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Simulations LES sur grand domaine de l'initiation de la convection pendant AMMA. system. F. Couvreux, C. Rio , F. Guichard, M. Lothon, A. Gounou, D. Bouniol and G. Canut. Plan: I/ simulation LES de référence: évaluation à partir des observations

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Simulations LES sur grand domaine de l'initiation de la convection pendant AMMA

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Presentation Transcript


Simulations LES sur grand domaine de

l'initiation de la convection pendant AMMA

Journées Méso-NH – 13 octobre 2011

system

F. Couvreux, C. Rio, F. Guichard, M. Lothon, A. Gounou, D. Bouniol and G. Canut

  • 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

Meteosat IR-10.8 image at 1800 UTC


Journées Méso-NH – 13 octobre 2011

Un cas bien documenté d’initiation de la convection

lifting condensation

level LCL

(2m met station data)

4 km

2 km

(Lothon et al., 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

Niamey

Transition de convection peu profonde à profonde

~ 300km

Image MSG

cloud

base

height

Couche limite sèche à nuageuse

(courtesy D. Bouniol)

1st convective cell in Niamey (MIT)


Journées Méso-NH – 13 octobre 2011

Configuration de la LES

ECMWF

Sondages

Advections grande échelle

Pas de schéma radiatif mais

prescription d’un terme de tendance

6h

9h

12h

15h

18h

100 km

rv

q

Profils initiaux

(sondages

à 0600)

rv

20 km

MATIN:

Advection horizontale froide et humide du flux de mousson

Dx=500m

Flux de surface

prescrits

APRES MIDI:

Advection verticale w=1.5cm/s

H>>LE

Conditions semi-arides

Surface flux (W m-2)


Evaluation de la simulation: profils verticaux/ 2m

Journées Méso-NH – 13 octobre 2011

Comparaison aux radiosondages et au sondage avion de l’ATR

Rapport de mélange

Température potentielle

Comparaison aux variables de la station météorologique

- simulation

- observations

Représentation des caractéristiques moyennes même si biais humide


Journées Méso-NH – 13 octobre 2011

Evaluation de la simulation:couverture nuageuse

/ base/sommet nuages (AMF lidar/radar)

- - - - hauteur de couche limite (UHF)

-.-.-. hauteur de couche limite simulée

extension verticale des nuages

Cvpp à partir d’images visibles (100x100 km²)

*

*

Sommet nuageux à partir d’IR MSG

Bonne représentation de la croissance de couche limite

et du développement convectif


Evaluation de la simulation: structures horizontales

Journées Méso-NH – 13 octobre 2011

10h

18h

Reference simulation

Dx=500m

High-resolution simulation

Dx=200m

MIT Radar


Journées Méso-NH – 13 octobre 2011

Etude des transitions: -> convection peu profonde/ profonde

Vitesse verticale (m/s) de 14h à 18h

Eau nuageuse de 14h à 18h

h_nuage>150m


Journées Méso-NH – 13 octobre 2011

Tests de sensibilité:

1.résolution et taille du domaine :

Domaine: 20x20 km² -> 200x200 km²

Résolution de 200m -> 500m

  • 1.résolution et taille du domaine :

  • Domaine: 20x20 km² -> 200x200 km²

  • Résolution 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 km²

  • Résolution 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 km²

  • Résolution 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 convection

Haute 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

Rain

No Rain

Vertical velocity at 600m

Processus précipitants -> impact sur la couche limite mais pas nécessaire au déclenchement


Journées Méso-NH – 13 octobre 2011

Avec schéma de surface

Nlle Reference

Large-scale advections

rv

q

Initial profiles

Homogeneous surface characteristics over the domain (soil moisture, temperature at 06Z from ALMIP)

Surface scheme

Role de la surface:

Reference

Large-scale advections

rv

q

Initial profiles

Prescribed surface

fluxes

Pour analyser le rôle de la surface :

1- rôle du couplage => schéma de surface /flux prescrits

2- rôle des hétérogénéités => conditions de surface homogène/hétérogène


Evaluation de la surface:

Journées Méso-NH – 13 octobre 2011

- albedo un peu sous-estimé

- bonne partition du rayonnement net


Journées Méso-NH – 13 octobre 2011

Conclusions:

  • 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

Test de sensibilité

  • 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

Couplages Surface –atmosphere :

  • 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


Journées Méso-NH – 13 octobre 2011

Variabilité à méso-échelle:

température de surface 12h (MSG SEVIRI)‏

Wankama

Banizoumbou

Niamey

hétérogénéités de surface à mésoéchelle

générées par les pluies des jours précédents

convection initiée sur la surface la plus chaude

cohérence Taylor et al. (2010), Gounou et al. (2010)


Journées Méso-NH – 13 octobre 2011

Comportement des modèles de prévision sur ce cas

obs pluie [6h-30h]

cumul pluie [12h-24h]

ARPTROPa=12h-0h

ARPTROPb=36h-24h

AROME

ECMWF

ERA-AMMA

Différences importantes entre les modèles en timing, intensité, localisation


Journées Méso-NH – 13 octobre 2011

Etude des processus: courant de densité

100 km

q à 600m à 18h

Observations

Sans précipitation

at 1740

wake observed by RS

cooler/ moister

qv’

rt’

7 K

Simulations explicites

simulation LES

100 km

Référence


Journées Méso-NH – 13 octobre 2011

Evolution des indices convectifs :

Conditions semi-arides :

BLh haut, lfc haut augmentant après 09Z

Baisse de CAPE après 10Z : non favorable

soundings

Reproduction des principales évolutions de ces indices par la LES


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