Vers une amélioration du schéma statistique de nuages de méso-échelle dans les modèles AROME et Méso-NH PDF Download
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Author: Emilie Perraud
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Languages : fr
Pages : 178
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Book Description
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: Emilie Perraud
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Languages : fr
Pages : 178
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Book Description
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: 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: Sarah Berthet
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Languages : fr
Pages : 0
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Author: Thibaut Montmerle
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Languages : fr
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L'OBJECTIF DE CETTE THESE EST D'OBTENIR UNE SIMULATION TRIDIMENSIONNELLE DE LIGNE DE GRAIN TROPICALE A L'AIDE D'UNE INITIALISATION PAR DES DONNEES REELLES DANS LE BUT D'AVANCER DANS LA PREVISION METEOROLOGIQUE A TRES COURTE ECHEANCE. CES DONNEES SONT ESSENTIELLEMENT ISSUES D'OBSERVATIONS PAR RADARS DOPPLER AEROPORTES COMPLETEES PAR DES MESURES IN-SITU COLLECTEES LORS DE L'EXPERIENCE INTERNATIONALE TOGA-COARE. CETTE CONFRONTATION MODELE-OBSERVATIONS PERMET D'ABOUTIR A UNE MEILLEURE COMPREHENSION DES MECANISMES PHYSIQUES D'UN SYSTEME CONVECTIF, CE QUI ETAIT L'UN DES OBJECTIFS PRINCIPAUX DE L'EXPERIENCE TOGA-COARE. LE MODELE UTILISE LORS DE CETTE ETUDE EST LE MODELE TRI-DIMENSIONNEL NON HYDROSTATIQUE MESO-ECHELLE MESO-NH, ET QUI EST DEVELOPPE PAR LE CENTRE NATIONAL DE RECHERCHE METEOROLOGIQUE (CNRM, METEO-FRANCE/CNRS) ET LE LABORATOIRE D'AEROLOGIE. LA PREMIERE PHASE DE CE TRAVAIL A CONCERNE LA VALIDATION DE CE MODELE. CETTE VALIDATION A ETE EFFECTUEE EN COMPARANT DE FACON DETAILLEE DES DONNEES PROVENANT DE MESURES DE RADARS DOPPLER AEROPORTES ET DE SIMULATIONS D'UNE LIGNE DE GRAIN OBSERVEE DURANT L'EXPERIENCE TOGA-COARE. CES COMPARAISONS, TRES SATISFAISANTES, CONFIRMENT L'IMPORTANCE DE LA GLACE DANS LA MICROPHYSIQUE D'UN TEL PHENOMENE CONVECTIF. LA GLACE EST NOTAMMENT A L'ORIGINE DE L'APPARITION D'UNE CASSURE DE LA LIGNE DE PRECIPITATION FRONTALE ACCOMPAGNEE DU DEVELOPPEMENT DE DEUX VORTEX CONVECTIFS MESO-ECHELLES. LA DEUXIEME PHASE A CONSISTE A ETABLIR UN ENSEMBLE DE CONTRAINTES SUR LES DONNEES EXPERIMENTALES PROVENANT D'OBSERVATIONS IN-SITU (RADIOSONDAGES, BOUEES PAR EXEMPLE) ET DE MESURES PAR RADARS DOPPLER, AFIN D'OBTENIR UN CHAMPS DE VENT COMPLET COMPATIBLE AVEC LA PHYSIQUE DU MODELE. UN TEL CHAMP EST ENSUITE UTILISE COMME CHAMP INITIAL POUR LE MODELE, CE QUI PERMET D'UNE PART D'AVOIR ACCES A DES PARAMETRES NON MESURABLES ET D'AUTRE PART DE TESTER L'EFFET DE DIVERS PROCESSUS PHYSIQUES SUR L'EVOLUTION DU PHENOMENE SIMULE.
