Etude des performances du mod`ele adapt´e
2.3 Restitution de r´ ef´ erence
2.3.1 Restitution de r´ ef´ erence, avec la temp´ erature fix´ ee (I)
Cette restitution est la restitution de r´ef´erence [I] utilis´ee pour les tests de sensibilit´e. Les param`etres utilis´ees sont diff´erents de ceux utilis´es ensuite dans les restitutions du
2.3. Restitution de r´ef´erence
chapitre 3. La s´erie de restitutions effectu´ees pour les tests de sensibilit´es ont permis de d´eterminer les param`etres les plus adapt´es. Ce sont ces param`etres qui ont ensuite ´et´e utilis´es dans les chapitres 3 et 4.
Rappelons que la restitution de r´ef´erence a pour caract´eristiques : - une r´esolution horizontale de 100m et une r´esolution verticale de 60m - un domaine de 80 km de longueur et de 17 km d’altitude
Ces caract´eristiques sont celles de la majorit´e des restitutions effectu´ees `a partir des champs de vent synth´etiques. Les conditions initiales de temp´erature, de pression et d’hu-midit´e sont issues du radiosondage de Parakou du 27 juillet 2006 `a 16h. Le champ de vent est le champ de vent synth´etique de r´ef´erence.
Pour les pr´ecipitations glac´ees, le crit`ere de d´etermination de l’esp`ece pr´ecipitante est le rapport de m´elange en glace qg :
– qg > 3, 5 g.kg−1 : Graupels (Lump) (Lum2) ; – 1, 5 < qg > 3, 5 g.kg−1 : Neige (Agr´egats) (AggIa) ; – qg < 1, 5 g.kg−1 : Neige (Agr´egats) (AggIb).
Il y a deux types d’agr´egats qui correspondent `a des cristaux de neige. Ils ont ont des relations masse-diam`etre tr`es proches et se diff´erentient par leur relation vitesse-diam`etre (cf figure A.4) Pour ces trois types de glace pr´ecipitante, les coefficients des relations masse-diam`etre et vitesse-diam`etre sont d´efinis dans l’annexe A. Pour la distribution en taille des cristaux, on a utilis´e une distribution en exponentielle de type Marshall Palmer Marshall et Palmer (1948) avec ν = 1, α = 1 et x = −1, sauf pour les Graupels (Lum2) o`u x = 0, 5.
La d´etermination du crit`ere sur le rapport de m´elange c’est fait `a partir des restitutions avec le champ de vent synth´etique de r´ef´erence. Les contenus en glace les plus importants (qr > 3, 5 g.kg−1) associ´es `a la convection sont ceux o`u la probabilit´e d’avoir des graupels est la plus importante. A l’avant de la ligne de grains et en altitude (Z > 12 km), la ou a la plus de probabilit´e d’avoir de petits cristaux de glace, on retrouve des contenus en glace inf´erieurs `a 1, 5 g.kg−1.
le rapport de m´elange des nuages glace et liquide (cf figures 2.6(a) et 2.6(b)), le rapport de m´elange des pr´ecipitations glac´ees et liquides(cf figures 2.6(c) et 2.6(d)) et enfin le rapport de m´elange en eau totale (cf figures 2.6(e)). On rappelle que la dynamique du champ de vent de r´ef´erence peut ˆetre associ´ee au d´ebut du stade de dissipation d’une ligne de grains (cf figure 3.13) par la pr´esence d’une seule cellule de convection active (entre x= 19 et w= 26 km) et d’une partie stratiforme importante (x> 26 km). Par contre en terme d’intensit´e de l’ascendance, le champ de vent est plutˆot caract´eristique d’une ligne de grains mature.
Le nuage glace (cf figure 2.6(a)) se situe en altitude, globalement au dessus de 10 km, avec un maximum de contenu dans la convection de l’ordre de 0,5 g.kg−1 (x=20 km et z=12 km). Dans la r´ealit´e, le nuage glace descend plus bas que l’altitude de 10 km, ce qui montre que l’autoconversion du nuage glace en neige est trop active dans le mod`ele. Il en r´esulte qu’aux basses altitudes, tout le nuage glace est converti en neige. Et si le processus d’autoconversion est contraint dans le mod`ele `a ˆetre moins actif en r´eduisant le param`etre d’efficacit´e de l’autoconversion, c’est la production de neige qui est sous-estim´ee. Cette comp´etition entre neige et nuage glace nous a contraint de choisir une sous-estimation du nuage glace en dessous de 10 km d’altitude afin de favoriser la restitution du contenu en glace pr´ecipitante dont d´ecoule le taux de pluie. Le nuage liquide (cf figure 2.6(b)) se retrouve principalement dans l’ascendance (x=20 km) et dans la partie stratiforme en dessous de l’isotherme 0◦
