La figure D.5 de Dye et al. (1986) représente les réflectivités radars observées pour le cas de la campagne CCOPE qui nous intéresse. Elle est à comparer avec les figures D.6 et D.7 qui représentent respectivement les réflectivités radar simulées par le modèle
DESCAM 1D½ dans le cas avec 1 forme pour les cristaux et dans le cas avec les 3 formes différentes. On remarque immédiatement que seule la prise en compte de différentes formes pour la phase glace dans le modèle DESCAM 1D½ permet de retrouver des réflectivités de plus de 45 dBZ comme cela a été observé. On reproduit également bien l’allure des courbes d’iso-réflectivité qui sont très serrées au début de l’évolution du nuage et qui au contraire s’espacent après avoir atteint et dépassé les 45 dBZ.
Figure D.5 : Réflectivités radars (dBZ) mesurées le 19 Juillet 1981 (Dye et al., 1986).
600 1200 1800 2400 3000 3600
Temps (s) 1000
2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
Altitude (m)
Figure D.6 : Réflectivités radar simulées (en dBZ) par le modèle DESCAM avec une seule fonction pour les cristaux (forme sphérique).
600 1200 1800 2400 3000 3600 Temps (s)
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
Altitude (m)
Figure D.7 : Réflectivités radar simulées (en dBZ) par le modèle DESCAM avec trois fonctions différentes pour les cristaux de glace.
D4. Conclusion
A travers cet aperçu très bref des premiers résultats de DESCAM 1D½ avec trois formes différentes pour la phase glace, il apparaît clairement que la forme choisie pour les cristaux dans un modèle de nuage est susceptible de modifier grandement les résultats du modèle. Cette version de DESCAM 1D½ n’est pour l’instant qu’une première approche dans cette voie de recherche et dors et déjà, des améliorations peuvent être proposées. Le principal inconvénient de cette approche est de ne pas permettre de transferts entre les différentes formes sous l’effet d’un processus ou l’autre. Ainsi, un cristal colonne formé à très haute altitude qui sédimente vers des classes où la température est plus élevée et où la croissance des cristaux est caractéristique des plaquettes hexagonales devrait voir sa forme se modifier (de même que sa capacitance !). De plus, il conviendrait également de prendre en compte l’altération des formes initiales et de la densité du cristal par le givrage ! Les pistes à creuser sont nombreuses et variées mais d’une grande importance pour l’amélioration des modèles de nuage à microphysique détaillée.
Index des notations
A
a : rayon d’une goutte
aw : activité de l’eau en solution
i
aw : activité de l’eau en solution en équilibre avec la glace
C
C : capacitance des cristaux de glace
cp : capacité calorifique de l’air à pression constante
D
dt : pas de temps
D : diamètre de la goutte Di : diamètre du cristal de glace
*
Dv : diffusivité corrigée de la vapeur dans l’air
E
e : pression de vapeur
esat,w : pression de vapeur saturante de l’air par rapport à l’eau esat,i : pression de vapeur saturante de l’air par rapport à la glace E : efficacité de collection
F
fAP : fonction de distribution en nombre des particules d’aérosol (DESCAM) fd : fonction de distribution en nombre des gouttes (DESCAM)
fi : fonction de distribution en nombre des cristaux (DESCAM)
fwat : fonction de distribution en nombre des particules d’aérosol humides et des gouttes (EXMIX)
fice : fonction de distribution en nombre des noyaux glaçogènes et des cristaux (EXMIX)
f(T) : facteur de correction en température Fv : facteur de ventilation
G
g : accélération de la pesanteur
gAP,a : fonction de distribution en masse des particules d’aérosol sèches dans les particules d’aérosol humides (DESCAM)
gAP,d : fonction de distribution en masse des particules d’aérosol dans les gouttes (DESCAM)
gAP,i : fonction de distribution en masse des particules d’aérosol dans les cristaux
I
IRS : paramètre de résolution de la grille des cristaux IWC : contenu en glace (ice water content)
J
Jhom : taux de nucléation homogène par unité de volume et de temps JRS : paramètre de résolution de la grille des gouttes
K
*
ka : conductivité thermique de l’air corrigée K : noyau de collection
2
Ki : constante diélectrique de la phase glace
2
Kw : constante diélectrique de l’eau liquide Kh : coefficient de diffusion turbulente
KRS : paramètre de résolution de la grille des particules d’aérosol (DESCAM)
L
Le : chaleur latente d’évaporation Ls : chaleur latente de sublimation
LWC : contenu en eau liquide (liquid water content)
M
mt : masse de l’hydrométéore
ms : masse de sel dans un hydrométéore mw : masse d’eau dans une goutte
mAP : masse de la particule d’aérosol dans l’hydrométéore (EXMIX)
m : masse moyenne des particules d’aérosol dans une classe d’hydrométéores (DESCAM)
Ms : masse molaire du sel composant la partie soluble de la particule d’aérosol Mw : masse molaire de l’eau
N
NIN : nombre de noyaux glaçogènes par volume d’air
NAC : nombre de classes de la grille des particules d’aérosol (DESCAM) NIC : nombre de classes de la grille des cristaux (DESCAM)
NRP : nombre de classes de la grille des gouttes (DESCAM)
P
p : pression
Q
qi : rapport de mélange en glace
qv : rapport de mélange en vapeur d’eau qw : rapport de mélange en eau liquide
R
r1 : rayon du cylindre intérieur (modèle 1D½) r2 : rayon du cylindre extérieur (modèle 1D½)
r : rayon de la particule d’aérosol humide (DESCAM) ract : rayon d’activation
rN : rayon de la particule d’aérosol sèche
rN : rayon moyen des particules d’aérosol sèches dans une classe d’hydrométéores (DESCAM)
R : constante des gaz parfaits
Rv : constante des gaz parfaits pour l’air humide Rd : constante des gaz parfaits pour l’air sec RH : humidité relative par rapport à l’eau RHI : humidité relative par rapport à la glace
S
sv,w : sursaturation par rapport à l’eau sv,i : sursaturation par rapport à la glace
T
T : température
Ts : température de surface du grêlon
U
ui : (i=1,3) les trois composantes de la vitesse
u~ : vitesse radiale à l’interface des deux cylindres (modèle 1D½) U∞ : vitesse terminale de chute
V
v(T) : vitesse de croissance des particules d’aérosol humides en fonction de la température
V r
: vitesse de l’air
W
w : composante verticale de la vitesse
we : vitesse verticale pour l’environnement (modèle 1D½)
Y
Y : effets de Raoult et de Kelvin
Z
Z : facteur de réflectivité radar en mm6 m-3
ZdB : facteur de réflectivité radar en échelle logarithmique (dBZ)
α
α : coefficient de turbulence
δ
δMi : masse de vapeur d’eau qui se sublime δMw : masse de vapeur d’eau qui se condense
ε
ε : fraction soluble de la particule d’aérosol
ν
ν : nombre ionique du sel composant la partie soluble de la particule d’aérosol
Ω
Ωr
: vitesse de rotation de la terre
Φ
Φ : coefficient osmotique
ρ
ρ : densité de l’air
ρN : densité de la particule d’aérosol ρw : densité de l’eau liquide
ρi : densité de la glace
σ
σ : tension de surface
σ2 : densité surfacique de l’ascension (modèle 1D½)
θ
θ : température potentielle
θv : température potentielle virtuelle
τ
τrij : tenseur des contraintes
Bibliographie
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