Afin de mieux comprendre l'origine des différences entre les caractéristiques des nuages de mi-niveau représentés par les divers modèles de climat, nous avons analysé les profils thermodynamiques prévus par ces modèles. Les profils moyens de la température potentielle et de l'humidité relative pour ces sept modèles durant la période de mousson sont montrés sur les figures 7.6 et 7.7.
Les profils de température potentielle sont relativement similaires jusqu'à 4 km d'altitude avec des variations de plus ou moins 5 K cependant. Entre 4 et 8 km d'altitude (incluant donc l’altitude de l’isotherme 0°C dans cette région), on note de fortes dissemblances entre les modèles ; le modèle CanAM4 étant le modèle le plus chaud et le modèle IPSL-CM5B-LR le plus froid. Au-dessus de 8 km d'altitude, les écarts de température entre les modèles se renforcent. Comparées aux observations, pour tous les modèles sauf CanAM4, on observe un biais froid dès 3 km d'altitude. Le modèle CanAM4, présentant un biais chaud, possède un profil proche de celui des observations à Niamey. Pour le modèle CNRM-CM, sur la figure 7.6 (b), on remarque que le passage à la version 6 produit une nette diminution de la température potentielle de 2K jusqu'à 6.5 km d'altitude puis une augmentation de la température potentielle du même ordre de grandeur comparée à la version 5. Le modèle CNRM-CM a un biais froid par rapport aux observations excepté la version 5 qui jusqu'à 5 km d'altitude présente un bon accord aux observations. Ce biais froid n'est pas spécifique à Niamey ; il s'observe dans tous les Tropiques pour le modèle CNRM-CM (Communication personnelle, Romain Roehrig, 2017). On remarquera également sur la plupart des profils cette inversion, correspondant à la hauteur de la SAL, très marquée entre 4 et 5 km d'altitude. Notons aussi de fortes variations de la hauteur à laquelle se situe cette inversion suivant les modèles. Toutefois, pour les modèles IPSL-CM5A-LR et CNRM-CM5 cette inversion est quasiment inexistante. Un mécanisme potentiel susceptible d'expliquer ce type de biais est un chauffage systématique par la convection profonde paramétrée qui détruirait cette inversion et pouvant ainsi être une des raisons de la sous-estimation de l'occurrence des nuages de mi-niveau. De plus, notons que le modèle MPI-ESM-LR n'a pas été représenté sur cette figure en raison d'une température anormalement froide, à cause d'une erreur dans l’écriture de ce paramètre dans les fichiers cfSites.
En ce qui concerne l'humidité relative, on remarque de fortes différences entre les modèles en configuration AMIP en particulier entre 4 et 8 km d'altitude, là où se forment les nuages de mi-niveau, les profils varient entre 30 et 80 % d'humidité. Le modèle CNRM-CM6 possède le plus fort pic d'humidité vers 5 km d'altitude avec 80 % d'humidité relative. Toutefois, comparé aux observations, il en génère une quantité trop importante. Le modèle IPSL-CM5B-LR a lui aussi un pic d'humidité à cette même altitude mais légèrement moins prononcé ; sur ce même profil on note une forte diminution de l'humidité atteignant 37 % en- dessous de 7 km d'altitude. Le profil du modèle IPSL-CM5B-LR est celui qui se rapproche le plus du profil obtenu à partir des observations du site sol de Niamey. Toutefois, ce modèle n'a pas de fréquences d'occurrences mensuelles très similaires aux observations d'après la figure 7.2. Le profil du modèle CanAM4 possède un pic d'humidité vers 4 km d'altitude suivi d'une légère diminution pour ensuite s'humidifier à nouveau au-dessus de 7 km d'altitude. Les profils des modèles IPSL-CM5A-LR et MPI-ESM-LR possèdent peu de variation avec des humidités relatives aux alentours de 50-60 % au-dessus de 4 km d'altitude. Le modèle HadGEM2-A a quant à lui un léger pic d'humidité, environ 50 %, vers 3 km d'altitude puis diminue fortement dans les altitudes supérieures. A la différence du modèle CNRM-CM6, le modèle CNRM-CM5 possède le plus bas pic d'humidité vers 6 km d'altitude avec 30 % d'humidité relative. Cela explique probablement pourquoi ce modèle arrive très mal à représenter les nuages de mi-niveau vers 6 km d'altitude et qu’il produit des nuages plus bas.
En ce qui concerne CNRM-CM6 nudgé, on remarque un peu moins d'humidité excepté vers 4.5 km d'altitude comparé à CNRM-CM6.
Figure 7.6: Profils moyens de la température potentielle en JJAS à partir (a) des modèles de climat du projet CMIP5 en configuration AMIP et (b) des différentes configurations du modèle CNRM-CM. Le profil moyen de la température potentielle en JJAS obtenu à partir des observations sur le site sol de Niamey a été ajouté en noir.
Figure 7.7: Profils moyens de l'humidité relative en JJAS à partir (a) des modèles de climat du projet CMIP5 en configuration AMIP et (b) des différentes configurations du modèle CNRM-CM. Le profil moyen de l'humidité relative en JJAS obtenu à partir des observations sur le site sol de Niamey a été ajouté en noir.
7.1.5 Conclusion
Nous avons pu observer dans cette section que les modèles de climat du projet CMIP5 utilisés ici représentent des nuages de mi-niveau. Cependant, nous avons noté de fortes disparités dans la représentation de ces nuages entre chacun des modèles en termes de fréquence d'occurrence d'une part et d'altitude de maximum d'occurrence d'autre part. Des divergences notables s'observent également dans le cycle diurne de ces nuages. En ce qui concerne les caractéristiques macro- et microphysiques de ces nuages, il existe de fortes variations entre les modèles par rapport aux observations obtenues sur le site de Niamey en 2006. Pour le modèle CNRM-CM, nous disposions de deux versions de la physique (CNRM- CM5 et CNRM-CM6) ainsi que d'une simulation où la dynamique était guidée vers celle des réanalyses. Nous avons pu évaluer sa capacité à reproduire les propriétés des nuages de mi- niveau à Niamey et ainsi noter que les évolutions apportées à la physique du modèle CNRM- CM6 amènent à une nette amélioration de la représentation de ces nuages et de leurs caractéristiques.
Nous nous sommes intéressés ici à des modèles de climat ayant des résolutions horizontales et verticales très lâches. Pour tenter d’aller plus loin, nous explorons dans la section suivante la capacité des modèles à plus fines résolutions verticales mais également horizontales à représenter les nuages de mi-niveau.