C. Le maximum de nuage liquide entre 3 et 4 km d’altitude dans la convection est de l’ordre de 2 g.kg−1.
Pour la glace pr´ecipitante (cf figure 2.6(c)), on retrouve un maximum de contenu dans la convection (x=22 km) entre l’isotherme 0◦
C et 7 km d’altitude, ce maximum de 4 g.kg−1 est associ´e `a des graupels. En dehors de la convection, dans la partie stratiforme, les pr´ecipitations glac´ees sont associ´ees `a de la neige avec des contenus sup´erieurs `a 3 g.kg−1 entre 6 et 8 km d’altitude. Pour la pluie (cf figure 2.6(d)), les contenus sont plus faibles que pour la glace pr´ecipitante. On retrouve des contenus de l’ordre de 3 g.kg−1dans la convection (x=22 km) et des contenus inf´erieurs `a 1 g.kg−1 dans la partie stratiforme. Enfin le contenu total en eau (cf figure 2.6(e)) est la derni`ere des variables r´esolues par le mod`ele diagnostique. Le contenu total en eau correspond `a la somme des contenus en
2.3. Restitution de r´ef´erence
(a) Qci (b) Qcl
(c) Qg (d) Qr
(e) Qt
Fig. 2.6 – R´esultats de la restitution microphysique de r´ef´erence I : Rapport de m´elange des variables r´esolues (g.kg−1) par le mod`ele diagnostique a) Nuage glace b) Nuage liquide c) Glace pr´ecipitante d) Pluie e) Eau totale.
nuage, pr´ecipitations et vapeur d’eau. Son maximum est localis´e dans la convection. Si l’on regarde l’´evolution du contenu en eau le long de la ligne de grains, on retrouve l’´evolution constat´ee avec les radiosondages (cf figure 2.4), c’est `a dire l’advection de l’humidit´e des
basses couches (inf´erieures `a 4 km) en altitude (jusqu’`a 8 km).
Dans la suite de cette ´etude, nous utiliserons souvent une combinaison des variables r´esolues, `a savoir le contenu en nuage (Nuage), qui est la somme du rapport de m´elange en nuage liquide et du rapport de m´elange en nuage glace, et le contenu en pr´ecipitations (Preci), qui est la somme du rapport de m´elange en pluie et du rapport de m´elange en glace pr´ecipitante. Nous utiliserons aussi la variable qui correspond au contenu condens´e (cond). Elle repr´esente la somme des contenus en nuages et en pr´ecipitations et correspond au contenu en eau totale moins la vapeur d’eau. Ces variables “globales” (somme de plusieurs variables) sont pr´esent´ees dans la figure 2.7.
(a) Rapport de m´elange des nuages (g.kg−1) (b) Rapport de m´elange des pr´ecipitations (g.kg−1)
(c) Rapport de m´elange en eau condens´ee (g.kg−1)
Fig. 2.7 – R´esultats de la restitution microphysique de r´ef´erence I : Rapport de m´elanges des variables “globales” a) Nuages b) Pr´ecipitations c) Eau condens´ee = Eau totale -Vapeur d’eau.
2.3. Restitution de r´ef´erence
La vitesse moyenne de chute est aussi calcul´ee par le mod`ele (cf figure 2.8). Elle est utilis´ee notamment dans le calcul des diff´erents processus et dans les ´equations de continuit´e du contenu en eau. Les gouttes de pluies ont des vitesses de chutes nettement sup´erieures aux cristaux de neige. Les vitesses moyennes de chutes de la pluie varient entre 3 et 5 m.s−1 dans la partie stratiforme et entre 5,5 et 7 m.s−1 dans la convection. Alors que pour la neige, la vitesse moyennes de chute est de l’ordre de 0,5 m.s−1, et de l’ordre de 3 m.s−1 pour les graupels.
(a) Vt pluie (b) Vt Neige
Fig.2.8 – R´esultats de la restitution microphysique de r´ef´erence I : Vitesses moyennes de chute (m.s−1) des hydrom´et´eores calcul´ees par le mod`ele pour a) la pluie et b) la neige
En plus des variables r´esolues par la m´ethode de restitution microphysique, d’autres variables sont diagnostiqu´ees par le mod`ele, comme la r´eflectivit´e radar ou le taux de pr´eci-pitation (cf figure 2.9). Ces variables diagnostiqu´ees sont importantes car elles permettent une comparaison directe avec les donn´ees.
On notera que la forte r´eflectivit´e dans la partie convection est comparable aux figures de r´eflectivit´es du RONSARD (cf figure 3.6(c)). La partie convective est caract´eris´ee par des r´eflectivit´es de 50 dBz, alors que la partie stratiforme est caract´eris´ee par des r´eflec-tivit´es de 40 dBz. Les taux de pluies sont conformes aux classifications polarim´etriques (Evaristo, 2009) qui nous indiquent diff´erents classes de pluie en fonction du taux de pr´eci-pitations. Ainsi on retrouve des taux de pluie sup´erieurs `a 30 mm.h−1 dans la convection, moins de 10 mm.h−1 dans la partie stratiforme.
(a) R´eflectivit´e - Z (dBz) (b) Taux pr´ecipitant - RR (mm.h−1)
Fig. 2.9 – R´esultats de la restitution microphysique de r´ef´erence I : Variables diagnosti-qu´ees a) la r´eflectivit´e (dBz) b) le taux de pr´ecipitation (mm.h−1).
Les r´esultats de cette restitution avec un champ de vent synth´etique sont coh´erents avec les observations. Ils valident l’utilisation ult´erieure de champs de vent synth´etiques pour l’extrapolation des donn´ees r´eelles ou pour tester l’influence de la dynamique sur la microphysique.