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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

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


Simulations les sur grand domaine de l initiation de la convection pendant amma

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)


Simulations les sur grand domaine de l initiation de la convection pendant amma

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)


Simulations les sur grand domaine de l initiation de la convection pendant amma

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


Simulations les sur grand domaine de l initiation de la convection pendant amma

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


Simulations les sur grand domaine de l initiation de la convection pendant amma

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


Simulations les sur grand domaine de l initiation de la convection pendant amma

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


Simulations les sur grand domaine de l initiation de la convection pendant amma

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


Simulations les sur grand domaine de l initiation de la convection pendant amma

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


Simulations les sur grand domaine de l initiation de la convection pendant amma

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


Simulations les sur grand domaine de l initiation de la convection pendant amma

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)


Simulations les sur grand domaine de l initiation de la convection pendant amma

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


Simulations les sur grand domaine de l initiation de la convection pendant amma

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


Simulations les sur grand domaine de l initiation de la convection pendant amma

Evaluation de la surface:

Journées Méso-NH – 13 octobre 2011

- albedo un peu sous-estimé

- bonne partition du rayonnement net


Simulations les sur grand domaine de l initiation de la convection pendant amma

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


Simulations les sur grand domaine de l initiation de la convection pendant amma

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)


Simulations les sur grand domaine de l initiation de la convection pendant amma

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


Simulations les sur grand domaine de l initiation de la convection pendant amma

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


Simulations les sur grand domaine de l initiation de la convection pendant amma

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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