simulations les sur grand domaine de l'initiation de la convection pendant amma
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Journées Méso-NH – 13 octobre 2011
Simulations LES sur grand domaine de l'initiation de la convection pendant AMMA
F. Couvreux, C. Rio, F. Guichard, M. Lothon, A. Gounou, D. Bouniol and G. Canut
system
Meteosat IR-10.8 image at 1800 UTC
Plan:I/ simulation LES de référence: évaluation à partir des observations
II/ Sensibilité à la surface et aux conditions environnementales
III/ Couplage avec la surface
Journées Méso-NH – 13 octobre 2011
Convection locale diurne au-dessus de Niamey:
ARM Mobile Facility Radar MIT 4 Sondages à Niamey vol de couche limite mesures de flux AMMA CATCH Données satellite
lifting condensation level LCL
(2m met station data) 4 km
cloud base height
2 km
Transition de convection peu profonde à profonde
Couche limite sèche à nuageuse
Image MSG
Un cas bien documenté d’initiation de la convection
~ 300km
1st convective cell in Niamey (MIT)
Niamey
(courtesy D. Bouniol)
(Lothon et al., 2011)
Journées Méso-NH – 13 octobre 2011
rv q Profils initiaux(sondages
à 0600)
rv
Advections grande échelle
20 km
Flux de surface prescrits
Configuration de la LES
Surf
ace
flux
(W
m-2)
ECMWFSondages
APRES MIDI:Advection verticale w=1.5cm/s
MATIN:Advection horizontale froide et humide du flux de mousson
6h9h12h15h18h
100 km
H>>LEConditions semi-arides
Pas de schéma radiatif mais prescription d’un terme de tendance
x=500m
Journées Méso-NH – 13 octobre 2011
Evaluation de la simulation: profils verticaux/ 2m Comparaison aux radiosondages et au sondage avion de l’ATR
Température potentielle Rapport de mélange
Comparaison aux variables de la station météorologique
Représentation des caractéristiques moyennes même si biais humide
- simulation- observations
Journées Méso-NH – 13 octobre 2011
Cvpp à partir d’images visibles (100x100 km²)Sommet nuageux à partir d’IR MSG
*
*
Evaluation de la simulation:couverture nuageuse
Bonne représentation de la croissance de couche limite et du développement convectif
/ base/sommet nuages (AMF lidar/radar)
- - - - hauteur de couche limite (UHF)
-.-.-. hauteur de couche limite simulée
extension verticale des nuages
Journées Méso-NH – 13 octobre 2011MIT Radar
Reference simulationDx=500m
High-resolution simulationDx=200m
10h
18h
Evaluation de la simulation: structures horizontales
Journées Méso-NH – 13 octobre 2011
Etude des transitions: -> convection peu profonde/ profonde
h_nuage>150m
Eau nuageuse de 14h à 18hVitesse verticale (m/s) de 14h à 18h
Journées Méso-NH – 13 octobre 2011
Tests de sensibilité:
1. résolution et taille du domaine :Domaine: 20x20 km² -> 200x200 km²Résolution de 200m -> 500m
1. résolution et taille du domaine :Domaine: 20x20 km² -> 200x200 km²Résolution de 200m -> 500m
2. Conditions initiales :- + / - humide à différents niveaux- + / - stable- sans Jet d’Est Africain
1. résolution et taille du domaine :Domaine: 20x20 km² -> 200x200 km²Résolution de 200m -> 500m
2. Conditions initiales :- + / - humide à différents niveaux- + / - stable- sans Jet d’Est Africain
-3. forçages:- flux de surface (H - ; Bo=1)- vitesse verticale de grande échelle ( 0 -> 3 cm/s)- advection horizontale
1. résolution et taille du domaine :Domaine: 20x20 km² -> 200x200 km²Résolution de 200m -> 500m
2. Conditions initiales :- + / - humide à différents niveaux- + / - stable- sans Jet d’Est Africain
-3. forçages:- flux de surface (H - ; Bo=1)- vitesse verticale de grande échelle ( 0 -> 3 cm/s)- advection horizontale
4. microphysique:- précipitation impossible
Journées Méso-NH – 13 octobre 2011
