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3ème Réunion des Utilisateurs de Méso-NH Discussion Scientifique

3ème Réunion des Utilisateurs de Méso-NH Discussion Scientifique. Christine Lac et J-Philippe Lafore. 7-8 mars 2004 Centre International de Conférences – Météo-France - TOULOUSE. Discussion scientifique / PLAN. A. PHYSIQUE 1. Microphysique 2. Turbulence 3. CL Océanique 4. Surface

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  1. 3ème Réunion des Utilisateurs de Méso-NHDiscussion Scientifique Christine Lac et J-Philippe Lafore 7-8 mars 2004 Centre International de Conférences – Météo-France - TOULOUSE

  2. Discussion scientifique / PLAN A. PHYSIQUE 1. Microphysique 2. Turbulence 3. CL Océanique 4. Surface 5. Hydrologie 6. Activité électrique 7. Convection profonde 8. Convection peu profonde 9. Chimie – Aérosols 10. Rayonnement B. NUMERIQUE 1. Spawning 2. Filtrage/Bogussing des Cyclones 3. Semi-Lagrangien 4. Coordonnée verticale SLEVE 5. Diffusion horizontale C. ASSIMILATION – AROME 1. Approche Modèle  Satellite 2. Assimilation hybride ALADIN-3DVar / MésoNH 3. Lidar – Radar - GPS D. EQUATIONS 1. Chauffage dissipatif 2. Hypothèse de la « pellicule mince » 3. Sédimentation des précipitations

  3. A.1 Microphysique • Etat actuel3 schémas • Kessler (chaud) • C2R2 (chaud, 2 moments + activation des CCN) • ICE3 (phase mixte, 5 classes, 1 moment) • Evolution(depuis 2 ans) • schémas à 2 moments gamme d’études plus large (aérosols…) • Faiblesses identifiées • Cirrus:cycle de vie, excès dans Troccinox… • Stratocumulus (thèses I. Sandu, O. Geoffroy) – Enjeu =contrôle cycle diurne • Brouillard:sédimentation… • Interaction  / rayonnement + propriétés optiques • Evolutions envisagées(2 ans) • ICE4: 1 moment, + grêle (thèse F. Lascaux) • C3R5: 2 moments pour la phase mixte • Schéma de Cirrus: 2 classes de glace primaire (V. Giraud) • à compléter, intégrer et valider • Schéma de Khairoudinov-Kogan: 2 moments, chaude, pour les Sc : extension aux Cu? • Brouillard: introduction sédimentation (T. Bergot) • Réglages des schémas grâce à l’approche modèles  satellites • Axes de recherche à encourager • Schémas plus simples (Lopez)  assimilation, PN, lessivage et aérosols… Qui ? • Brouillard (T. Bergot) • Prise en compte de la nébulosité fractionnaire pour la  (LA)

  4. A.2 Turbulence • Etat actuelSchéma 1D et 3D de Cuxart, Bougeault et Redelsperger (2000). Fonctionnement 1D (intérêt pour PN), 3D et LES (spécificités de Méso-NH). • Evolution(depuis 2 ans) • CLS : Longueur de Redelsperger, Mahé et Carlotti (2001) • Turbulence de la glace (cirrus) • Augmentation de la longueur de mélange dans les Cb (M.Tomasini) • Faiblesses identifiées • CL convective sèche (S.Tomas): Pas de contre-gradient, longueur de mélange trop faible • CL stable (J.Cuxart): Mélange trop faible en vent faible (brouillard) et aux inversions. • CL neutre (P.Drobinski, V.Masson): BL89 infinie • Cumulus : Turbulence insuffisante – Interface nuage/environnement mal prise en compte. Donc surestimation des w. • Evolutions envisagées(1-2 ans) • BL89 modifiée par Sanchez et Cuxart (2004). Tests sur Cu. • CL Convective : Introduction d’un contre-gradient par un fit des moments d’ordre 3 (S.Thomas) • Axes de recherche à encourager(2-3 ans) • Paramétrisation des moments d’ordre 3 à partir du flux de masse : lien avec CVPP (V.Masson) • Nouvelle longueur de mélange (changements de phase + entraînement) (V.Masson) • Brouillard (T.Bergot) • Cas stables et neutres.

  5. A.3 C.L. Océanique • Problèmatique • Mise en évidence de l’importance de la SST (convection dans le SE, mousson africaine, cyclones) • Intérêt des océanographes (MEMO) • Evolutions envisagées(2 ans) • Etudes d’impact de la SST sur la convection en France (SE) et tropicale (thèse de C. Lebeaupin, MICADO et MEMO) • Introduction de nouvelles paramétrisations bulk des flux turbulents (issues des campagnes à la mer) à travers surface externalisée • Axes de recherche à encourager • Couplage avec un modèle OD et 1D de CLO à travers la surface externalisée (MEMO) • à régler: introduction de la bathymétrie et initialisation des champs océaniques à partir des analyses Mercator • Couplage avec l’état de la mer : Intérêt pour les cyclones.

