4.4 Nesting et For¸cage
4.4.2 For¸cages m´ et´ eorologiques
Les simulations pr´esent´ees au chapitre suivant utilisent le mˆeme for¸cage m´et´eorologique. Les analyses du centre europ´een (ECMWF), d’une r´esolution horizontale de 0.14× 0.14 ° et verticale de 91 niveaux avant le 25 juin 2013 et 137 niveaux par la suite, sont utilis´ees pour la pr´eparation des fichiers atmosph´eriques initiaux. Ce for¸cage est r´ealis´e sur tout le domaine pour le d´epart de la simulation, le 12 juin 0000 UTC puis toutes les 6 heures et uniquement aux limites lat´erales du domaine p`ere pour la suite de la simulation. La hauteur significative des vagues provient des r´eanalyses ERA-Interim du centre europ´een (r´esolution horizontale de 1.125°). Ce for¸cage est ´egalement effectu´e toutes les 6 heures. Etant donn´e que le mod`ele de surface ne pronostique pas la hauteur des vagues, ces valeurs sont interpol´ees `a chaque pas de temps `a partir des for¸cages. La temp´erature de surface de l’eau (SST) est constante pendant toute la simulation et est repr´esent´ee sur la figure 4.12.
La simulation ADRIMED se d´eroule sur une p´eriode de 2 semaines, ce qui repr´esente une dur´ee assez longue et une d´erive des champs m´et´eorologiques a ´et´e observ´ee. Afin d’empˆecher la dynamique du mod`ele de d´eriver au cours de la simulation, plusieurs solutions existent. Il est possible d’appliquer la technique dite du ”nudging” ou de forcer le mod`ele sur tout le domaine avec les donn´ees m´et´eorologiques du centre europ´een. La premi`ere m´ethode, le nudging, consiste en un rappel fr´equent des champs de vent, temp´erature et humidit´e relative des donn´ees utilis´ee pour le for¸cage. L’inconv´enient de cette technique est la perte d’information `a petite ´echelle, d’autant plus contraignante pour les simulations ayant une r´esolution horizontale fine.
La deuxi`eme technique est plus brutale puisque les champs sont forc´es apr`es quelques jours de simulation, et le mod`ele a besoin d’un temps de spin-up pour r´eimposer sa physique. L’avantage de cette technique est que le mod`ele est libre d’appliquer sa propre physique sans contrainte pendant le reste de la simulation (except´e sur les bords du domaine). Ces deux m´ethodes ont ´et´e test´ees pour la simulation ADRIMED. Le nudging a ´et´e appliqu´e du 18 juin 0000 UTC au 27 juin 0000 UTC pour les domaines p`ere et fils, de r´esolution horizontale respective de 15 km et 3 km, avec une constante de temps de rappel (pour les champs de vent, temp´erature et humidit´e relative) de 6 heures. Le for¸cage sur le domaine complet a ´et´e appliqu´e le 18 juin 0000 UTC et le 22 juin 0000 UTC. Les meilleurs r´esultats ont ´et´e obtenu avec la m´ethode du for¸cage sur tout le domaine. De plus, l’utilisation du grid nesting am´eliore significativement la repr´esentation des variables vent, temp´erature et humidit´e relative, et cette technique permet de conserver cet apport. De ce fait, un rappel aux champs m´et´eorologiques du centre europ´een sur le domaine complet a ´et´e effectu´e `a deux reprises, le 18 juin 0000 UTC et le 22 juin 0000 UTC. Ce for¸cage concerne uniquement ces variables, les champs a´erosols ´etant conserv´es.
4.5
Conclusion
Le mod`ele MesoNH utilis´e pour l’´etude num´erique de l’´emission, du transport et des effets radiatifs des a´erosols marins a ´et´e pr´esent´e dans ce chapitre. Les diff´erents sch´emas intervenant dans leur simulation, i.e les sch´emas de surface (SURFEX) et d’a´erosols ainsi que le sch´ema radiatif ont ´et´e d´ecrits. Les d´eveloppements apport´es au mod`ele ont ensuite ´
et´e pr´esent´es, en commen¸cant par le nouveau sch´ema d’´emissions d’a´erosols marins bas´e sur la param´etrisation d’Ovadnevaite et al. (2014). La nouveaut´e apport´ee par ce sch´ema est sa d´ependance `a l’´etat de la mer, via la hauteur significative des vagues, ainsi qu’`a la salinit´e et `a la temp´erature de surface de l’eau. De plus, une param´etrisation bas´ee sur le travail de Gerber (1985) repr´esentant la croissance hygrosocopique des a´erosols marins a ´et´e ´egalement rajout´ee pour le calcul de leurs propri´et´es optiques. Les tests de sensibilit´e des diff´erents param`etres de la fonction source d’Ovadnevaite et al. (2014) ont mis en ´evidence le fait que la variation
de la salinit´e n’impactait pas de mani`ere significative les flux d’´emission, alors que la SST pouvait avoir une influence importante. Ensuite, la comparaison entre deux situations o`u les vitesses de vent `a la surface ´etaient identiques alors que les hauteurs de vagues diff´eraient a mis en ´evidence l’importance de la prise en compte de la hauteur significative des vagues pour les ´emissions d’a´erosols marins.
