MODELE MESO-ECHELLE A ETE IMPLEMENTE EN MODE NON-HYDROSTATIQUE EN ACTIVANT LES MODULES MICROPHYSIQUE (FLATAU ET AL., 1989) ET DE TRANSFERT RADIATIF (CHEN ET COTTON, 1983), AVEC DEUX GRILLES IMBRIQUEES QUI AUTORISENT DES ZOOMS SUR CERTAINES ZONES GEOGRAPHIQUES. SUR DEUX ETUDES DE CAS, DES COMPARAISONS ENTRE LES SORTIES DU MODELE ET LES MESURES AEROPORTEES CORRESPONDANTES ONT MONTRE QUE L'ASSIMILATION DANS LE RAMS DE LA COUVERTURE NUAGEUSE OBTENUE A L'AIDE DE NOTRE NOUVEL ALGORITHME AUTORISE UNE EXCELLENTE REPRESENTATION TRIDIMENSIONNELLE DES SYSTEMES NUAGEUX.