  6. A.4 Surface • Evolution(depuis 2 ans) • Surface externalisée incluant TEB, ISBA, OCEAN et ECOCLIMAP (d’ici 2006 dans tous les modèles de MF + mode off-line) • Flux de CO2 (Isba-A-gs) • Faiblesses identifiées - documentation insuffisante - certaines options (diffusion dans le sol, CO2) peu testées en 3D - Température des lacs (modèle de lac?). - initialisation des variables dans schémas neige et sol multi-couches • Evolutions envisagées(2 ans) • Peu d’évolution sur la physique de la surface • Introduction d’un module d’arrachement de poussières à la surface, à partir d’ORILAM, et rétroaction avec le rayonnement (P.Tulet). Prolongement possible pour les sels marins (intérêt possible pour les cyclones, avec génération d’embruns) • Efforts importants de documentation et de formation • Axes de recherche à encourager • Etudes des échanges de CO2 ( CARBOEUROP, GEOLAND) • Etude de CL urbaine sur CAPITOUL (V.Masson) • Modélisation physico-chimique des feux.

  7. A.5 Hydrologie • Etat actuel • Pas de composante hydrologique • Evolution(depuis 2 ans) • Développement d’un couplage Méso-NH /ISABA/TOPMODEL • Priorité PATOM et PNTH • Collab. LTHE et CNRM (K. Chancibault) • Evaluation pour les crues rapides sur l’OHM Cévennes-Vivarais (mi-2005) • Evolutions envisagées(2 ans) • Intégration dans Méso-NH • Axes de recherche à encourager • Evaluation hydrologique des précipitations de Méso-NH • Etude du couplage Atm./Hydro. (OHM CV, AMMA…) • Utilisation d’un autre coupleur? Coumehy (LTHE) ou Oasis (CERFACS)

  8. A.6 Activité électrique • Evolution(depuis 2 ans) Développement en interne d’un modèle quasi-complet pour l’électrisation et la production de NOx (C.Barthe): • Explicite: une variable pronostique charge pour chaque espèce mf (ICE3). Chargements non inductifs (choc glace-glace) et inductif (choc eau-eau polarisé). Transferts de charge. Calcul du chemin des éclairs  production de NOx. • Implicite: Paramétrisation de la fréquence des éclairs dans KFB, et production de NOx. Testé dans TROCCINOX2. • Evolutions envisagées(2 ans) • Implicite à intégrer dans Masdev4_7 • Axes de recherche à encourager • Développements de diagnostics • Introduire les ions • Tests sur cas réels • Corrélation avec la grêle : tests avec ICE4.

  9. A.7 Convection Profonde • Etat actuel • Schéma KFB • Evolution(depuis 2 ans) • Meilleure conservation de masse pour les scalaires passifs (masdev4_6) • Détraînement entre la base du nuage et la surface (masdev4_6) • Faiblesses identifiéesMêmes défauts que les autres • Pas d’évolutionperte d’expertise sur KFB • Evolutions envisagées(2 ans) • Importance de maintenir KFB • Nombreux développements dans KFB pour la chimie (transport, éclairs, lessivage), l’électricité • Axes de recherche à encourager • Introduction d’autres schémas (pas d’urgence), en plus de KFB • En fonction des efforts et progrès effectués dans le domaine des paramétrisations (Physique commune LMDz/ARPEGE-Climat, ARPEGE) • schéma de Tietke (CEPMMT): code de transport des traceurs + adjoint • futur schéma d’ALARO : schéma de Bougeault-Piriou • Schéma d’Emanuel…

  10. A.8 Convection Peu Profonde • Etat actuel • Schéma KFB • Evolution(depuis 2 ans) • Améliorations sur la condition de déclenchement et réglages (masdev4_5/6) • Faiblesses identifiées • Interactions CVPP/Turbulence: insuffisantes • Conservation (équations sous forme advective, et non flux) • Manque l’évaporation des précipitations sous le nuage • Faible efficacité ( solveur implicite) • Evolutions envisagées(2 ans) • Améliorer les interactions CVPP/Turbulence (propo. de J.Stein et J.Hidalgo) • Introduction du schéma de Soares (Diffusion turbulente + en flux de masse) • Axes de recherche à encourager • Lien étroit avec la turbulence • Un seul schéma pour CVP et CVPP!