Author: Nathalie Söhne
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Languages : fr
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Une méthodologie originale combinant l'approche modèle-vers-satellite et le calcul de score a été mise au point pour apporter une évaluation objective et systématique des modèles de mésoéchelle. Cette méthode a été appliquée à trois cas d'étude utilisant le modèle Méso-NH. Le premier cas porte sur la validation d'un ensemble de situations précipitantes contrastées de moyennes latitudes permettant de constituer une base de données. Il montre aussi le lien entre la qualité de la simulation et le type de situation météorologique. Dans le deuxième, un ensemble de simulations est réalisé afin de quantifier l'influence des modifications de l'état initial et de la configuration du modèle sur la prévisibilité d'un événement extrême. Le dernier cas d'étude quantifie la fiabilité d'une série d'un mois de prévisions en Afrique de l'Ouest, et sa variabilité en présence de forçages d'échelle synoptique.
Author: Sandra Turner
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Languages : fr
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Avec l'accroissement de la puissance de calcul, la résolution horizontale des modèles numériques de prévision (NWP) s'affine et atteint aujourd'hui des valeurs entre 1 et 5 km. Malgré ce fait, les nuages et les précipitations sont le résultat de processus sous-maille pour certaines catégories de nuages comme les cumulus et les stratocumulus. Les paramétrisations sous-maille de la condensation de la vapeur d'eau sont couramment employées depuis plusieurs années et utilisent une distribution statistique de la variabilité sous-maille de l'humidité relative pour diagnostiquer la fraction et le contenu en eau nuageuse. D'une manière similaire, une nouvelle paramétrisation est développée dans cette étude en considérant une distribution statistique du contenu en eau nuageuse et une valeur seuil permettant la formation de pluie, ce qui permet de déduire une fraction précipitante distincte de la fraction nuageuse. L'eau nuageuse ne se retrouve plus uniformément distribuée dans une maille ou dans la fraction occupée, mais se concentre plutôt en certains endroits par la division de la fraction nuageuse en deux régions de forte et de faible quantités d'eau. La pluie n'est ainsi produite que dans la région de forte quantité d'eau nuageuse, ce qui permet de qualifier cette nouvelle paramétrisation de sous-maille et sous-nuageuse. Le développement de cette paramétrisation s'appuie sur une analyse de données microphysiques provenant de deux campagnes de mesures, l'une traitant de stratocumulus précipitants (DYCOMS-II) et l'autre de petits cumulus précipitants (RICO). Pour compléter les distributions microphysiques observées, des simulations LES (Large Eddy Simulation) ont été réalisées à partir de situations idéalisées des deux campagnes de mesures. La nouvelle paramétrisation a été implantée dans le schéma microphysique ICE3 du modèle de recherche Méso-NH. Les deux situations idéalisées des campagnes RICO et DYCOMS-II ont servi à tester la nouvelle paramétrisation dans des simulations SCM (Single Column Model). Cette paramétrisation a aussi été testée avec une version 3-D du modèle de recherche Méso-NH qui utilise la même physique que le modèle opérationnel de prévision AROME (2.5 km), montrant ainsi le gain relatif à son usage pour des situations réelles sur la France. Dans toutes les situations réelles et idéalisées de cette étude, cette nouvelle paramétrisation sous-nuageuse augmente la formation de pluie dans des situations où il y a peu d'eau nuageuse, diminue l'évaporation de la pluie lors de la chute et donne un taux de précipitation en surface qui est en meilleur accord avec les observations. Une situation réelle montre également qu'elle ne produit pas systématiquement une augmentation de la pluie. Cette nouvelle paramétrisation est aussi peu coûteuse et s'adapte facilement à tout schéma microphysique de type bulk.
