Situation météorologique globale

Dans un premier temps, nous cherchons à évaluer la capacité du modèle WRF à reproduire la situation météorologique observée réellement lors de la journée du 13 août 2010 dans la région de Niamey, telle que nous l’avons décrite dans la section 4.2.1 de ce manuscrit.

Le domaine 1 de notre simulation a une résolution horizontale de 8 km, ce qui constitue un maillage trop grand pour analyser les phénomènes de convection de façon explicite. Le domaine 2, de résolution 2 km semble plus adapté pour avoir une vue d’ensemble de la région. La figure 4-9

représente des coupes horizontales à 3 km d’altitude du rapport de mélange en eau nuageuse toutes les deux heures entre 10h et 00h pour ce domaine intermédiaire. Sur cette figure et sur l’ensemble des coupes horizontales qui suivront dans ce chapitre, les iso-contours gris représentent la topographie du domaine, avec une résolution de 100 m.

On peut constater que les premières cellules convectives se forment aux alentours de 10h. Jusqu’à 14h, leur nombre augmente fortement, mais elles restent des cellules isolées. À partir de 16h, celles-ci commencent à fusionner et à s’organiser en amas nuageux plus importants et plus intenses, avec des valeurs de rapport de mélange en eau nuageuse au-delà de 2 g.kg^-1 au cœur des systèmes. Ce phénomène aboutit à la formation d’une ligne de grains bien marquée à 20h et qui suit un axe nord-sud, et se déplace vers l’ouest.

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Chapitre 4 : Cas du 13 août 2010 : modélisation d’une ligne de grains avec le modèle WRF

Figure 4-9 : Coupes horizontales à 3 km d’altitude pour le domaine de simulation n°2 représentant le rapport de mélange en eau nuageuse Qc à 10h, 12h, 14h, 16h, 18h, 20h, 22h, et 00h.

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Chapitre 4 : Cas du 13 août 2010 : modélisation d’une ligne de grains avec le modèle WRF

Figure 4-10 : Coupes horizontales à 3 km d’altitude pour le domaine de simulation n°2 représentant la réflectivité toutes les heures entre 10h00 et 21h00.

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Chapitre 4 : Cas du 13 août 2010 : modélisation d’une ligne de grains avec le modèle WRF

Afin de mieux observer sa mise en place, la figure 4-10 représente des coupes horizontales à 3 km d’altitude du champ de réflectivité, toutes les heures entre 10h et 21h. On peut voir que jusqu’aux alentours de 18h, les cellules convectives individuelles fusionnent progressivement, en particulier au niveau de leur zone stratiforme. Puis à partir de 18h, les noyaux convectifs commencent à s’aligner pour former une ligne de grains qui semble atteindre son maximum d’intensité vers 21h. Les mêmes observations peuvent être faites sur d’autres variables, telles que le rapport de mélange de pluie ou de vapeur d’eau, non montrées ici.

À travers la figure 4-11, nous avons choisi de compléter notre analyse par l’illustration des champs de température et de vent vertical à 1,5 km d’altitude et à un instant donné, à 21h (au moment où la ligne de grains est la plus active). Sur cette figure, on peut retrouver les caractéristiques essentielles d’un MCS : à l’avant du système, la température chute, avec seulement 15°C (en bleu sur la figure de gauche), et l’on note la présence de forts courants ascendants (en rouge sur la figure de droite), supérieurs à 5 m.s^-1. À l’arrière, dans la partie stratiforme du nuage, on distingue plutôt des courants descendants (jusqu’à 5 m.s-1) et des températures légèrement supérieures à celles du cœur convectif.

Comme nous l’avons fait dans notre étude de la situation météorologique réelle (cf. section 4.2.1), on peut également, pour notre simulation, s’intéresser à l’évolution temporelle de grandeurs thermodynamiques afin de constater le passage de la ligne de grains. La figure 4-12 représente l’évolution de la température à 2 m du sol et celle de la vitesse du vent horizontal à 10 m du sol, pour le point de grille qui se trouve au centre du domaine de simulation n°3 (représenté en pointillés sur la

figure 4-11), avec une valeur toutes les 10 min. On peut remarquer que durant l’ensemble de la durée de la simulation, plusieurs systèmes nuageux passent sur la région étudiée. Chacun d’entre eux est caractérisé par une baisse de température et une augmentation du vent horizontal. Cependant, on peut clairement différencier deux types de perturbations. D’une part, on observe de petits systèmes isolés (notamment vers 10h ou entre 13h et 14h), qui modifient peu et de manière très temporaire les valeurs de température et de vent. Ces variations sont d’ailleurs lissées sur les courbes en utilisant un intervalle de temps de 15 ou 20 minutes entre deux mesures (non montré ici). D’autre part, on voit que trois systèmes convectifs majeurs sont passés sur ce point de grille durant la simulation : le premier autour de 12h, le second vers 15h30, et le dernier peu après 18h. C’est ce dernier système qui est le plus intense et qui est illustré sur la figure 4-11. On le voit alors quitter le troisième domaine de simulation à 21h, ce qui implique qu’il se soit déplacé entre 18h et 21h à une vitesse avoisinant les 65 km.h^-1, ou 18 m.s^-1. Cette vitesse semble similaire à celle de la ligne de grains observée dans la réalité, illustrée par les figures 4-5 et 4-6.

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Chapitre 4 : Cas du 13 août 2010 : modélisation d’une ligne de grains avec le modèle WRF

Figure 4-11 : Coupes horizontales à 1,5 km d’altitude pour le domaine de simulation n°2 représentant la température (à gauche) et le vent vertical (à droite) à 21h. Des vitesses verticales positives (resp. négatives) impliquent une ascendance (resp. subsidence). Les rectangles en pointillés noirs représentent le domaine de simulation n°3.

Figure 4-12 : Évolution temporelle de la température à 2m (en bleu) et du vent horizontal à 10m (en rose) au centre du domaine de simulation n°3 pendant notre simulation avec WRF, avec un point toutes les 10 minutes.

Le modèle WRF parvient donc à simuler des systèmes convectifs organisés à partir de la fusion et de l’intensification de cellules convectives isolées. Ces résultats sont en accord avec les observations de terrain en ce qui concerne la localisation des systèmes, puisque la ligne de grains se forme dans la région située au Sud-Est de Niamey. En ce qui concerne la direction de propagation du MCS, nous avons vu dans la section 4.2.1 que le système convectif se déplace vers le nord-ouest. Dans

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Chapitre 4 : Cas du 13 août 2010 : modélisation d’une ligne de grains avec le modèle WRF

notre simulation, la composante ouest de ce déplacement est bien présente, mais la composante nord semble largement sous-estimée. Enfin, la ligne de grains la plus intense se forme, dans la simulation, plus tard que dans la réalité. Selon les observations, le système atteint Niamey en début d’après-midi, ce qui n’est pas le cas dans le modèle, où la ligne de grains passe sur la capitale du Niger dans la soirée. La trajectoire et l’évolution temporelle du système simulé ne sont donc que partiellement en accord avec le système réellement observé. Ce phénomène peut notamment s’expliquer par des données d’entrée (les conditions initiales fournies par le centre européen) insuffisamment fiables, ou un mauvais traitement dans la dynamique propre du modèle.