Analyse statistique des nuages arctiques en phase mixte
- Résultats préliminaires -
EECLAT Workshop21-23 Janvier 2013
Guil laume MIOCHEOlivier JOURDANFrédéric SZCZAP
Gwennolé GUYOTChristophe GOURBEYRE
Régis DUPUYAlfons SCHWARZENBOECK
Julien DELANOE
Laboratoire de Météorologie PhysiqueClermont-Ferrand
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Objectifs
Analyse statistique des données in situ pour:o étudier les processus de formation et de croissance des gouttes
surfondues et des cristaux de glace, partition liquide/glace, forme des cristaux de glace, interactions avec le rayonnement…
o évaluer les algorithmes d’inversion de la télédétection aéroportée et spatiale (RALI/CALIPSO-CloudSat)
o établir des paramétrisations pour la télédétection aéroportée
o améliorer la représentation des nuages mixtes dans les modèles (méso-échelle, GCM)
T1.7 – Nuages arctiques en phase mixte
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Base de données
ASTAR 2004 / Spitzberg-NO
ASTAR 2007 / Spitzberg-NO
SORPIC 2010 / Spitzberg-NO
POLARCAT-Printemps 2008 / Kiruna-SW
Campagne Nombre de vols
Nuages mixtes ou liquides
Nuages glacés
ASTAR 2004 14 11 3
ASTAR 2007 9 6 3
POLARCAT-printemps 2008 9 12 2
SORPIC 2010 9 9 -
TOTAL 41 38 8
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Instrumentation
Cloud Particle Imager: PSD, N, extinction, IWC, forme des cristauxgamme: 10 à 2300 µm, résolution: 2.3 µm
Polar Nephelometer: Propriétés optiques (coefficient d’extinction, paramètre d’asymétrie, fonction de phase)
gamme : qq µm à 800 µm
FSSP : PSD, N, extinction, LWCgamme: 3 à47 µm, résolution: 3 µm
2D-C: PSD, N, extinction, IWC, extinction gamme: 25 à800 µm, résolution: 25 µm
2D-P: PSD, N, extinction, IWC gamme: 200 à 6400 µm, résolution: 200 µm
PMA du LAMP
RALI / A-Train: Rétrodiffusion, réflectivité radar, structure verticale
Télédétection
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Résultats préliminairesASTAR 2007: 6 nuages en phase mixte (StCu couche limite):
une seule couche liquide au sommet + glace précipitanteo Discrimination des phases liquide et glace du nuageo Profils verticaux moyens des propriétés des gouttes et cristaux et classification en formeso Propriétés optiqueso Paramétrisations: IWC=f(Extinction), lois masse-diamètre
Rétrodiffusion CALIOP
Réflectivité CloudSat
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Zn = altitude normalisée selon la couche en phase mixte (seuil: g>0,82; 1=sommet, 0=base)
Partition liquide/glace
Phase mixte
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Propriétés des cristaux et des gouttes
Phase mixte
Phase mixte
Cristaux
de glace
σ N IWC Deff
σ N LWC Deff
Gouttes
d’eau
surfondues
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Propriétés des cristaux et des gouttes
Nice IWC
Nliq LWC
Profils similaires à ceux de ISDAC (Alaska) (Jackson et al., JGR, 2012)
Concentrations différentes des cristaux?
Gouttes
d’eau
surfondues
Cristaux
de glace
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Particules givrées dans la partie supérieure du nuage (présence de la phase liquide):
Processus de givrage
Formes des cristaux de glace
T (°C)
Nice(#/L)
formes Etoiles et formes pristine dans la partie
inférieure du nuage, jusqu’au sol Dépôt de vapeur, effet Bergeron?
Présence de particules irrégulières dans tout le nuage:
Aggrégation « humide »
Rôle de la dynamique?
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PROPRIETES OPTIQUESInteraction nuage-rayonnement: influence de la forme des cristaux
Fonction de phase moyenne pour chaque niveau dans le nuage Mise en évidence des phases liquide, mixte et glace
+
+ +
+ +
+
+
+
PHASE LIQUIDE
PHASE GLACE
PHASE MIXTE
+
Sommet du nuage (liquide)
Base du nuageet précipitation (glace)
Couche mixtedu nuage
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PARAMETRISATIONSo IWC=AσB
Extinction coefficient (m-1) Extinction coefficient (m-1)
TWC (g.m-3)IWC (g.m-3)
o TWC=AσB
En fonction de la température?
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o Relations Masse-Diamètre (phase glace) pour chaque niveau dans le nuage: M=ADB
PARAMETRISATIONS
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• Fraction liquide, paramètre d’asymétrie et température…
Domaine d’application
-22 °C < T < -8 °C
0.75 < g < 0.85
PARAMETRISATIONS
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AU-DESSUS DU NUAGE
SOUS LENUAGE
RAYON EFFECTIF DES GOUTTES
CONCENTRATIONEN GOUTTES
Jackson et al., JGR, 2012: (ISDAC, Alaska)
Corrélation entre la phase liquide (concentration et taille des gouttes) et les aérosols SOUS le nuage Nucléation des gouttes
INTERACTIONS AEROSOLS-NUAGESJackson et al., JGR (2012):Etude des interaction nuages-aérosols dans les nuages arctiques en phase mixte avec une seule couche liquide (campagne ISDAC, Alaska)
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AU-DESSUS DU NUAGE
SOUS LENUAGE
INTERACTIONS AEROSOLS-NUAGES
RAYON EFFECTIF DES GOUTTES
CONCENTRATIONEN GOUTTES
POLARCAT-Printemps 2008: (Kiruna)
Corrélation entre la phase liquide (concentration et taille des gouttes) et les aérosols SOUS le nuage Nucléation des gouttes
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SUITE…
• Modélisation: o utiliser les formes de cristaux observéeso déterminer des profils verticaux de rapport lidaro variabilité de la phase mixte: simulations transfert radiatif (cf. présentation F. SZCZAP, T5)
• Tester les paramétrisations/Application aux algorithmes d’inversion de RALI
• Analyser les nuages mixtes multicouches
• Valider la télédétection spatiale (produits nuages)
• Lois masse-diamètre: application de la méthode d’E. Fontaine (T1.1 Tropics) aux données arctiques utiliser les données RALI (POLARCAT)
• Besoins pour la modélisation et les méthodes d’inversion?