Simulations LES du cycle diurne des nuages stratocumulus avec Méso-NH

Méso-NH in configuration LES

Schema microphysique bulk pour les Sc(Khairoutdinov &Kogan 2000 modifié (O. Geoffroy))

Simulations LES du cycle diurne des nuages stratocumulus avec Méso-NH

Méso-NH in configuration LES

Schema microphysique bulk pour les Sc(Khairoutdinov &Kogan 2000 modifié (O. Geoffroy))

L’IMPACT DES AEROSOLS SUR LE CYCLE DE VIE DES NUAGES DE COUCHE LIMITE

Irina SANDU, Olivier GEOFFROY, Jean – Louis BRENGUIER

CNRM/GMEI/ MNPCA

Simulations d’un cycle diurne idéal avec différentes concentrations de CCN

l’impact sur l’évolution diurne de la couche

nuageuse

l’impact sur les propriétés optiques du nuage et sur le

transfert radiatif

I. Simulations du cas FIRE (14 –16 July 1987, San Nicholas Island)

Buts: - comprendre les processus qui déterminent la variabilité diurne de la CL - tests sur les conditions initiales, la configuration du modèle et les forcings - vérifier la capacité de simuler un cycle diurne stationnaire

LWP(

g/m

2 )

Observations

Monthly mean

LT

l’évolution diurne de la CL découplage diurne est reproduite par le modèle CL nocturne fortement mélangée

alti

tude

(m

)

ObservationsCloud water mixing ratio (kg/kg)

Min = 0.25·10-4 kg/kg

Max = 0.63·10-3 kg/kg

0hLT 12hLT 0hLT 12hLT 0hLT

Après la période de spin– up (12 h) équilibre de la CL cycle diurne quasi-stationnaire

LWP(g/m2)

II. Simulations d’un cycle diurne idéal avec différentes concentrations de CCN

Scénario des simulations:

6 simulations avec:NCCN = 25 cm-3, 50 cm-3, 100 cm-3, 200 cm-3, 400 cm-3 et 800 cm-3

24 heures de simulation 12 LT – 12 LT modifications

l’évolution de la couche nuageuse

Paramètres optiques du nuage

Flux radiatifs

variations de : - l’intensité de la bruine - de l’absorption de la radiation solaire

dans le nuage - l’entraînement turbulent

Méso-NH (LES)

Schéma microphysique: Khairoutdinov &Kogan (2000) modifié (O. Geoffroy)

Schéma radiatif: ECMWF (Morcrette, 1989) Fouquart (1987) –propriétés radiatives des Sc.

x= y= 50mz=10m

Schéma K&K modifié K&K : - schéma microphysique bulk pour les stratocumulus. - Les coefficients ont été ajustés avec un modèle de microphysique explicite (bin).

Intérêt : – Nact, Nc en variables pronostiques (on veut différentes valeurs de N).– schéma développé spécialement pour les stratocumulus (particularité : pluie très faible)

Nact (m- 3)

Nr (m-3)

qr (kg/kg) Nc (m-3)

qc(kg/kg)

qv (kg/kg)

Activation : Cohard et al (1998) (dans Méso-NH (C2R2))

NCCN(Paramètre)

Cond / évap : Langlois (1973) (dans Méso-NH)

15,1)(67)( rcaccrr qqt

q

79,147,21350)(

ccautor Nqt

q

Autoconversion : K&K

Accretion : K&K

Evaporation : K&K

Sedimentation : K&K2.0012.0 vrq rV

r

5 variables pronostiques

3maxc cm310N

NCCN= 800 cm-3

kg/kg1057.0r 3maxc

12 LT 0LT 12LT

Max = 0.6·10-3 kg/kg

Min = 0.25·10-3 kg/kg12 LT 0LT 12LT

Min = 0.25·10-3 kg/kg

Max = 0.6·10-3 kg/kg

3maxc cm131N NCCN= 200 cm-3

kg/kg1054.0r 3maxc

12 LT 0LT 12LT

Max = 0.6·10-3 kg/kg

Min = 0.25·10-3 kg/kg

3maxc cm22N NCCN= 25 cm-3

kg/kg1037.0r 3maxc

12 LT 0LT 12LT

Max = 0.6·10-3 kg/kg

Min = 0.25·10-3 kg/kg

3maxc cm40N NCCN= 50 cm-3

kg/kg1046.0r 3maxc

Cloud water mixing ratio (kg /kg)

LWP (g/m2)LW

P (g

/m2 )

Pluie accumulée au niveau du sol (mm)

Plui

e ac

cum

ulée

(mm

)

Pluie instantanée au niveau du sol (mm/h)Pl

uie

inst

anta

née

(mm

/h)

NCCN (cm-3)

2550

100 200 400 800

Max Na (cm-3)

22 43 80

135 208

318

Aérosols activés (%)

888680 67 52 39

Daily mean

LWP (gm-2)

48 66.2

76.15 76.2

75.88 74.58

Absorption de la radiation solaire

80025400

flux radiatif net au sol (W/m2)

(SW

↓+

LW

↓)

– (S

w ↑

+ L

W ↑

) (W

/m2 )

(Sw

↑+

LW

↑)

(W/m

2 )

flux radiatif UP au TOA (W/m2)Daily meanFnet au sol

(Wm-2)

210.75 195.5 184.4

179173167

NCCN

(cm-3)

2550

100 200 400 800

Daily meanLWP

(gm-2)

48 66.2

76.15 76.2

75.88 74.58

Daily meanFup au TOA

(Wm-2)

513.3 532.2 544.2

550 555.2 560.4

NCCN : 800 25 cm-3

48% 35.7%

9% 26%

maxLWP

LWP

TOAupF

grdnetF

Épaisseur optique in VIS

NUIT

flux radiatif net au sol (W/m2)(S

W ↓

+ L

W↓

) –

(Sw

↑+

LW

↑)

(W/m

2 )

(Sw

↑+

LW

↑)

(W/m

2 )

flux radiatif UP au TOA (W/m2)

Conclusions

La sensibilité des précipitations à la variation de la concentration de CCN n’est pas reflétée dans les flux radiatifs

la formation de la bruine est efficace

surtout la nuit

le LWP et les flux radiatifs nets (au sol et au TOA) ne varient pas significativement avec NCCN

Pendant le jour, l’évolution de la

couche nuageuse est déterminée en

principal par les flux turbulents et par l’absorption de la radiation solaire

• il faut prendre en compte tous les facteurs qui influencent l’évolution diurne de la couche limite nuageuse • il ne faut pas chercher à séparer les effets indirects des aérosols, mais plutôt à évaluer l’effet global

il est essentiel de représenter correctement l’absorption de la radiation solaire