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Toulouse Réunion des Utilisateurs Méso- NH mars 2005 Simulations LES d’une couche limite Simulations LES d’une couche limite convective: variabilité de la vapeur convective: variabilité de la vapeur d’eau d’eau PLAN Objectifs de l’étude Configuration Validation /observations IHOP Des nouveaux diagnostiques LES Fleur Couvreux Françoise Guichard, Jean-Luc Redelsperger, Cyrille Flamant, Jean- Philippe Lafore, Valéry Masson

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 Presentation

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Page 1: Simulations LES d’une couche limite convective: variabilité de la vapeur d’eau

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

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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

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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

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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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