simulations les d’une couche limite convective: variabilité de la vapeur d’eau
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Simulations LES d’une couche limite convective: variabilité de la vapeur d’eau. Fleur Couvreux. Françoise Guichard, Jean-Luc Redelsperger, Cyrille Flamant, Jean-Philippe Lafore, Valéry Masson. PLAN Objectifs de l’étude Configuration Validation /observations IHOP - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Toulouse Réunion des Utilisateurs Méso-NH mars 2005
Simulations LES d’une couche limite convective: Simulations LES d’une couche limite convective: variabilité de la vapeur d’eau variabilité de la vapeur d’eau
PLAN
Objectifs de l’étude
Configuration
Validation /observations IHOP
Des nouveaux diagnostiques LES
Fleur CouvreuxFrançoise Guichard, Jean-Luc Redelsperger, Cyrille Flamant, Jean-Philippe Lafore, Valéry Masson
Toulouse Réunion des Utilisateurs Méso-NH mars 2005
Objectifs de l’étudeObjectifs de l’étude
La modélisation LES :Un tel modèle à haute résolution est-il capable de reproduire la variabilité de vapeur d’eau observée?Renseigne-t-il sur les mécanismes responsables?
Pourquoi s’intéresser à la vapeur d’eau ?Paramètre fondamental pour bcp domaines sciences atmos. (convection, rayonnement, climat..)Hautement variable (spatialement et temporellement, diff. échelles)
Les observations de la campagne IHOP2002:Campagne sur les Grandes Plaines (USA) en 2002 regroupant bcp d’instrumentsBase de données pour la validation des simulations
Toulouse Réunion des Utilisateurs Méso-NH mars 2005
Caractéristiques : • Cas relativement simple (peu de cisaillement) de développement de la couche limite: couche limite bien mélangée épaisse de 1.5 km• Cas continental, bien documenté• Haute Pression , champ de température homogène• Vent faible (< 5m/s) de N à NE• Présence de thermiques (cf Cloud radar)• Gradient NE/SW en humidité
Données utilisées:• Radiosondages (35)• Lidars (DLR-DIAL, LEANDRE et SRL)• Mesures in-situ aéroportées (P-3 et King-Air)• Mesures de flux de surface (ISSF)
Cas d’étude : le 14 Juin 2002Cas d’étude : le 14 Juin 2002
Toulouse Réunion des Utilisateurs Méso-NH mars 2005
Configuration :• x=y=100m, z streché (< 50m dans CL)• domaine 10kmx10km• flux de surface homogènes = dérivés d’obs.• profil initial = composite de sondages à 6h30 local• prescription d’advections de grande échelle estimées à partir des simulations MM5•simulation de 7h : tôt matin- début après-midi•Cas idéalisé mais réaliste
Profils initiaux & sondages
rv
Configuration de la simulation LESConfiguration de la simulation LES
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Validation des profils moyens (1)Validation des profils moyens (1)
Comparaison obs/modèle à 13h local
rv
Évolution temporelle des valeurs moyennes
rv
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Evaluation des distributionsEvaluation des distributions
Vols avions P3 Vols avions KA
Z=0.4zi
w
rv
. . . . max_ _ min
Distribution relative de hauteur de couche limite
À 12h local
LES
Coupes LIDAR
Hauteur de couche limite dérivée des profils d’aérosols obtenus par DIAL (Davis et al. 2000)
-600 -400 -200 0 200 400 600
50
40
30
20
10
0
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Validation des coupes verticalesValidation des coupes verticales
Existence de descentes d’air sec
Plusieurs thermiques dans une zone humide
à 12h local
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
8.0
8.5
9.0
9.5
10.
5.05.56.06.57.07.58.08.59.09.510.
Le modèle
Observation LIDAR
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VariancesVariances
Coupes DIALMéso-NH (>200m)
Contribution non négligeable des échelles inférieures à 200m pour la variance
Méso-NH (200m)
Méso-NH
* Wyngaard
* Sorbjan
à 12h local
rv
r²v
r²v
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Comparaisons LES et Mesures Lidars LEANDRE2Comparaisons LES et Mesures Lidars LEANDRE2
Données uniques, car première fois qu’une DIAL tire horizontalementRésolution dégradée de la simulation,cohérence avec les donnéesQualitativement bonnes structures et valeurs
rv par LEANDRE rv par LES
données C. Flamant
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Cycle de vie des descentes d’air secCycle de vie des descentes d’air sec
Contour de rv (iso-contour de 7.7 g/kg)
2 km10 km
10 km
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Nouveau diagnostique LES: distributions simplesNouveau diagnostique LES: distributions simples
Les descentes d’air sec
Les updrafts qui percent
rv
Les thermiques qui montent
Les thermiques qui montent
w
à 13h local
Gaussienne équivalente
zi
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Nouveau diagnostique LES: Probabilité de distribution jointeNouveau diagnostique LES: Probabilité de distribution jointeà z/zi=0.3
à z/zi=0.75
à 13h local
w
rv w
rv
Contribution au flux de w’r’v
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Développement de nouveaux diagnostiques LES : - moments d’ordre 3 - distributions simples de , v, rv et w - distributions jointes de w, wv, wrv,…
Conclusions :Conclusions :
Évaluation de la simulation L.E.S. avec un tel modèle (haute résolution) on est capable de représenter la
variabilité de vapeur d’eau observée à des échelles de l’ordre de 10 km (cf comparaison aux radiosondages, lidars (DIAL et SRL), mesures de surface, vols avions)
Détermination des mécanismes : au premier ordre, la dynamique de la couche limite explique la variabilité
observée à l’échelle de 10 km les descentes d’air sec sont omniprésentes dans la couche limite et impactent
sur les échelles caractéristiques
Outil de développement de paramétrisation car simulation LES et bien validée
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F I NF I N