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