Simulations LES sur grand domaine de l'initiation de la convection pendant AMMA

1. Simulations LES sur grand domaine de l'initiation de la convection pendant AMMA Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 system F. Couvreux, C. Rio, F. Guichard, M. Lothon, A. Gounou, D. Bouniol and G. Canut • Plan: • I/ simulation LES de référence: évaluation à partir des observations • II/ Sensibilité à la surface et aux conditions environnementales • III/ Couplage avec la surface Meteosat IR-10.8 image at 1800 UTC

2. Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Un cas bien documenté d’initiation de la convection lifting condensation level LCL (2m met station data) 4 km 2 km (Lothon et al., 2011) Convection locale diurne au-dessus de Niamey: • ARM Mobile Facility • Radar MIT • 4 Sondages à Niamey • vol de couche limite • mesures de flux AMMA CATCH • Données satellite Niamey Transition de convection peu profonde à profonde ~ 300km Image MSG cloud base height Couche limite sèche à nuageuse (courtesy D. Bouniol) 1st convective cell in Niamey (MIT)

3. Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Configuration de la LES ECMWF Sondages Advections grande échelle  Pas de schéma radiatif mais prescription d’un terme de tendance 6h 9h 12h 15h 18h 100 km rv q Profils initiaux (sondages à 0600) rv 20 km MATIN: Advection horizontale froide et humide du flux de mousson Dx=500m Flux de surface prescrits APRES MIDI: Advection verticale w=1.5cm/s H>>LE Conditions semi-arides Surface flux (W m-2)

4. Evaluation de la simulation: profils verticaux/ 2m Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Comparaison aux radiosondages et au sondage avion de l’ATR Rapport de mélange Température potentielle Comparaison aux variables de la station météorologique - simulation - observations Représentation des caractéristiques moyennes même si biais humide

5. Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Evaluation de la simulation:couverture nuageuse / base/sommet nuages (AMF lidar/radar) - - - - hauteur de couche limite (UHF) -.-.-. hauteur de couche limite simulée extension verticale des nuages Cvpp à partir d’images visibles (100x100 km²) * * Sommet nuageux à partir d’IR MSG Bonne représentation de la croissance de couche limite et du développement convectif

6. Evaluation de la simulation: structures horizontales Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 10h 18h Reference simulation Dx=500m High-resolution simulation Dx=200m MIT Radar

7. Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Etude des transitions: -> convection peu profonde/ profonde Vitesse verticale (m/s) de 14h à 18h Eau nuageuse de 14h à 18h h_nuage>150m

8. Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Tests de sensibilité: 1.résolution et taille du domaine : Domaine: 20x20 km² -> 200x200 km² Résolution de 200m -> 500m • 1.résolution et taille du domaine : • Domaine: 20x20 km² -> 200x200 km² • Résolution de 200m -> 500m • 2.Conditions initiales : • - + / - humide à différents niveaux - + / - stable - sans Jet d’Est Africain • 3.forçages: - flux de surface (H - ; Bo=1) - vitesse verticale de grande échelle ( 0 -> 3 cm/s) - advection horizontale • 1.résolution et taille du domaine : • Domaine: 20x20 km² -> 200x200 km² • Résolution de 200m -> 500m • 2.Conditions initiales : • - + / - humide à différents niveaux - + / - stable - sans Jet d’Est Africain • 1.résolution et taille du domaine : • Domaine: 20x20 km² -> 200x200 km² • Résolution de 200m -> 500m • 2.Conditions initiales : • - + / - humide à différents niveaux - + / - stable - sans Jet d’Est Africain • 3.forçages: - flux de surface (H - ; Bo=1) - vitesse verticale de grande échelle ( 0 -> 3 cm/s) - advection horizontale 4.microphysique: - précipitation impossible

9. Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Sensibilité au domaine et à la résolution : Besoin d’un domaine suffisamment grand (>= 100x100km²) -> initiation de convection Haute résolution -> meilleure description des structures de couche limite (attendu) mais évolution similaire

10. Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Sensibilité aux conditions initiales: + humide -> initiation + tôt quelque soit le niveau - Stable -> initiation + tôt peu-profonde et profonde, + précipitations et + fraction nuageuse, transition plus courte - Cisaillement -> cumulus + actif mais convection profonde - active

11. Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Sensibilité aux forçages : + Vitesse verticale grande échelle -> initiation + tôt et + précipitation advection horizontale -> peu sensible - Flux sensible -> pas d’initiation même si Bo - (i.e. + flux latent)

12. Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Sensibilité à la microphysique Rain No Rain Vertical velocity at 600m Processus précipitants -> impact sur la couche limite mais pas nécessaire au déclenchement

13. Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Avec schéma de surface Nlle Reference Large-scale advections rv q Initial profiles Homogeneous surface characteristics over the domain (soil moisture, temperature at 06Z from ALMIP) Surface scheme Role de la surface: Reference Large-scale advections rv q Initial profiles Prescribed surface fluxes Pour analyser le rôle de la surface : 1- rôle du couplage => schéma de surface /flux prescrits 2- rôle des hétérogénéités => conditions de surface homogène/hétérogène

14. Evaluation de la surface: Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 - albedo un peu sous-estimé - bonne partition du rayonnement net

15. Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Conclusions: • LES sur un grand domaine: - validé par rapport à l’ensemble unique de données : séquence diurne, l’initiation de la convection, l’outflow convectif • - Environnement semi-aride très peu étudié Test de sensibilité • Besoin d’un domaine suffisemment grand • Dans zone semi-airde besoin d’un flux sensible suffisemment fort • Confirmation des résultats de la litterature (rôle de l’humidité et de la stabilité) + rôle + complexe du vent • Pôches froides pas nécessaires pour l’initiation Couplages Surface –atmosphere : • Flux radiatifs et turbulents réalistes • Perspectives: - rôle des hétérogénéités de surface - comportement des paramétrisations dans cet environnement • References: - Lothon, M., B. Campistron, M. Chong, F. Couvreux, F. Guichard and C. Rio : 2011: Life Cycle of a Mesoscale Circular Gust Front Observed by a C-Band Doppler Radar in West Africa, Mon. Wea. Rev., 139, 1370-1388 - Couvreux F, Rio C, Guichard F, Lothon M, Canut G, Bouniol D, Gounou A: 2011. Initiation of daytime local convection in a semi-arid region analysed with high-resolution simulations and AMMA observations. Q. J. R. Meteorol. Soc. DOI:10.1002/qj.903

16. Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Variabilité à méso-échelle: température de surface 12h (MSG SEVIRI)‏ Wankama Banizoumbou Niamey hétérogénéités de surface à mésoéchelle générées par les pluies des jours précédents convection initiée sur la surface la plus chaude cohérence Taylor et al. (2010), Gounou et al. (2010)

17. Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Comportement des modèles de prévision sur ce cas obs pluie [6h-30h] cumul pluie [12h-24h] ARPTROPa=12h-0h ARPTROPb=36h-24h AROME ECMWF ERA-AMMA Différences importantes entre les modèles en timing, intensité, localisation

18. Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Etude des processus: courant de densité 100 km q à 600m à 18h Observations Sans précipitation at 1740 wake observed by RS cooler/ moister qv’ rt’ 7 K Simulations explicites simulation LES 100 km Référence

19. Journées Méso-NH – 13 octobre 2011 Evolution des indices convectifs : Conditions semi-arides : BLh haut, lfc haut augmentant après 09Z Baisse de CAPE après 10Z : non favorable soundings Reproduction des principales évolutions de ces indices par la LES