Déclenchement et fermeture

Déclenchement : ALE > CIN Les paramètres essentiels des conditions de déclenche-ment sont donnés dans la figure1.3.

La partie "déclenchement et fermeture" du schéma convectif a pour but d’exprimer la possibilité de la convection profonde et son intensité. Dans les schémas fondés sur le quasi-équilibre entre la convection profonde et les conditions de grande échelle, le déclenchement et la fermeture sont simplement exprimés en fonction des variables de

Convection

couche d’inversion troposphère libre

T

cin CIN

lfc

surface

CAPE

LCL LFC

lnP LNB

T constant couche limite

ALE

T

T

T

FIG. 1.3 – Schéma de déclenchement de la convection profonde : (Skew-T diagram). En ab-cisse inclinée : la température, en ordonnée : la pression en logarithme. ligne noire : la tem-pérature virtuelle de l’environnementT_v,env; ligne bleu : la température virtuelle d’une particule montant adabatiquementT_v,adiab; ligne rouge : la température virtuelle d’une particule réchauf-fée par la source d’énergie de la brise de valléeT_v,heated .LCL(Lifted Condensation Level) est le niveau de la condensation ;LFC(Level of Free Convection) est le niveau où la flottabilité de la particule cesse d’être négative dans la couche d’inhibition ; LaCIN (Convective Inhibition) correspond à la zone de flottabilité négative au-dessus du sommet de couche limite, laCAPE (Convective Available Potential Energy) est l’énergie potentielle associée à la zone de flottabi-lité positive dans la troposphère libre. LaALE(Available Lifting Energy) est l’énergie potentielle d’une particule soulevée associée à la zone de flottabilité positive en-dessous de la couche d’inversion. La convection est déclenchée lorsqueALE>|CIN|. Elle se développe alors éven-tuellement entre le niveau de condensation (la base des nuages) et le niveau où la particule rencontre de nouveau une flottabilité nulleLNB(Level of Neutral Buoyancy, approximativement le sommet de nuage) dans la troposphère libre.

grande échelle (profils verticaux de température et d’humidité essentiellement). Sur les continents, l’inhibition peut être importante et on ne peut pas considérer que la convec-tion est en quasi-équilibre avec la grande échelle : lorsque |CIN| = 50 J/kg par exemple, la convection profonde est impossible en l’absence de courants de densité ou d’un re-lief fournissant le soulèvement nécessaire pour vaincre cette inhibition. Pour représenter l’effet des processus de soulèvement sur la convection profonde, Grandpeix and Lafore (2010) ont introduit deux variables d’interface : l’énergie de soulèvement (ALE = Avai-lable Lifting Energy) et la puissance de soulèvement (ALP = AvaiAvai-lable Lifting Power).

La nécessité d’utiliser au moins deux variables pour représenter les processus de soulè-vement apparaît dans l’analogie avec une pompe alimentant un jet d’eau présentée dans la figure 1.4 . Dans le cas de la pompe, il est clair que la capacité du jet à atteindre la hau-teur désirée dépend uniquement de la vitesse du jet à la sortie du tuyau, alors que le débit dépend aussi de la puissance de la pompe. De façon analogue, le déclenchement convec-tif va être exprimé en fonction de l’énergie de soulèvement ALE (qui est de l’ordre de l’énergie cinétique massique, au niveau de condensation, des ascendances induites par les processus de soulèvement ; ALE s’exprime en J/kg) et l’intensité convective va être exprimée en fonction de la puissance de soulèvement ALP (en W/m²). Mais, bien sùr, seule l’énergie de soulèvement nous intéresse ici.

Le critère de déclenchement proposé par Grandpeix and Lafore (2010) est : ALE+ CIN >0, où ALE est l’énergie cinétique maximale des ascendances induites par les processus sous-nuageux,cf figure1.3. Ce critère s’applique de la même manière lorsque plusieurs processus de soulèvement sont en jeux : on associe au processus numéro k une énergie de soulèvement ALE_k et la ALE s’exprime par : ALE =max_k(ALEk). L’utili-sation de ce critère de déclenchement suppose qu’il n’y a qu’une valeur d’inhibition convective pour toutes les ascendances. Ceci n’est pas toujours évident et nous verrons en particulier que plusieurs inhibitions sont pertinentes pour les brises de vallée.

Cohérence de la formulation avec des analyses d’observations On a vu dans la sec-tion 1.2.2.1 que les analyses d’observasec-tions de déclenchement de convecsec-tion profonde lié au relief font appel à l’idée que les écoulements meso-échelle engendrés par les vents anabatiques atteignent des vitesses verticales suffisantes pour vaincre l’inhibition convective. Cette image est très proche de celle correspondant à la formulation du

dé-00000000000000000000

FIG. 1.4 –Analogie entre une pompe alimentant un jet d’eau et un courant de densité assurant le maintient de la convection profonde. (a) La pompe (puissanceP) fournit un débitMavec une énergie cinétiqueK; une fractionk(le rendement du moteur) dePest convertie en puissance du jetMK. La douche est déclenchée lorsqueK>gh. Le débit est donné parM=kP/K. (b) Les courants de densité (“Wakes”, en anglais, dans la figure) fournissent une puissanceP_w et sou-lèvent l’air incident sur le front de rafales avec une énergie cinétiqueK= (1/2)C²(l’énergie de soulèvement ALE). Une fractionkwdePwest convertie en puissance des courants ascendants (la puissance de soulèvement ALP). La convection est déclenchée lorsqueK>|CIN|. Le flux de masseM_Bà la base du nuage est donné par :M_B=k_wP_w/(2w²_B+|CIN|), qui est très semblable à la formule pour le jet, à l’exception du terme2w²_Bau dénominateur qui représente l’énergie ciné-tique des courants ascendants au niveau de convection libre et l’effet de la dissipation. (extrait deGrandpeix and Lafore, 2010).

clenchement utilisée dans notre version adaptée du schéma d’Emanuel, à savoir que les processus sous-nuageux fournissent une énergie cinétique de soulèvement ALE et qu’il y a déclenchement lorsque ALE+CIN > 0. La différence principale réside dans l’ab-sence des écoulements de méso-échelle dans la formulation en ALE. On peut cependant penser que les énergies cinétiques des écoulements à méso-échelle sont du même ordre de grandeur que les énergies cinétiques des vents anabatiques qui les ont fait naître. Ceci sera à vérifier au vu des résultats de simulation.

Nous supposons maintenant que l’énergie cinétique des vents anabatiques est un bon candidat pour l’énergie de soulèvement ALE et nous passons à une première approche de ce que peut être une paramétrisation d’une brise de vallée ou vent anabatique.

par les vents anabatiques

1.4 Une nouvelle paramétrisation : Déclenchement de la