Author: Quentin Rodier
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Languages : fr
Pages : 211
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Améliorer la représentation de la couche limite stable constitue un des grands challenges de la prévision numérique du temps et du climat. Sa représentation est clé pour la prévision du brouillard, du gel des surfaces, des inversions de température, du jet de basse couche et des épisodes de pollution. De plus, à l'échelle climatique, la hausse de la température moyenne globale de l'air en surface impacte davantage les régions polaires : améliorer la représentation de la couche limite stable est un enjeu important pour réduire les incertitudes autour des projections climatiques. Depuis une quinzaine d'années, les exercices d'intercomparaison de modèles GABLS ont montré que le mélange turbulent dans la couche limite stable est généralement surestimé par les modèles de prévision du temps. En effet, de nombreux modèles intensifient artificiellement l'activité de leur schéma de turbulence afin d'éviter une décroissance inévitable du mélange lorsque la stabilité dépasse un seuil critique en terme de nombre de Richardson gradient. Ce problème numérique et théorique n'est pas en accord avec de nombreuses observations et simulations à haute résolution qui montrent une activité turbulente séparée en deux régimes : un régime faiblement stable dans lequel l'atmosphère est turbulente de manière continue et intense, et un régime très stable dans lequel la turbulence est très intermittente, anisotrope et faible en intensité. Ces travaux de thèse s'articulent autour de deux parties dont l'objectif principal est d'améliorer la paramétrisation de la turbulence dans le modèle atmosphérique de recherche Méso-NH développé conjointement par Météo-France et le Laboratoire d'Aérologie, et dans le modèle opérationnel AROME. Cette étude utilise une méthodologie communément employée dans le développement de paramétrisations qui consiste à comparer des simulations à très haute résolution qui résolvent les structures turbulentes les plus énergétiques (LES) à des simulations uni-colonnes d'un modèle méso-échelle. Plusieurs simulations 3D couvrant différents régimes de stabilité de l'atmosphère sont réalisées avec Méso-NH. Les limites du modèle LES en stratification stable sont documentées. Une première partie répond à la problématique de la surestimation du mélange dans le régime faiblement stable. Une expression originale pour la longueur de mélange est formulée. La longueur de mélange est un paramètre clé pour les schémas de turbulence associés à une équation pronostique pour l'énergie cinétique turbulente. Cette longueur de mélange non-locale combine un terme de cisaillement vertical du vent horizontal à une formulation existante qui repose sur la flottabilité. Le nouveau schéma est évalué dans des simulations 1D par rapport aux LES d'une part ; et dans le modèle opérationnel AROME par rapport aux observations de l'ensemble du réseau opérationnel de Météo-France d'autre part. Une deuxième partie apporte des éléments d'évaluation d'un schéma combinant deux équations pronostiques pour les énergies cinétiques et potentielles turbulentes. En condition stable, le flux de chaleur négatif contribue à la production d'énergie potentielle turbulente. L'interaction entre les deux équations d'évolution permet, via une meilleure prise en compte de l'anisotropie et d'un terme à contre gradient dans le flux de chaleur, de limiter la destruction de l'énergie turbulente dans les modèles. Dans les cas simulés, cette nouvelle formulation ne montre pas un meilleur comportement par rapport à un schéma à une équation pour l'énergie cinétique turbulente car le mécanisme d'auto-préservation n'est pas dominant par rapport au terme de dissipation. Il conviendra d'améliorer la paramétrisation du terme de dissipation dans le régime très stable.
Author: Alexandre Boilley
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Languages : fr
Pages : 218
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Book Description
