Etude régionale des nuages Arctiques en phase mixte à partir des observations CALIPSO/CLOUDSAT G. Mioche, O. Jourdan, J. Delanoë, M. Ceccaldi, C. Gourbeyre,

Etude régionale des nuages Arctiques en phase mixte à partir des observations

CALIPSO/CLOUDSAT

G. Mioche, O. Jourdan, J. Delanoë, M. Ceccaldi, C. Gourbeyre, G. Guyot,

R. Dupuy, A. Schwarzenboeck

EECLAT T2.11: Nuages Arctiques en

phase mixteWorkshop EECLAT

Ploumanac’h - 19-21 janvier 2015

• Contexte/Objectif: les nuages en phase mixte en région Arctique

• Rappel sur les moyens d’observations utilisés

• Etude à grande échelle: o Climatologie des nuages mixteso Contexte des mesures in situo Lien avec glace de mer?

Validation de la télédétection: o Evaluation des produits DARDAR de restitution de la

phase thermodynamique: 4 études de cas

• Conclusions et perspectives

Améliorer les connaissances sur: La variabilité de la phase mixte Le partitionnement liquide/glace, Les propriétés microphysiques

(IWC, LWC, dimensions et formes…) La formation et la croissance des particules nuageuses

EECLAT T2.11: Nuages arctiques en phase mixte

Pourquoi étudier les nuages en Arctique?

oLa région Arctique est l’une des plus sensibles au changement climatiqueo Les nuages sont l’une des grandes incertitudes sur la réponse de l’Arctique au

changement climatiqueo Inflluence des nuages mixtes sur le bilan radiatif à quantifier

o Observations encore peu nombreuses dans cette région du globeo Propriétés physiques et microphysiques mal reproduites par les

simulations numériques

Contexte/Objectifs Moyens d’observation

Etude à grande échelle

Validation de la télédétection

Conclusions et perspectives

Comprendre l’intéraction des nuages avec les autres

composantes climatiques en Arctique et leur rôle dans les

processus de rétroactions

MESURES IN SITU:PLATEFORME DE MESURES

AEROPORTEES

+ Observations à fine échelle

+ Discrimination liquide/glace - Mesures très locales et ponctuelles - Représentativité?

TELEDETECTION SPATIALE:CALIPSO/CLOUDSAT

+ Couverture globale+ Mesures en continu- Inversion encore difficile pour les nuages mixtes- Incertitudes, validation?

Moyens d’observation: la synergie télédétection/mesures in situ

Synergie télédétection spatiale / mesures aéroportées pour: Evaluer la représentativité des mesures locales Valider les algorithmes d’inversion et produits de la télédétection Etudier à l’échelle régionale la variabilité des nuages en phase mixte Etudier à l’échelle locale les propriétés microphysiques et optiques des nuages en phase mixte et leurs processus de formation et de développement





Etude à grande échelle: Rappel des résultats obtenusEtude de la variabilité des MPC en Arctique et au Svalbard

Variabilité spatiale et saisonnière: Prépondéance au printemps et en automne entre 30 et 50% en moyenne Occurrence + importante au Svalbard (55%) tout au long de l’année

Influence du type de surface: + au dessus de l’eau libre - au-dessus de la terre et glace de mer

Profils verticaux: 70 et 80% des MPC se trouvent en-dessous de 3km

Discrimination MPC simple couche / multicouche

entre 50 et 80% des MPC sont “simple” couche


Etude à grande échelle:Rappel des résultats



Etude à grande échelle: Rappel des résultats obtenusEtude de la variabilité des MPC en Arctique et au Svalbard

Conclusions/Hypothèses:La formation et la persistence des MPC semblent être favorisé par : l’apport direct de chaleur et d’humidité par les eaux de l’océan Atlantique Nord dans la

région des mers de Norvège, de Barents et d’Islande les conditions atmosphériques stables en hiver et pendant les saisons de transitions

(inversions de température et humidité) la fonte de la glace de mer qui libère l’eau liquide et favorise en été et automne l’advection de

chaleur et d’humidité à travers l’océan Arctique, et en particulier en Arctique de l’ouest

Y-a-t-il un lien entre l’occurrence des MPC et la glace de mer?

Influence du type de surface: + au dessus de l’eau libre - au-dessus de la terre et glace de mer

Profils verticaux: 70 et 80% des MPC se trouvent en-dessou de 3km

Discrimination MPC simple couche / multicouche

entre 50 et 80% des MPC sont “simple” couche


Etude à grande échelle:Rappel des résultats



Variabilité spatiale et saisonnière: Prépondéance au printemps et en automne entre 30 et 50% en moyenne Occurrence + importante au Svalbard (55%) tout au long de l’année

WINTER SPRING AUTUMNSUMMER

Zone A(Greenland Sea)

Zone B(Chukchi and Beaufort seas,Western Arctic)

Etude de la concentration en glace de mer (données du National Snow and Ice Data Center (NSIDC) contenues dans les produits CALIOP L1).Définitions de 2 zones:- Zone A: au-dessus de la mer du Groënland: de 70°N à 80°N et de 10°W à 20°E- Zone B: en Arctique de l’Ouest (mers de Beaufort et des Tchouks): de 70°N à 80°N et de 150°W à 180°W.


Etude à grande échelle:Lien MPC-glace de mer?



Etude à grande échelle: lien MPC - glace de mer?

