CHAPITRE 4 : CAS DU 13 AOUT 2010 : MODELISATION D’UNE LIGNE DE GRAINS
4.2 Cas du 13 Août 2010 : configuration et résultats
4.2.3 Résultats
4.2.3.3 Suivi de la ligne de grains
Dans la section précédente, nous nous sommes intéressés à l’initiation de la convection et son amplification. À présent, nous axons notre étude plus particulièrement sur l’évolution du système convectif majeur de notre simulation, mis en évidence dans la section 4.2.3.1. Sur la figure 4-10, à la position (580, 390), on voit à partir de 11h une cellule qui suit une formation similaire à l’initiation analysée précédemment. Ensuite, elle s’amplifie et à 13h elle commence à prendre la forme d’une ligne, avec une extension horizontale d’une quinzaine de kilomètres.
Figure 4-18 : Trajectoire suivie par la ligne de grains principale de la simulation à travers les domaines n°2 (en bleu) et n°3 (en vert). Les croix bleues et vertes indiquent les points utilisés pour réaliser les coupes verticales de la figure 4-19.
Grâce à la figure 4-18, on peut suivre la trajectoire de cette ligne de grains principale à travers les domaines n°2 et n°3 entre 13h à 20h. On observe à travers cette figure que le déplacement du système est de plus en plus rapide au fil du temps. Durant les premières heures, il présente une vitesse d’environ 40 km.h-1
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Chapitre 4 : Cas du 13 août 2010 : modélisation d’une ligne de grains avec le modèle WRF
à une vitesse plus proche de 60 voire 70 km.h-1. Toutes les heures, une coupe verticale du champ de réflectivité a été réalisée aux points marqués d’une croix. De 13h à 16h, nous avons utilisé les données issues du domaine de simulation n°2 (car le système est trop proche du bord du domaine n°3), puis de 17h à 20h celles du domaine n°3. De plus, nous avons choisi d’effectuer ces coupes verticales selon un angle de 20°.
L’ensemble de ces coupes verticales constitue la figure 4-19. Afin de mieux comprendre l’évolution microphysique de cette ligne de grains, nous avons ajouté des iso-contours indiquant les rapports de mélange pour la pluie (en noir), le graupel (en bleu), et la neige (en orange). Ces trois types d’hydrométéores sont les principaux responsables de la réflectivité à une longueur d’onde de 10 cm.
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Chapitre 4 : Cas du 13 août 2010 : modélisation d’une ligne de grains avec le modèle WRF Figure 4-19 : Coupes verticales du champ de réflectivité réalisées à travers les domaines n°2 (de 13h à 16h) et n°3 (de 17h à 20h) aux points indiqués dans la figure 4-18, avec un angle de 20°. Les iso-contours noirs (resp. bleus) représentent les rapports de mélange de la pluie (resp. du graupel) pour des valeurs de 0,5, 1, 2, 3, et 4 g.kg-1. Les iso-contours oranges représentent les rapports de mélange de la neige pour des valeurs de 0,2, 0,5, 1, 2, 3, et 4 g.kg-1. Les lignes d’iso-contours de 4 g.kg-1 sont indiquées en pointillés.
Tout d’abord, on constate une propagation horizontale rapide du système vers l’ouest. Le système présent en x=495 km à 13h se trouve à la position x=460 km une heure plus tard. Il continue à se déplacer à une vitesse équivalente et même supérieure durant les heures suivantes. De plus, on voit une extension horizontale importante de la ligne de grains. L’enclume du système commence à se former dès 14h, sur une cinquantaine de kilomètres. Toujours à 14h, on observe l’apparition d’un second système en aval du nuage principal, à la position x=520 km. Ces deux cellules avancent dans la même direction, et à partir de 15h elles couvrent un domaine de 100 km. Cette expansion horizontale est également visible à 16h, où l’ensemble du système possède une taille proche de 150 km.
À partir de 17h, les coupes sont réalisées à travers le domaine de simulation n°3 (de résolution plus fine) mais sans changement d’échelle horizontale : la cellule positionnée en x=350 km sur la figure représentant la situation à 16h se trouve à 17h à la position x=290 km. De même, la cellule située à 420 km à 16h est indiquée une heure plus tard à 350 km. À 18h, la cellule individuelle placée à l’avant du nuage principal s’affaiblit, et l’activité convective à l’arrière du système décroît également, laissant place à une large zone stratiforme.
À partir de 19h, les caractéristiques propres à une ligne de grains africaine intense sont bien visibles. Un cœur convectif principal est présent à l’avant du système, large d’une vingtaine de kilomètres. Cette zone est le siège de précipitations intenses, mises en évidence par de fortes concentrations de pluie sur la figure 4-19. En altitude, le graupel, composé de gros cristaux, est présent en grande quantité. Le cœur convectif est le « générateur » de la ligne de grains, il entretient la convection du système. À l’arrière, l’enclume du système est peu active et s’étale sur près de 200 km. Dans cette partie stratiforme, les cristaux de neige dominent dans les hautes couches atmosphériques. Le début du processus de fonte de ces cristaux provoque l’apparition de la bande brillante située à environ 4,7 km d’altitude. À 20h, on constate l’apparition d’une zone plus intense au milieu de l’enclume du système (en x=310 km). On parle alors « d’embedded convection ».
Afin d’assurer une sécurité suffisante (et donc éviter un trop fort cisaillement de vent), les vols de la campagne Megha-Tropiques se sont toujours déroulés dans la partie stratiforme des systèmes convectifs, ce qui explique la présence importante de cristaux de neige dans les observations aéroportées, comme nous l’avons vu dans le chapitre 3 de ce manuscrit. Les quelques cœurs convectifs explorés par l’avion de façon inattendue étaient des cellules de type « embedded convection ».
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Chapitre 4 : Cas du 13 août 2010 : modélisation d’une ligne de grains avec le modèle WRF En suivant l’évolution du système entre 17h à 20h, les rapports de mélange des hydrométéores présentés sur la figure 4-19 nous permettent de comprendre le « moteur » du système convectif. On observe au niveau du front de la ligne de grains des concentrations de graupel et de pluie très élevés. Plus précisément, on voit que la zone située juste à l’avant de ce front (à 275 km à 17h, 232 km à 18h, 175 km à 19h, et 130 km à 20h) est la région où se forment de nouvelles cellules convectives qui viennent alimenter le système et maintenir son activité. Ce phénomène engendre le déplacement du système vers l’ouest, malgré le courant en direction de l’est présent dans les basses couches en amont de la ligne de grains (comme nous l’avons vu grâce à la figure 4-14).
Dans les sections 4.2.3.1 et 4.2.3.2 et 4.3.3.3, nous avons observé l’évolution temporelle de différentes grandeurs durant toute la simulation, ce qui nous a permis de constater la mise en place d’une ligne de grains intense en fin de journée. Nous nous sommes ensuite intéressés au déclenchement et au maintien de la convection dans WRF. L’évolution et le déplacement du système convectif majeur de la simulation ont également été analysés. Nous allons maintenant nous attarder sur le champ de réflectivité, en comparant les données en sortie du modèle avec les observations de terrain effectuées par les radars du MIT et Xport durant la campagne Megha-Tropiques 2010.