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

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Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Simulations LES sur grand domaine de l'initiation de la convection pendant AMMA F. Couvreux, C. Rio, F. Guichard, M. Lothon, A. Gounou, D. Bouniol and G. Canut system Meteosat IR-10.8 image at 1800 UTC 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

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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 - PowerPoint PPT Presentation

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Journées Méso-NH – 13 octobre 2011

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

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

system

Meteosat IR-10.8 image at 1800 UTC

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

Journées Méso-NH – 13 octobre 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

lifting condensation level LCL

(2m met station data) 4 km

cloud base height

2 km

Transition de convection peu profonde à profonde

Couche limite sèche à nuageuse

Image MSG

Un cas bien documenté d’initiation de la convection

~ 300km

1st convective cell in Niamey (MIT)

Niamey

(courtesy D. Bouniol)

(Lothon et al., 2011)

Journées Méso-NH – 13 octobre 2011

rv q Profils initiaux(sondages

à 0600)

rv

Advections grande échelle

20 km

Flux de surface prescrits

Configuration de la LES

Surf

ace

flux

(W

m-2)

ECMWFSondages

APRES MIDI:Advection verticale w=1.5cm/s

MATIN:Advection horizontale froide et humide du flux de mousson

6h9h12h15h18h

100 km

H>>LEConditions semi-arides

Pas de schéma radiatif mais prescription d’un terme de tendance

x=500m

Journées Méso-NH – 13 octobre 2011

Evaluation de la simulation: profils verticaux/ 2m Comparaison aux radiosondages et au sondage avion de l’ATR

Température potentielle Rapport de mélange

Comparaison aux variables de la station météorologique

Représentation des caractéristiques moyennes même si biais humide

- simulation- observations

Journées Méso-NH – 13 octobre 2011

Cvpp à partir d’images visibles (100x100 km²)Sommet nuageux à partir d’IR MSG

*

*

Evaluation de la simulation:couverture nuageuse

Bonne représentation de la croissance de couche limite et du développement convectif

/ base/sommet nuages (AMF lidar/radar)

- - - - hauteur de couche limite (UHF)

-.-.-. hauteur de couche limite simulée

extension verticale des nuages

Journées Méso-NH – 13 octobre 2011MIT Radar

Reference simulationDx=500m

High-resolution simulationDx=200m

10h

18h

Evaluation de la simulation: structures horizontales

Journées Méso-NH – 13 octobre 2011

Etude des transitions: -> convection peu profonde/ profonde

h_nuage>150m

Eau nuageuse de 14h à 18hVitesse verticale (m/s) de 14h à 18h

Journées Méso-NH – 13 octobre 2011

Tests de sensibilité:

1. résolution et taille du domaine :Domaine: 20x20 km² -> 200x200 km²Résolution de 200m -> 500m

1. résolution et taille du domaine :Domaine: 20x20 km² -> 200x200 km²Résolution 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 km²Résolution 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 km²Résolution 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 convectionHaute 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

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

Rain No RainVertical velocity at 600m

Journées Méso-NH – 13 octobre 2011

Role de la surface:

rv q

Prescribed surface fluxes

Initial profiles

Large-scale advections Reference

rv q

Surface scheme

Initial profiles

Large-scale advections Avec schéma de surface

Homogeneous surface characteristics over the domain (soil moisture,

temperature at 06Z from ALMIP)

Nlle Reference

Pour analyser le rôle de la surface :1- rôle du couplage => schéma de surface /flux prescrits2- rôle des hétérogénéités => conditions de surface homogène/hétérogène

Journées Méso-NH – 13 octobre 2011

Evaluation de la surface:

- albedo un peu sous-estimé- bonne partition du rayonnement net

Journées Méso-NH – 13 octobre 2011

Conclusions:

- 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

Test de sensibilité

- 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

Couplages Surface –atmosphere :

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

Journées Méso-NH – 13 octobre 2011

température de surface 12h (MSG SEVIRI)

WankamaBanizoumbouNiamey

hétérogénéités de surface à mésoéchelle générées par les pluies des jours précédentsconvection initiée sur la surface la plus chaudecohérence Taylor et al. (2010), Gounou et al. (2010)

Variabilité à méso-échelle:

Journées Méso-NH – 13 octobre 2011

Comportement des modèles de prévision sur ce cas ARPTROPa=12h-0h

cumul pluie [12h-24h]

ARPTROPb=36h-24h

ECMWF

ERA-AMMA

AROME

obs pluie [6h-30h]

Différences importantes entre les modèles en timing, intensité, localisation

Journées Méso-NH – 13 octobre 2011

100 km

Simulations explicites

Observations

7 K

wake observed by RS

cooler/ moister

at 1740

Etude des processus: courant de densité

simulation LES

Sans précipitation

Référence

à 600m à 18h

100 km

v’rt’

Journées Méso-NH – 13 octobre 2011

Evolution des indices convectifs :

Reproduction des principales évolutions de ces indices par la LES

Conditions semi-arides :BLh haut, lfc haut augmentant après 09ZBaisse de CAPE après 10Z : non favorable

soundings