Etude de la ligne de grains du 28 juillet 2006
3.4 Restitution microphysique avec les champs de vent restitu´es du RONSARD
3.4.1 Evolution de la ligne de grains
La figure 3.13 montre les diff´erents stades d’´evolution d’une ligne de grains fournis `a partir d’observations radar (Leary et Houze, 1979a). Les observations du RONSARD (cf figure 3.6) suivent cette ´evolution de la ligne de grains. On note l’´evolution entre le stade d’intensification (cf figure 3.6(a)), le stade mature (cf figure 3.6(b) et 3.6(c)), et la dissipation (cf figures 3.6(d), 3.6(e) et 3.6(f)).
Fig. 3.13 – Sch´ema du cycle de vie d’un M.C.S. r´ealis´e `a partir d’observations radar durant les phases (a) de formation, (b) d’intensification, (c) mature et (d) de dissipation. (Leary et Houze, 1979a)
Le cycle d’´evolution de la ligne de grains du sch´ema 3.13 commence par une cellule de forte r´eflectivit´e sans partie stratiforme. Pendant le stade d’intensification la cellule convective importante est suivie d’une partie stratiforme compos´ee notamment de cellules
de convection moins intenses. Enfin, lors de la phase de dissipation, on passe d’une cellule de convection moins importante en altitude avec des r´eflectivit´es plus faibles `a une partie stratiforme bien d´evelopp´ee.
En s´electionnant les coupes A (de 6h01) et F (de 6h31) (cf figure 3.14), on peut illustrer l’´evolution de la ligne de grains pendant sa phase de dissipation, car ces deux coupes sont proches spatialement et temporellement. De plus, elles traversent la mˆeme cellule de convection (cf figure 3.7) qui a ´evolu´e entre 6h01 et 6h31.
Pour la restitution de 6h01 (cf figure 3.14(e)), on retrouve comme sur les observations (cf figure 3.14(c)) une cellule de forte r´eflectivit´e (50 dBz) entre 50 et 70 km le long de la coupe et de 5 kilom`etre d’altitude (entre 20 t 5`a km pour les observations). 3O kilom`etre `a l’avant de la cellule de convection principale, on restitue une premi`ere cellule de forte r´eflectivit´e, qui bien que sur´evalu´ee en terme d’intensit´e se retrouve dans les observations (cf figure 3.14(a) `a X=50 km) De mˆeme pour 6h31, on retrouve dans la restitution (cf figure 3.14(f)) une zone de r´eflectivit´e autour de 30 kilom`etres le long de la coupe et d’une intensit´e de 40 dBz comme dans les observations (cf figures 3.14(b), `a X= 60 km et 3.14(d), `a X=5 km). Sur la figure 3.14(d), on peut voir un “trou” de r´eflectivit´e de 20 km suivit d’une deuxi`eme cellule de forte r´eflectivit´e. Dans la restitution, mˆeme si la deuxi`eme cellule de forte r´eflectivit´e trop intense, on retrouve le “trou de r´eflectivit´e d’une vingtaine de kilom`etres. La comparaison entre les r´eflectivit´es restitu´ees et les observations reste qualitative puisque le champ de vent restitu´e est interm´ediaire aux champs de vent li´es aux observations. Les r´eflectivit´es observ´ees, comme celles restitu´ees, montrent bien l’´evolution de la ligne de grains qui commence `a se dissiper `a partir de 6h. On passe de r´eflectivit´es sup´erieures `a 45 dBZ `a 6h01 `a des r´eflectivit´es autour de 40 dBz `a 6h31. La cellule de forte r´eflectivit´e voit aussi son altitude maximale diminuer (cf figure 3.14).
