Nuage mixte en région Arctique

Les figures V.15.a à f représentent les profils verticaux des paramètres nuageux restitués par l’algorithme de CloudSat pour le nuage mixte du 9 Avril 2007: (a): contenu en glace IWC, (b): contenu en eau LWC, (c): rayon effectif des cristaux de glace Reff,i, (d): rayon effectif des gouttelettes d’eau Reff,w, (e): concentration en cristaux de glace Conci et (f): concentration en gouttelettes d’eau Concw.

Figure V.15: Profils verticaux des paramètres nuageux restitués par l’algorithme de CloudSat: (a) contenu en glace IWC, (b) contenu en eau LWC, (c) rayon effectif des cristaux de glace R_eff,i, (d) rayon effectif des gouttelettes d’eau R_eff,w, (e) concentration en cristaux de glace Conc_i et (f) concentration en

gouttelettes d’eau Conc_w. La trajectoire de l’avion est représentée en gris. Cas du 9 Avril 2007 (nuage mixte).

Les figures V.16.a à f représentent les comparaisons quantitatives de ces mêmes paramètres le long de la trajectoire avion avec ceux dérivés des mesures in situ. Le tableau V.7 résume les valeurs des pentes et des coefficients de corrélation pour chaque comparaison. Les résultats peuvent se résumer ainsi :

Figure V.16: Comparaisons des paramètres nuages restitués par l’algorithme de CloudSat avec les mesures in situ: (a) contenu en glace IWC, (b) contenu en eau LWC, (c) rayon effectif des cristaux de glace R_eff,i, (d) rayon effectif des gouttelettes d’eau R_eff,w, (e) concentration en cristaux de glace Conc_i et

(f) concentration en gouttelettes d’eau Conc_w. Les barres d’erreurs grises représentent l’écart type sur les moyennes des mesures in situ lorsqu’on dégrade leur résolution pour correspondre à la résolution de CloudSat. Cas du 9 Avril 2007 (nuage mixte).

Pente R² IWC 0.10 0.68 LWC 0.31 0.04 Reff,i 0.95 0.05 R_eff,w 0.73 0.26 Conci 0.73 0.10 Conc_w 1.50 0.02

Tableau V.7: Valeurs de la pente et du coefficient de corrélation pour les comparaisons de la figure V.16 entre les paramètres nuageux in situ et restitués par CloudSat pour le 9 Avril 2007.

V.2.2.1.1. Phase glace

Les profils verticaux CloudSat des paramètres de la phase glace montrent des valeurs élevées d’IWC (> 0.5 g m^-3 cf. figure V.15.a). Ces valeurs d’IWC sont largement supérieures

(d’un facteur 10) aux mesures in situ (pente = 0.1, cf. figure V.16.a). L’ordre de grandeur du rayon effectif des cristaux restitué par CloudSat concorde avec les mesures in situ (cf. figure V.16.c), avec des valeurs comprises entre 10 et 120 µm et une pente de 0.95. La concentration en cristaux de glace CloudSat présente un bon accord avec les mesures in situ (pente = 0.73, cf. figure V.16.e), mais principalement pour les valeurs élevées de concentrations. En effet, les concentrations en cristaux restituées par CloudSat présentent des valeurs comprises entre 10 et 200 L^-1 en moyenne, mais aucune valeur de concentration en dessous d’environ 10 L^-1 n’est retrouvée par l’algorithme de CloudSat.

V.2.2.1.2. Phase liquide

L’examen des figures V.15.b, d et f, montrent des valeurs CloudSat de LWC, rayon

effectif et concentrations de l’ordre de 0.16 g m^-3, 20 µm et 10 cm^-3 respectivement. Ces figures montrent aussi clairement qu’aucune valeur de ces paramètres n’est disponible au-dessus d’environ 1.3 km d’altitude. En effet, comme le montre le profil de température observé le 9 Avril 2007 (figure V.17), les températures au-dessus de ce niveau d’altitude sont inférieures à -20°C. Tous les pixels nuageux au-dessus de ce niveau d’altitude seront donc considérés en phase glace par l’algorithme de

CloudSat (cf. § V.1.2.2.2), ce qui n’est pas le cas dans la réalité. Les résultats des figures V.16.b, d et f, indiquent des pentes de 0.31, 0.73 et 1.5 respectivement pour LWC, Reff,w et Concw. Cependant, ces figures illustrent bien que les propriétés des gouttelettes restituées par CloudSat ne sont pas en accord avec les mesures in situ puisque les points sont très dispersés autour de la droite 1:1, comme en témoignent les faibles valeurs du coefficient de corrélation R² :

0.04 pour LWC, 0.26 pour R_eff,w et 0.02 pour

Concw (cf. tableau V.7).