Sensibilité au domaine et à la résolution :
Besoin d’un domaine suffisamment grand (>= 100x100km²) -> initiation de convectionHaute résolution -> meilleure description des structures de couche limite (attendu) mais évolution similaire
Journées Méso-NH – 13 octobre 2011
Sensibilité aux conditions initiales:
+ humide -> initiation + tôt quelque soit le niveau- Stable -> initiation + tôt peu-profonde et profonde, + précipitations et + fraction nuageuse, transition plus courte- Cisaillement -> cumulus + actif mais convection profonde - active
Journées Méso-NH – 13 octobre 2011
Sensibilité aux forçages :
+ Vitesse verticale grande échelle -> initiation + tôt et + précipitation advection horizontale -> peu sensible- Flux sensible -> pas d’initiation même si Bo - (i.e. + flux latent)
Journées Méso-NH – 13 octobre 2011
Sensibilité à la microphysique
Processus précipitants -> impact sur la couche limite mais pas nécessaire au déclenchement
Rain No RainVertical velocity at 600m
Journées Méso-NH – 13 octobre 2011
Role de la surface:
rv q
Prescribed surface fluxes
Initial profiles
Large-scale advections Reference
rv q
Surface scheme
Initial profiles
Large-scale advections Avec schéma de surface
Homogeneous surface characteristics over the domain (soil moisture,
temperature at 06Z from ALMIP)
Nlle Reference
Pour analyser le rôle de la surface :1- rôle du couplage => schéma de surface /flux prescrits2- rôle des hétérogénéités => conditions de surface homogène/hétérogène
Journées Méso-NH – 13 octobre 2011
Evaluation de la surface:
- albedo un peu sous-estimé- bonne partition du rayonnement net
Journées Méso-NH – 13 octobre 2011
Conclusions:
- Besoin d’un domaine suffisemment grand - Dans zone semi-airde besoin d’un flux sensible suffisemment fort- Confirmation des résultats de la litterature (rôle de l’humidité et de la stabilité) + rôle + complexe du vent -Pôches froides pas nécessaires pour l’initiation
Test de sensibilité
- Flux radiatifs et turbulents réalistes
-Perspectives: - rôle des hétérogénéités de surface- comportement des paramétrisations dans cet environnement
-References: - Lothon, M., B. Campistron, M. Chong, F. Couvreux, F. Guichard and C. Rio : 2011: Life Cycle of a Mesoscale Circular Gust Front Observed by a C-Band Doppler Radar in West Africa, Mon. Wea. Rev., 139, 1370-1388- Couvreux F, Rio C, Guichard F, Lothon M, Canut G, Bouniol D, Gounou A: 2011. Initiation of daytime local convection in a semi-arid region analysed with high-resolution simulations and AMMA observations. Q. J. R. Meteorol. Soc. DOI:10.1002/qj.903
Couplages Surface –atmosphere :
LES sur un grand domaine: - validé par rapport à l’ensemble unique de données : séquence diurne, l’initiation de la convection, l’outflow convectif- Environnement semi-aride très peu étudié
Journées Méso-NH – 13 octobre 2011
température de surface 12h (MSG SEVIRI)
WankamaBanizoumbouNiamey
hétérogénéités de surface à mésoéchelle générées par les pluies des jours précédentsconvection initiée sur la surface la plus chaudecohérence Taylor et al. (2010), Gounou et al. (2010)
Variabilité à méso-échelle:
Journées Méso-NH – 13 octobre 2011
Comportement des modèles de prévision sur ce cas ARPTROPa=12h-0h
cumul pluie [12h-24h]
ARPTROPb=36h-24h
ECMWF
ERA-AMMA
AROME
obs pluie [6h-30h]
Différences importantes entre les modèles en timing, intensité, localisation
Journées Méso-NH – 13 octobre 2011
100 km
Simulations explicites
Observations
7 K
wake observed by RS
cooler/ moister
at 1740
Etude des processus: courant de densité
simulation LES
Sans précipitation
Référence
à 600m à 18h
100 km
v’rt’
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