  11. A.9 Chimie - Aérosols • Evolution(depuis 2 ans) • Externalisation de la surface (dépôt, émission) • Changement de processeur chimique (facilite changements de schéma réactionnel) • Faiblesses identifiées • Pas une faiblesse mais un handicap : LE COÛT • Manquent les émissions biogéniques à échelle globale (ECOCLIMAP), un cadastre d’émission global fine échelle. • Evolutions envisagées(2 ans) • Lessivage par les précipitations liquides et solides explicites (existe mais lourd avec ICE3). Bénéficierait d’un schéma mf plus simple (Lopez). • Version simplifiée de ORILAM en standard (P.Tulet) • Nouveaux schémas chimiques, adaptés aux aérosols en standard (P.Tulet). • Production de NOx par les éclairs (C.Mari, JP Pinty). • Axes de recherche à encourager • Lessivage des aérosols. • Chimie en phase aqueuse. • Poursuite du développement de ORILAM et ORISAM

  12. A.10 Rayonnement • Etat actuelDepuis 2002, schéma du CEPMMT (F.Solmon) : - LW: Morcrette-Fouquart ou RRTM - SW direct: Prise en compte des aérosols (climatologique ou surface) - SW diffus • Evolution(depuis 2 ans) • Amélioration du SW direct et diffus • Nouvelles paramétrisations des propriétés optiques des nuages. Option interactive avec C2R2 • Correction de bug sur l’orographie sous-maille • Faiblesses identifiées • SW diffus : surestimation de l’absorption SW par nuages (SSA pour des gouttelettes contenant du carbone-suie : I.Sandu) • Evolutions envisagées(2 ans) • Amélioration du SW diffus : SSA fonction des aérosols (comme en direct) (I.Sandu) • Couplage du code de poussières avec le schéma de rayonnement (P.Tulet, Alf) • Axes de recherche à encourager • Introduction de la phase neige

  13. B.1 Spawning • Etat actuel • Spawning à partir d’un seul modèle (père) • Faiblesses identifiées • Ne permet pas de suivre des phénomènes propagatifs (Cyclones tropicaux, MCSs...) sans perte d’information à haute résolution. • Evolutions envisagées(2 ans) • spawning à partir de 2 modèles: le père (P) + un fils (F1) • Qui? CRC ?

  14. B.2 Filtrage-Bogussing des Cyclones • Evolution(depuis 2 ans) A partir des outils de O.Nuissier pour Bret et cas académiques, introduction en version standard : - Filtrage: on enlève la perturbation du cyclone aux champs coupleurs - Bogus: vortex symétrique ajouté aux champs filtrés • Faiblesses identifiées - Constantes réglées pour Bret :impose une vérification du réalisme des résultats à chaque étape • Evolutions envisagées(2 ans) - Amélioration du réglage par les utilisateurs • Axes de recherche à encourager - Bogus d’humidité, associé à stratégie d’assimilation de données

  15. B.3 Semi-Lagrangien • Faiblesses identifiées • coût numérique de Méso-NH-Chimie : schéma d’advection + grand nombre d’espèces  handicap majeur. Enjeu essentiel : permettre des simulations chimiques avec aérosols on-line • Evolutions envisagées(2 ans) • Développement d’un schéma SL pour les scalaires. • Travaux préliminaires au LA (JP Pinty) • Quelles forces de travail? • Nécessité de bénéficier d’une collaboration et de l’expertise du CNRM/GMAP

  16. B.4 Coordonnée SLEVE • Faiblesses identifiées • Coordonnée Gal-Chen: pbs sur relief (Schär et al. 2002, Klemp et al 2003) • Solution de Schär et al.  SLEVE • Pas trop de pb pour MésoNH • Evolution(depuis 2 ans) • Introduction et test sur MAP de la coord. SLEVE (Zängl) • Evolutions envisagées(2 ans) • Intégration dans Méso-NH (dont DIAPROG) • Evaluation de l’impact (notamment dans la haute troposphère)

  17. B.5 Diffusion horizontale • Faiblesses identifiées • Diffusion horizontale sur les niveaux du modèle  erreurs significatives en zone montagneuse • Modifications de Zängl (2004) dans MM5 • Evolution(depuis 2 ans) • Introduction des modif. dans Méso-NH (Zängl ) • Tests positifs sur MAP • Evolutions envisagées(2 ans) • Poursuite des tests d’évaluation (N.Asencio, P.Drobinski …) • Introduction dans le masdev4_7