L'objectif de cette thèse est d'étudier la capacité des modèles météorologiques à prévoir des épisodes de cisaillements de vent dans les basses couches de l'atmosphère sur une zone limitée à un aéroport et d'examiner l'apport pour la modélisation d'observations locales à haute fréquence. Nous avons choisi l'aéroport international de Nice, régulièrement soumis à des variations rapides de la direction et de l'intensité du vent selon l'horizontale dans la CLA, appelées aussi renverses. Un profileur de vent et trois anémomètres sont installés sur les pistes de l'aéroport. Au début de l'annee 2009, une campagne de mesures incluant un lidar vent à balayage et un anémomètre sonique s'est déroulée sur l'aéroport fournissant des observations complémentaires. L'ensemble des mesures à haute fréquence temporelle et des simulations numériques obtenues avec le modèle de recherche Méso-NH à 2.5 km de résolution, a fourni une vision de l'enchaînement complexe des écoulements conduisant à des cisaillements de vent d'origine différente. Cette complémentarité a aussi permis d'estimer la capacité du modèle numérique à reproduire les cisaillements de vent. Pour les trois situations étudiées, il reproduit la structure horizontale et verticale de l'écoulement malgré des erreurs de placement spatio-temporel. Bien que les écoulements locaux participent à la mise en place des conditions nécessaires au cisaillement de vent, c'est l'écoulement de méso-échelle (ondes piégées ou talweg d'altitude) qui va déterminer la position du phénomène. Nous avons réalisé des comparaisons avec le modèle opérationnel de Météo-France AROME ainsi que des tests de sensibilité pour étudier l'influence des conditions de couplage et de la résolution. Nous avons, en particulier, augmenté la résolution horizontale de 2.5 km à 500 m sur un domaine centré sur l'aéroport de Nice sur les situations étudiées. Une résolution de 500 m permet d'améliorer la représentation d'écoulements locaux et de variations locales du vent mais n'améliore pas la position des cisaillements de vent par rapport à une échelle plus grossière. L'extension horizontale limitée du domaine à haute résolution augmente la sensibilité aux conditions aux limites de grande échelle. Pour améliorer les prévisions et contraindre le modèle numérique vers les observations disponibles sur le site d'étude, un système d'assimilation de données basé sur le 'nudging' et permettant de prendre en compte des données à haute fréquence temporelle, le ''nudging direct et rétrograde'' (BFN pour 'Back and Forth Nudging'), a été mis en place. Nous avons appliqué cet algorithme aux équations de Lorenz pour confirmer le comportement de cette méthode par rapport à des résultats publiés antérieurement avec d'autres méthodes d'assimilation de données. Les résultats encourageants, ont conduit à l'introduction du BFN dans Méso-NH. Nous avons mis en place des simulations avec assimilation de données simulées dans des conditions idéalisées qui ont montré une réponse cohérente du modèle numérique à l'introduction de profils verticaux de vent.
Author: Nicole Audiffren-Arnaud
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Category :
Languages : fr
Pages : 39
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Book Description
Author: Jean-Louis Ricard
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : en
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Book Description
NOUS AVONS CONCU ET REALISE UN SCHEMA STATISTIQUE DE GENERATION DE NUAGES DESTINE AUX MODELES DE CIRCULATION GENERALE DE L'ATMOSPHERE (A.G.C.M.). CE SCHEMA EST BASE SUR LE MODELE DE TURBULENCE DE NIVEAU 2 DE YAMADA ET MELLOR. LES EFFETS DE LA VAPEUR D'EAU ET DE L'EAU LIQUIDE Y SONT INTRODUITS D'UNE MANIERE ORIGINALE QUI EST FACILEMENT ADAPTABLE AUX AUTRES MODELES DE TURBULENCE DE YAMADA ET MELLOR. LE SEUL PARAMETRE AJUSTABLE IMPORTANT EST LE PROFIL VERTICAL DE LONGUEUR DE MELANGE: NOUS AVONS ETUDIE LA SENSIBILITE DU SCHEMA A CE PARAMETRE. CE SCHEMA A ETE INTRODUIT DANS LA VERSION CLIMATIQUE DU MODELE DE CIRCULATION GENERALE EMERAUDE (TRONCATURE T42-20 NIVEAUX VERTICAUX). PARALLELEMENT, LE SCHEMA DE PRECIPITATION DE GRANDE ECHELLE A ETE REMPLACE PAR CELUI DE SMITH, AVEC UN TRAITEMENT DIFFERENCIE PAR LA CONDENSATION SUIVANT LA TEMPERATURE (EAU LIQUIDE OU GLACE). NOUS AVONS EFFECTUE DES SIMULATIONS AVEC LE MODELE COMPORTANT OU NON LES NOUVELLES PARAMETRISATIONS DE MANIERE A EN ETUDIER L'IMPACT. CES SIMULATIONS SONT VALIDEES A L'AIDE DE DONNEES SATELLITAIRES DES EXPERIENCES ERB (POUR LA NEBULOSITE TOTALE) ET ERBE (EARTH RADIATION BUDGET EXPERIMENT, POUR LES FLUX RADIATIFS VISIBLES ET INFRA-ROUGE AU SOMMET DE L'ATMOSPHERE)
