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Analyse statistique des nuages arctiques en phase mixte - Résultats préliminaires -

Analyse statistique des nuages arctiques en phase mixte - Résultats préliminaires - EECLAT Workshop 21-23 Janvier 2013 Guillaume MIOCHE Olivier JOURDAN Frédéric SZCZAP Gwennolé GUYOT Christophe GOURBEYRE Régis DUPUY Alfons SCHWARZENBOECK Julien DELANOE

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Analyse statistique des nuages arctiques en phase mixte - Résultats préliminaires -

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Presentation Transcript

  1. Analyse statistiquedes nuages arctiques en phase mixte - Résultats préliminaires - EECLAT Workshop 21-23 Janvier 2013 Guillaume MIOCHE Olivier JOURDAN Frédéric SZCZAP Gwennolé GUYOT Christophe GOURBEYRE Régis DUPUY Alfons SCHWARZENBOECK Julien DELANOE Laboratoire de Météorologie Physique Clermont-Ferrand

  2. Objectifs T1.7 – Nuages arctiques en phase mixte • Analyse statistique des données in situ pour: • 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… • évaluer les algorithmesd’inversion de la télédétection aéroportée et spatiale (RALI/CALIPSO-CloudSat) • établir des paramétrisations pour la télédétection aéroportée • améliorer la représentation des nuages mixtes dans les modèles (méso-échelle, GCM)

  3. Base de données ASTAR 2004 / Spitzberg-NO ASTAR 2007 / Spitzberg-NO SORPIC 2010 / Spitzberg-NO POLARCAT-Printemps 2008 / Kiruna-SW

  4. Instrumentation PMA du LAMP • Cloud Particle Imager: PSD, N, extinction, IWC, forme des cristaux • gamme: 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, LWC • gamme: 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 Télédétection • RALI / A-Train: Rétrodiffusion, réflectivité radar, structure verticale

  5. Résultats préliminaires ASTAR 2007: 6 nuages en phase mixte (StCu couche limite): une seule couche liquide au sommet + glace précipitante • Discrimination des phases liquide et glace du nuage • Profils verticaux moyens des propriétés des gouttes et cristaux et classification en formes • Propriétés optiques • Paramétrisations: IWC=f(Extinction), lois masse-diamètre Rétrodiffusion CALIOP Réflectivité CloudSat

  6. Partition liquide/glace Zn = altitude normalisée selon la couche en phase mixte (seuil: g>0,82; 1=sommet, 0=base) Phase mixte

  7. Propriétés des cristaux et des gouttes IWC Deff N σ Cristaux de glace Phase mixte LWC Deff N σ Gouttes d’eau surfondues Phase mixte

  8. Propriétés des cristaux et des gouttes IWC Nice Cristaux de glace • Profils similaires à ceux de ISDAC (Alaska) (Jackson et al., JGR, 2012) • Concentrations différentes des cristaux? LWC Nliq Gouttes d’eau surfondues

  9. Formes des cristaux de glace Nice(#/L) • Etoiles et formes pristine dans la partie inférieure du nuage, jusqu’au sol •  Dépôt de vapeur, effet Bergeron? formes • Particules givrées dans la partie supérieure du nuage (présence de la phase liquide): •  Processus de givrage T (°C) • Présence de particules irrégulières dans tout le nuage: •  Aggrégation « humide »  Rôle de la dynamique?

  10. PROPRIETES OPTIQUES Interaction 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 + Base du nuage et précipitation (glace) PHASE GLACE + + PHASE MIXTE Couche mixte du nuage + + + + + + Sommet du nuage (liquide)

  11. PARAMETRISATIONS • IWC=AσB • TWC=AσB IWC (g.m-3) TWC (g.m-3) Extinction coefficient (m-1) Extinction coefficient (m-1) En fonction de la température?

  12. PARAMETRISATIONS • RelationsMasse-Diamètre (phase glace) pour chaque niveau dans le nuage: M=ADB

  13. PARAMETRISATIONS • Fraction liquide, paramètre d’asymétrie et température… Domaine d’application -22 °C < T < -8 °C 0.75 < g < 0.85

  14. INTERACTIONS AEROSOLS-NUAGES Jackson et al., JGR (2012): Etude des interaction nuages-aérosols dans les nuages arctiques en phase mixte avec une seule couche liquide (campagne ISDAC, Alaska) CONCENTRATION EN GOUTTES RAYON EFFECTIF DES GOUTTES AU-DESSUS DU NUAGE 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 SOUS LE NUAGE

  15. INTERACTIONS AEROSOLS-NUAGES CONCENTRATION EN GOUTTES RAYON EFFECTIF DES GOUTTES Corrélation entre la phase liquide (concentration et taille des gouttes) et les aérosols SOUS le nuage  Nucléation des gouttes AU-DESSUS DU NUAGE POLARCAT-Printemps 2008: (Kiruna) SOUS LE NUAGE

  16. SUITE… • Modélisation: • utiliser les formes de cristaux observées • déterminer des profils verticaux de rapport lidar • 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?

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