Figure V.17: Profil vertical de température observé le 9 Avril 2007.

V.2.2.1.3. Conclusions

Les comparaisons quantitatives représentées par les figures V.16.a à f ne doivent pas être généralisées et doivent être prises avec précaution. En effet, ces comparaisons ne s’appliquent qu’à un cas de nuage en phase mixte, et les valeurs des coefficients de corrélation (cf. tableau V.7) restent très faibles (R²<0.26). Plusieurs raisons peuvent expliquer

une telle dispersion :

La difficulté de synchronisation spatiale et temporelle rend le nombre final de points de comparaisons faible. Des campagnes futures avec des vols de validation pour enrichir les bases de données présentées dans cette thèse ne pourraient qu’améliorer nos résultats.

La grande différence de résolution et des volumes d’échantillonnage entre CloudSat et l’instrumentation aéroportée ainsi que les incertitudes de mesures très importantes sur les paramètres in situ (50 %, 80 % et ±4 dBZ par exemple sur la concentration, R_eff et Z_CPI

respectivement, cf. § III.1.5 et § III.2.4.3).

Le schéma utilisé par l’algorithme de CloudSat pour restituer les paramètres nuageux en phase mixte, avec en particulier un algorithme basé sur la température (phase glace pour T<-20°C, phase liquide pour T>0°C et phase mixte pour -20°C<T< 0°C) mal adapté, puisque l’étude de cas présentée dans ce chapitre a montré que les gouttelettes d’eau surfondue sont présentes jusqu’à -23°C. Cette remarque vaut également pour la paramétrisation de la partition eau liquide/glace dans le modèle ECMWF appliqué à ce type de situation en Arctique pour la restitution des champs de contenus en glace et en eau liquide (Gayet et al., 2009).

V.2.2.2. En cirrus

Les figures V.18.a à c représentent respectivement les profils verticaux d’IWC, du

rayon effectif et de la concentration en cristaux de glace restitués par l’algorithme de CloudSat pour le cas de cirrus du 26 Mai 2007. Les séquences de vol pour la validation (cf. tableau V.2) sont indiquées en gris. Les figures V.19.a à c montrent les comparaisons quantitatives de ces paramètres avec ceux déduits des mesures in situ (CPI).

Figure V.18: Profils verticaux des paramètres nuageux restitués par l’algorithme de CloudSat: (a) contenu en glace IWC, (b) rayon effectif des cristaux de glace R_eff,i, et (c) concentration en cristaux de glace Conc_i. La trajectoire de l’avion est représentée en gris. Cas du 26 Mai 2007 (cirrus).

Figure V.19: Comparaisons des paramètres nuages restitués par l’algorithme de CloudSat avec les mesures in situ: (a) contenu en glace IWC, (b) rayon effectif des cristaux de glace R_eff,i, et (c) concentration en cristaux de glace Conc_i. Les barres d’erreurs grises représentent l’écart type sur les moyennes des mesures in situ lorsqu’on dégrade leur résolution pour correspondre à la résolution de CloudSat. Cas du 26 Mai 2007 (cirrus).

L’examen de ces figures montre que les valeurs du rayon effectif restitué par CloudSat sont en bon accord avec les mesures in situ (cf. figure V.19.b : pente de 1.10 et R² = 0.31).

Les figures V.19.a et V.19.c montrent en revanche que les valeurs d’IWC et de concentration

en cristaux de glace de CloudSat sont supérieures aux mesures in situ respectivement d’un facteur 2 (pente = 0.52) et d’un facteur 5 (pente = 0.21). De plus, les figures V.19.a et c

mettent en évidence le fait que CloudSat ne restitue respectivement aucun contenu en glace en-dessous de 0.005 g m^-3 et aucune concentration en cristaux en-dessous de 10 L^-1, ce qui peut expliquer en partie les différences observées avec les mesures in situ.

Malgré ces différences significatives, les comparaisons des propriétés microphysiques pour ce cas sont plutôt homogènes puisque les points sont bien distribués autour de la moyenne. Cependant, leur dispersion reste large (R² = 0.34, 0.31 et 0.20 pour respectivement IWC, Reff,i et Conci, cf. figures V.19.a, b et c) ce qui suggère comme précédemment un trop faible nombre d’observations colocalisées. En revanche il apparaît que les schémas de paramétrisations en cirrus sont mieux adaptés que pour les nuages en phase mixte malgré des différences systématiques quant aux valeurs absolues de IWC, Reff et Conc.