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Simulations LES d’une couche limite convective: variabilité de la vapeur d’eau

Simulations LES d’une couche limite convective: variabilité de la vapeur d’eau. Fleur Couvreux. Françoise Guichard, Jean-Luc Redelsperger, Cyrille Flamant, Jean-Philippe Lafore, Valéry Masson. PLAN Objectifs de l’étude Configuration Validation /observations IHOP

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  1. Simulations LES d’une couche limite convective: variabilité de la vapeur d’eau Fleur Couvreux Françoise Guichard, Jean-Luc Redelsperger, Cyrille Flamant, Jean-Philippe Lafore, Valéry Masson PLAN • Objectifs de l’étude • Configuration • Validation /observations IHOP • Des nouveaux diagnostiques LES

  2. Objectifs de l’étude • Pourquoi s’intéresser à la vapeur d’eau ? Paramètre fondamental pour bcp domaines sciences atmos. (convection, rayonnement, climat..) Hautement variable (spatialement et temporellement, diff. échelles) • Les observations de la campagne IHOP2002: Campagne sur les Grandes Plaines (USA) en 2002 regroupant bcp d’instruments Base de données pour la validation des simulations • La modélisation LES : Un tel modèle à haute résolution est-il capable de reproduire la variabilité de vapeur d’eau observée? Renseigne-t-il sur les mécanismes responsables?

  3. Données utilisées: • Radiosondages (35) • Lidars (DLR-DIAL, LEANDRE et SRL) • Mesures in-situ aéroportées (P-3 et King-Air) • Mesures de flux de surface (ISSF) Cas d’étude : le 14 Juin 2002 • Caractéristiques : • Cas relativement simple (peu de cisaillement) de développement de la couche limite: couche • limite bien mélangée épaisse de 1.5 km • Cas continental, bien documenté • Haute Pression , champ de température homogène • Vent faible (< 5m/s) de N à NE • Présence de thermiques (cf Cloud radar) • Gradient NE/SW en humidité

  4. Configuration de la simulation LES • Configuration : • x=y=100m, z streché (< 50m dans CL) • domaine 10kmx10km • flux de surface homogènes = dérivés d’obs. • profil initial = composite de sondages à 6h30 local • prescription d’advections de grande échelle estimées à partir des simulations MM5 • simulation de 7h : tôt matin- début après-midi • Cas idéalisé mais réaliste Profils initiaux & sondages  rv

  5. Comparaison obs/modèle à 13h local  rv Validation des profils moyens (1) Évolution temporelle des valeurs moyennes  rv

  6. À 12h local 50 40 30 20 LES Coupes LIDAR 10 0 -600 -400 -200 0 200 400 600 Distribution relative de hauteur de couche limite Hauteur de couche limite dérivée des profils d’aérosols obtenus par DIAL (Davis et al. 2000) Evaluation des distributions Z=0.4zi Vols avions P3 Vols avions KA w . .. .max __min  rv

  7. Validation des coupes verticales Le modèle 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10. à 12h local Observation LIDAR 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10. Existence de descentes d’air sec Plusieurs thermiques dans une zone humide

  8. Variances r²v à 12h local r²v Coupes DIAL Méso-NH (>200m) Méso-NH (200m) Méso-NH * Wyngaard rv * Sorbjan Contribution non négligeable des échelles inférieures à 200m pour la variance

  9. Comparaisons LES et Mesures Lidars LEANDRE2 rv par LEANDRE rv par LES données C. Flamant Données uniques, car première fois qu’une DIAL tire horizontalement Résolution dégradée de la simulation,cohérence avec les données Qualitativement bonnes structures et valeurs

  10. Cycle de vie des descentes d’air sec 2 km 10 km 10 km Contour de rv (iso-contour de 7.7 g/kg)

  11. Les descentes d’air sec Les thermiques qui montent Les updrafts qui percent Nouveau diagnostique LES: distributions simples à 13h local w rv Gaussienne équivalente Les thermiques qui montent zi

  12. Nouveau diagnostique LES: Probabilité de distribution jointe rv w rv w à z/zi=0.3 à 13h local Contribution au flux de w’r’v à z/zi=0.75

  13. Conclusions : • Évaluation de la simulation L.E.S. avec un tel modèle (haute résolution) on est capable de représenter la variabilité de vapeur d’eau observée à des échelles de l’ordre de 10 km (cf comparaison aux radiosondages, lidars (DIAL et SRL), mesures de surface, vols avions) • Outil de développement de paramétrisation car simulation LES et bien validée • Détermination des mécanismes : au premier ordre, la dynamique de la couche limite explique la variabilité observée à l’échelle de 10 km les descentes d’air sec sont omniprésentes dans la couche limite et impactent sur les échelles caractéristiques • Développement de nouveaux diagnostiques LES : - moments d’ordre 3 - distributions simples de , v, rv et w - distributions jointes de w, wv, wrv,…

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