Enfin, la comparaison entre le sch´ema d’´emissions de Schulz et al. (2004), anciennement impl´ement´e dans MesoNH, avec celui d’Ovadnevaite et al. (2014) a ´et´e r´ealis´ee, notamment en ce qui concerne leur d´ependance aux param`etres d’´emission pour le cas d’´etude d’ADRI- MED. Au niveau r´egional, les flux d’´emission sont r´eduits d’un facteur 4 avec OVA14. Au niveau local, par rapport aux concentrations en masse observ´ees `a la station d’Ersa, le nou- veau sch´ema simule des valeurs beaucoup plus proches des observations. Ainsi, la dispersion et les valeurs maximales observ´ees sont plus proches des valeurs simul´ees avec le sch´ema d’Ovadnevaite et al. (2014) qu’avec le sch´ema de Schulz et al. (2004). Enfin, les particula- rit´es de la simulation ADRIMED, contenant 3 domaines imbriqu´es et forc´ees plusieurs fois pendant son d´eroulement sont pr´esent´ees. L’apport du grid nesting pour la repr´esentation des variables m´et´eorologiques (temp´erature, humidit´e relative, vitesse et direction du vent) a ´et´e pr´esent´e ainsi que les avantages du for¸cage sur le domaine complet par rapport au nudging pour ce cas d’´etude.
Etude num´erique
Sommaire
5.1 Pr´esentation des simulations ADRIMED et SAFMED+ . . . . 116 5.1.1 Configuration des simulations . . . 116 5.1.2 Repr´esentation de la dynamique . . . 118 5.1.3 Origine des a´erosols marins . . . 131 5.2 Evaluation du sch´ema d’´emission d’a´erosols marins primaires
et propri´et´es physiques (ADRIMED) . . . 150 5.2.1 1er´episode (19 juin - 22 juin) . . . 150
5.2.2 2eme´episode (22 juin - 26 juin) . . . 154
5.3 Etudes des propri´et´es optiques et effet radiatif direct des a´ero- sols marins . . . 160 5.3.1 Caract´erisation g´en´erale des a´erosols marins pendant SAFMED+ . 160 5.3.2 Extinction du rayonnement . . . 164 5.3.3 Epaisseur optique atmosph´erique . . . 170 5.3.4 Effet radiatif direct . . . 179 5.4 Conclusion . . . 186
Ce chapitre pr´esente les r´esultats des ´etudes num´eriques r´ealis´ees avec le mod`ele MesoNH. Deux cas d’´etude ont ´et´e ´etudi´es sp´ecifiquement. Le premier correspond `a la campagne de me- sure ChArMEx-ADRIMED et se d´eroule du 12 au 27 juin 2013. Cette ´etude a servi `a ´evaluer le nouveau sch´ema d’´emission (Ovadnevaite et al., 2014) impl´ement´e dans le mod`ele, pour des conditions m´et´eorologiques sp´ecifiques (vents mod´er´es), `a l’aide des nombreuses observa- tions in-situ r´ealis´ees pendant cette campagne de mesure. Le second cas d’´etude correspond `a la campagne de mesure SAFMED+ et repr´esente un vol instrument´e, le 10 juillet 2014, pen- dant un cas de vent fort (mistral/tramontane). Dans une premi`ere partie (Section 5.1.2), la situation m´et´eorologique de ces deux p´eriodes est d’abord pr´esent´ee ainsi que leur repr´esen- tation par le mod`ele. L’origine des a´erosols marins observ´es `a Ersa pour les deux simulations
est ensuite ´etudi´ee, notamment `a l’aide des flux d’´emissions, des concentrations massiques `
a la surface ainsi que de la charge en a´erosols int´egr´ee sur la colonne atmosph´erique. Dans une deuxi`eme partie (Section 5.2) et dans le cadre de la campagne ChArMEx-ADRIMED, une ´etude sur la concentration en masse et en nombre ainsi que sur la granulom´etrie des a´erosols marins a ´et´e r´ealis´ee et compar´ee avec les observations in-situ sur les diff´erents sites de mesure (Ersa, Marseille, Barcelone). Le deuxi`eme cas d’´etude (SAFMED+) est support´e par des mesures (concentration en nombre des a´erosols et propri´et´es optiques) effectu´ees `a bord de l’avion de recherche ATR-42 de SAFIRE, entre Marseille et le sud de la Corse. Cette ´
etude a permis notamment d’´etudier plus sp´ecifiquement les propri´et´es optiques et les effets radiatifs directs (ERD) des a´erosols marins dans les courtes et grandes longueurs d’onde lors d’un cas de mistral.