3.4. Restitution microphysique avec le champ de vent RONSARD
(a) Observations - 5h20 (coupe A) (b) Observations - 6h01 (coupe F)
(c) Observations - 6h24 (coupe A) (d) Observations - 7h05 (coupe F)
(e) Restitution - 6h01 (f) Restitution - 6h31
Fig. 3.14 – Comparaison entre les observations du RONSARD (a,b,c et d) et les restitu-tions (e et f) de la r´eflectivit´e par le mod`ele microphysique : Coupes A (6h01) et F (6h31). Les coupes de r´eflectivit´es observ´ees sont les coupes brutes, non corrig´ees de l’advection. Le champ de vent est superpos´e `a la r´eflectivit´e restitu´ee (e et f)
(a) Condensation (g.kg−1) - 6h01 (b) Processus (g.kg−1) - 6h01
(c) Condensation - 6h31 (d) Processus - 6h31
Fig. 3.15 – Processus de condensation pour les restituion de 6h01 (a) et de 6h31 (c). R´epartition des processus microphysiques les plus actifs pour les restitutions de 6h01 (b) et de 6h31 (f) le 28/07/06
La m´ethode de restitution permet une restitution de la cellule de convection principale et des cellules “secondaires” en accord avec les observations. L’effet de la diffusion lisse les champs restitu´es, n´eanmoins les structures restitu´ees (notamment la zone convective) sont bien plac´ees (par rapport `a la moyenne des r´eflectivit´es ou l’advection `a ´et´e corrig´ee), de la bonne taille et de la bonne intensit´e, compar´ees aux observations. On peut donc observer dans les restitutions comme dans les observations la dissipation de la ligne de grains. Du point de vu dynamique, bien que l’ascendance principale soit `a peine moins importante en valeur maximale `a 6h31 qu’`a 6h01, elle est nettement moins large horizontalement et ne d´epasse pas les 8 kilom`etres d’altitude l`a o`u l’ascendance de 6h01 d´epasse les 10 km
3.4. Restitution microphysique avec le champ de vent RONSARD
d’altitude. On va donc avoir une condensation beaucoup plus importante au dessus de l’isotherme 0◦
C `a 6h01 (cf figure 3.15(a)), d’o`u un givrage plus important et actif jusqu’`a 11 km d’altitude (cf figure 3.15(b)) et une phase glace globalement plus intense.
Pour plus de lisibilit´e, les figures 3.15(a) et 3.15(c) ont ´et´e moyenn´ees sur une grille de 500 m x 300 m. En effet, comme d´efinit pr´ec´edemment, le processus de conden-sation/´evaporation du nuage liquide pr´esente une instabilit´e num´erique dans les zones proches de 100 % d’humidit´e relative. Cette instabilit´e cr´ee des bandes alternant conden-sation et ´evaporation au sein du nuage liquide. En moyennant la restitution, on “gomme” ces bandes pour retrouv´e une r´epartition plus physique avec la condensation au niveau du nuage liquide et l’´evaporation sur les bords du nuage liquide.
L’´evolution des r´eflectivit´es s’accompagne aussi d’une ´evolution des taux de pr´ecipita-tions (cf figure 3.16). On restitue ainsi des taux au sol de 35 mm.h−1 `a 6h01 contre des taux de pr´ecipitations de 10 mm.h−1 `a 6h31. Si l’on poursuit la comparaison, `a 7h01 les taux de pr´ecipitations ne sont plus que de 5 mm.h−1. Ces taux pr´ecipitants sont en accord avec les taux de pluie mesur´es par les disdrom`etres (cf figure 3.10) et les classifications polarim´etriques qui montrent des taux de pr´ecipitation dans la convection inf´erieurs `a 30 mm.h−1. Le taux de pr´ecipitations d´ecroˆıt donc avec la dissipation de la ligne de grains.
Une caract´eristique du taux de pr´ecipitation observ´ee (cf 3.11), `a savoir que le taux de pr´ecipitation augmente plus vite qu’il ne d´ecroit au passage de la ligne de grains se retrouve bien dans les taux de pluie restitu´es (cf figure 3.16).