Variabilité de la glace de mer:o Très prononcé en Arctique de l’Ouest: 90% 10% de avril à septembreo Presque constant côté Atlantique Nord, une faible diminution est quand même observée: 20% 5%

Température et humidité anticorrélées avec la concentration en glace de mer avec délai de 2 mois






Attention: ces résultats ne prennent pas en compte tout l’Arctique car les observations de CALIPSO/CLoudSat sont limitées à 82°N

L’occurrence nuageuse augmente quand la concentration en glace de mer diminue

La même tendance est observée à la fois pour tous les nuages et pour les MPC, et sur les 2 zones, avec des coefficeints de correlation acceptables.

Tendance + marquée en Arctique de l’Ouest à cause de la variabilité +importante de la concentration en glace de mer

Il semble que la présence des nuages et des MPC soit liée à la concentration en glace de mer.






7 avril 2007 (ASTAR) ; t = -10/+15 min ; T = [-21/-11] °C 9 avril 2007 (ASTAR) ; t = -25/+40 min ; T = [-22/-11] °C

1er avril 2008 (POLARCAT) ; t = +10/+45 min ; T = [-20/-3] °C 10 avril 2008 (POLARCAT) ; t = +20/+85 min ; T = [-21/-3] °C

POLARCAT 2008 (Kiruna)

ASTAR 2007 (Svalbard)

Validation de la télédétection:Evaluation des produits DARDAR phase du nuage



Validation de la télédétection:Evaluation du produit “nuage” DARDAR


DARDAR V2

Paramètre d’asymétrie g (in situ)

liquidemixteglace

Sommet du nuage

Base du nuage






AltitudeNormalisée:1: sommet0: base<0: précip.

liquidmixedice






Sommet du nuage

Base du nuage

AltitudeNormalisée:1: sommet0: base<0: précip.

Paramètre d’assymétrie g (in situ)

Phase nuage restituée par DARDAR:

liquidemixteglace

Classe DARDAR: GLACE

Classe DARDAR: MELANGE GLACE + EAU SURFONDUE

Classe DARDAR: EAU SURFONDUE SEULE

Fréq

uenc

e

g NP (in situ) g NP (in situ) g NP (in situ)

Histogrammes des valeurs du paramètre d’asymmetrie g (in situ, NP) le long de la trajectoire avion pour chaque classe DARDAR (ice, supercooled water, mixing of ice and supercooled water)

• La majorité des pixels DARDAR (~80%) de la classe “ice” sont bien validés par les valeurs de g (g<0,8)• mais un second mode apparait

(g>0,82, ~20% des données) où les pixels “ice” de DARDAR correspondent à l’eau surfondue observée par g

problème de collocalisation?

• Très peu de pixels DARDAR identifiés comme liquide surfondu, et sans vraiment concordance avec g

• La classe “mixing ice + supercooled” correspond à la phase liquide surfondue d’après g (g>0,82)

Différences entre les volumes d’échantillonnage?






BILAN Globalement, la structure observée par DARDAR est bien validée par les mesures in situ : sommet liquide et/ou mixte

+ glace sous le nuage Mais:o On note peu de zone “Supercooled only” observée avec DARDAR, même au sommet du nuage où le NP identifie

bien l’eau liquide (1)o L’attenuation lidar enlève des points de comparaison sous le nuage (2)o Dans les zones de fortes précipitations (ou liquide surfondu) DARDAR identifie des “high IWC” (rose 3) et des

“top of convective tower” (bleu 4) ?o Attention à la synchronisation entre satellite et avion: le nuage peut évoluer… (hauteur du sommet, étendue

spatiale, dissipation…)

3 4


1

2





CONCLUSIONS & PERSPECTIVES



Validation de latélédétection


• Intégrer la nouvelle base de données Arctique RACEPAC (Inuvik, Canada, mai 2014)

• Développement et évaluation de paramétrisations pour les algorithmes d’inversion de la télédétection et la modélisation à différentes résolutions

• Etude des nuages en phase mixte multi-couches

• Etude à l’échelle globale - EarthCare

• Interactions avec la modélisation à microphysique détaillée

• Intéraction aérosols-nuages

Etude à grande échelle:o Mise en évidence d’un lien entre occurrence des MPC et concentration en glace de mer (article en révision à

ACPD)

Etude à fine échelle:o Intégration des données in situ de POLARCAT (4 vols) pour l’étude statistique des propriétés microphysiques

des MPC (article en préparation)

Validation de la télédétection:o Evaluation des produits “phase nuageuse” des restitution DARDAR grâce à 4 vols collocalisés 190 minutes

de données in situ sous la trace de l’A-Traino Les mesures in situ valident 80% de la phase glace restituée par DARDAR (les 20% restants semblent être de

l’eau surfondue)o L’eau surfondue est restituée comme “mélange eau + glace” problème d’échelle d’observation ou de synchronisation?

Nombre de vols

Dates Nombre de profils en MPC

Quantitié de données

ASTAR 2007(Svalard, Norvège, 78°N, 15°E)

5 2, 3, 7, 8 et 9 avril 2007 36 173 minutes

POLARCAT 2008(Kiruna, Suède, 68°N, 20°E)

4 31 mars, 1er, 10 et 11 avril 2008

9 45 minutes

TOTAL 9 45 218 minutes

Etude à fine échelle: base de donnée utilisée

Etude statistique des propriétés microphysiques des MPC à partir des mesures de ASTAR 2007

ASTAR 2007 POLARCAT 2008

Documents

Etude régionale des nuages Arctiques en phase mixte à partir des observations CALIPSO/CLOUDSAT G. Mioche, O. Jourdan, J. Delanoë, M. Ceccaldi, C. Gourbeyre,