  18. C.1 Modèle  Satellite • Etat actuel Code de transfert radiatif de Morcrette : uniquement Météosat 1ère génération (IR et WV) • Evolution(depuis 2 ans) En interne (JP Chaboureau), interface avec RTTOV version 7 (test TROCCINOX) • Evolutions envisagées(2 ans) • Intégrer RTTOV version 8(diffusion de Mie pour les hydrométéores) • Intégrer une version de RTTOV permettant de simuler MSG (AMMA) • Axes de recherche à encourager • Collaboration JPC-C.Prigent pour micro-ondes • Collaboration JPC-P.Dubuisson (Univ.Littoral) pour VIS

  19. C.2 Assimilation hybride Aladin-3DVar/Meso-NH • Etat actuel • Pas d’assimilation dans Méso-NH • 3D-Var ALADIN (MF) • Evolution(depuis 2 ans) • Forte implication du CNRM/GMME pour utiliser le 3D-Var du CNRM/GMAP et l’adapter pour la méso-échelle (Ducrocq, Jaubert, Nuret…) • Outil fonctionnant à MF, en mode analyse et assimilation (scripts Méso-NH (prep-experiment) + interface opérationnelle OLIVE) • Assimilation actuelle uniquement de certains types d'observations atmosphériques (pas de chimie) • Potentiel important, surtout sur des simulations courtes • Evolutions envisagées(2 ans) • Poursuite au GMME en forte interaction avec le projet AROME • Ouverture à la recherche hors MF (via l’interface OLIVE)  MF répondra à la demande et proposera un outil et un soutien adaptés • Axes de recherche à encourager • Développement d’opérateurs d’observation • Implication croissante des laboratoires extérieurs dans l’assimilation à méso-échelle • Outil assez lourd fort investissement des laboratoires intéressés

  20. C.3 Lidar-Radar-GPS • Etat actuel • Version 1 d’un simulateur radar • Evolutions envisagées(2 ans) • RADAR : Simulateur plus complet développé par O.Caumont(géométrie du faisceau, plusieurs modèles de rétrodiffusion, atténuation): Intégration dans un prochain cycle (2005) dans DIAG. • GPS : Développement des observables délais zénithaux par H.Brenot. Intégration dans un prochain cycle (2005). Observables délais obliques et gradients en cours de validation. Intégration fin 2005 dans DIAG. • Axes de recherche à encourager - RADAR : Simulateur vitesses radiales Doppler – Assimilation des réflectivités en cours dans le 3D-Var ALADIN (MICADO-GMAP). - GPS: Assimilation des délais zénithaux totaux dans le 3D-Var ALADIN (MICADO-GMAP). - LIDAR : H.Chepfer a développé un simulateur lidar, pour le SIRTA. Intégrable dans Méso-NH si personne identifiée. Validations possibles sur SIRTA + cas MAP.

  21. D.1 Chauffage dissipatif • ConstatBlister et Emmanuel (1998) ont montré que l’énergie thermodynamique due au chauffage dissipatif souvent négligée dans modèles de méso-échelle  Sous-estimation de l’intensité des cyclones/tempêtes.  taux de dissipation par viscosité dans l’équation de la TKE. • Evolution(depuis 2 ans) Masdev4_6 : Introduction du terme de chauffage dissipatif dans l’équation de q • Evolutions envisagées(2 ans) • Apport de ce terme à quantifier : conseillé sur un exercice académique.

  22. D.2 « Pellicule mince » • ConstatGénéralement, hypothèse HRT: viole le principe de conservation du moment angulaire. • Evolution(depuis 2 ans) Abandon de cette hypothèse dans la Masdev4_5. • Evolutions envisagées(2 ans) • Quantifier cet abandon (TP).

  23. D.3 Sédimentation des précipitations • Etat actuel Constat : Dans un fluide multiphasique, les hydrométéores ont des températures et des vitesses qui différent de celle de l’air sec et de la vapeur d’eau. Dans Méso-NH : On ne tient pas compte du refroidissement créé par les hydrométéores précipitants lors de la sédimentation, ni du flux de quantité de mouvement associé (traînée). • Contexte plus général: AROME • Revisite du système d’équations en présence d’hydrométéores précipitants: • recherche d’une convergence AROME/Méso-NH • Travail de Malardel, Bénard, Stein, Geleyn et al. Sur les équations • Evolutions envisagées(2 ans) • Evaluer les termes manquants (à finaliser): Travail important réalisé par S.Malardel sur les équations, également pour AROME. Collaboration avec JP Pinty pour retrouver les équations de Bannon (2002) • Coder les termes manquants (JP Pinty)

  24. Book1 Documentation Scientifique • Etat actuel P.Mascart et al. • Evolutions envisagées(2 ans) Mise à jour : effort de tous ! Surface externalisée. • Atouts de Méso-NH • Simulations LESpour améliorer les paramétrisations • BILANS (bilans LES, bilans de masse …) • TRACEURS - trajectoires

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