(a) 6h01 (b) 6h31 (c) 7h01
Fig. 3.16 – Taux de pluie restitu´es le 28 juillet 2006
l’accr´etion du nuage liquide par la pluie et la fonte de la neige (cf figure 3.17) on s’aper¸coit que l’accr´etion est l´eg`erement inf´erieure, `a 6h31 qu’a 6h01, dans l’ascendance principale et sup´erieure, `a 6h31 qu’`a 6h01 dans l’ascendance secondaire. Les taux de pluie sont pour-tant nettement inf´erieurs `a 6h31 qu’`a 6h01. Cette diff´erence peut s’expliquer lorsque l’on regarde la fonte, en effet la phase glace ´etant nettement plus active `a 6h01, la contribu-tion de la fonte dans les pr´ecipitacontribu-tions liquides est beaucoup plus importante `a 6h01 qu’`a 6h31 (cf figure 3.17). Cette importance de la phase glace dans les pr´ecipitations est en accord avec les r´esultats de Leary et Houze (1979b), Tao et al. (1990) et Liu et al. (1997). On observe bien que plus la convection est active, plus la contribution de la phase glace comme source de pr´ecipitations liquides est importante.
(a) Accr´etion (g.kg−1) - 6h01 (b) Fonte (g.kg−1) - 6h01
(c) Accr´etion (g.kg−1) - 6h31 (d) Fonte (g.kg−1) - 6h31
Fig.3.17 – Processus d’accr´etion (a et c) et de fonte (b et d) pour les restitutions de 6h01 et de 6h31 du 28/07/06
3.4. Restitution microphysique avec le champ de vent RONSARD
La figure 3.18 pr´esente les profils verticaux moyens pour les dix restitutions micro-physiques utilisant les champs de vent du RONSARD, pour trois processus importants dans la restitution des pr´ecipitations : l’´evaporation, la fonte et le givrage. Les profils sont class´es en trois groupes, bleu pour les restitutions de 6h01, vert pour celles de 6h31 et enfin rouge pour celles de 7h01. Les deux restitutions de 7h01 sont tr`es proches, r´esultat attendu puisque les deux restitutions sont proches spatialement l’une de l’autre et ont des dynamiques tr`es similaires. Les restitutions de 6h01 forment deux groupes distincts : les restitutions C et D avec des ascendances faibles et les restitutions A et B avec des ascendances fortes. Les restitutions de 6h31 forment comme celles de 6h01 deux groupes distincts : les restitutions F et H avec des ascendances faibles et les restitutions E et G avec des ascendances fortes.
(a) Evaporation (b) Fonte (c) Givrage
Fig. 3.18 – Profils verticaux moyens pour diff´erents processus (a) l’´evaporation, (b) la fonte, et (c) le givrage, pour toutes restitutions r´ealis´ees avec les coupes 2D des champs de vent 3D de 6h01 (bleu) de 6h31 (vert) et 7h01 (rouge)
La comparaison de ces restitutions montre l’influence de la dynamique puisque que pour une mˆeme heure, les profils d´ependent de l’intensit´e des ascendances. Mais on
re-marque aussi l’´evolution de la ligne de grains, l’´evaporation diminuant d’intensit´e avec la dissipation de la ligne de grains (cf figure 3.18(a)), tout comme la fonte qui diminue de pr`es de 50 % entre 6h01 et 6h31 (cf figure 3.18(b)). Enfin le givrage, est compar´e seulement en dessous de 8 km d’altitude, car certaines restitutions (notamment celles de 7h01) ont une altitude maximale de 7,8 km. A 7 km, on s’aper¸coit que la phase glace est de moins en moins active avec l’´evolution temporelle de la ligne de grains. Le givrage est maximal entre 5 et 6 km d’altitude.
Les restitutions effectu´ees `a partir d’un champ de vent “interm´ediaire” restitu´e `a un radar sont comparables aux observations aussi bien pour les r´eflectivit´es que pour les taux de pluie. N´eanmoins cette comparaison reste quantitative car le champ de vent restitu´e n’est qu’un champ interm´ediaire entre les deux s´equences utilis´ees pour le restitu´e. Ces restitutions permettent aussi de suivre l’´evolution de la ligne de grains. L’avantage de la m´ethode de restitution, par rapport aux observations, est ici de pouvoir associer `a l’´evolution de la r´eflectivit´e et du taux de pluie une ´evolution des processus microphysique. On note aussi l’importance de la phase glace comme source de pr´ecipitations liquides dans la partie convective.