Comment représenter les - PowerPoint Presentation

Slide1

Comment représenter les haboobsdans les modèles de grande échelle

Florian Pantillon, Peter Knippertz, Hans-Jürgen Panitz et Ingeborg Bischoff-Gauß (KIT) John Marsham et Cathryn Birch (University of Leeds)Slide2

Comment représenter les haboobs dans les modèles de grande échelleEmission de poussières désertiques

Afrique de l’Ouest (Sahara et Sahel)Première source mondiale de poussièresImpact à distance

sur

la

météo

, la santé, …Grande incertitude sur les émissionsObservations directes raresObservations satellite difficilesModélisation très sensible au vent

21/1/2016

Panache de

poussières du Sahara (rose)qui a atteint l’Europe fin mars 2014

Meteosat-10 Dust RGB à 16 UTC 29 mars 2014

Projet ERC “Desert Storms” (2010-2015)pour mieux comprendre les processus météorologiquesà l’origine du soulèvement de poussières en Afrique de l’OuestKIT (PI: Peter Knippertz) & Leeds (PI: John Marsham)Slide3

Tempêtes de poussières de type „haboob“Introduites

par Sutton 1925, QJRMS, “Haboobs” :During certain seasons of the year the northern and central Sudan are subject to visitations of a very unpleasant type of sandstorm called “haboob.” (…) It is used generally to imply the passage of a dense mass of whirling sand usually accompanied by a strong wind. (…) the causes and definitive characteristics of haboobs

are more elusive.

Comment représenter les haboobs dans les modèles de grande échelle

21/1/2016Slide4

Caractéristiques

des

haboobs

Formation

liée

à la

convection

profonde

Courants

descendants

accélérés

par

l‘évaporation

de

précipitations

Propagation

d‘une

poche froidecomme un courant de densitéUn front de rafales de ventsoulève des poussièresHaboobs observés de ~1 à ~100 kmFennec (Sahara central, juin 2011) :>50% des émissions de poussières(Marsham et al. 2013, JGR; Allen et al. 2013 & 2015, JGR)Mais absents des modèlesà convection paramétrée(Marsham et al. 2011, GRL; Garcia-Carreras et al. 2013, GRL;Heinold et al. 2013, JGR; Largeron et al. 2015, GRL)

Comment représenter les haboobs dans les modèles de grande échelle

21/1/2016

cold pool

Besoin d‘une paramétrisationde haboobs pour les modèlesmétéo et climat de grande échelle

poche froide

courants

descendants

rafales

rafalesSlide5

Paramétrisation simple des vents de surfaceUtilise

le flux de masse descendantedu schéma de convection Mdd Mdd s’étale dans une poche froide de rayon R et hauteur hLa poche froide se propage

avec la

vitesse

radiale C = Mdd / 2πρRhLe vent radial croît linéairement avec le rayon dans la poche froideLa poche froide est entraînée avec la vitesse Cst = 0.65 UenvReproduit structure et intensité du vent dans une poche froide “jeune”

Contraintes

supplémentairesUne seule poche froide statique pas de couplage schéma conv.Rapport d’aspect

fixe h/R R = seul paramètre

libreComment représenter les haboobs dans les modèles de grande échelle21/1/2016

Paramétrisation

Convection

explicite

(

Pantillon

et al. 2015, JAS)Slide6

Calibration de la paramétrisationRéférence

: pas d’observations systématiques de haboobs simulation à convection explicite1. Identification des poches froides

Refroidissement

<

-1 K/h

Vitesses verticales > 0.5 m/s2. Estimation du soulèvement de poussières : “Dust Uplift Potential”(Marsham et al. 2011, GRL) DUP = ν U3 (1 + Ut/U)(1 – Ut2/U2)ν : fraction de sol nuU : vent à 10 mUt=7m/s: seuil de soulèvementSims

Cascade MOUM

juin-juillet 2006résultats

préliminaires prometteurs(Pantillon et al. 2015, JAS)Comment représenter les haboobs dans les modèles de grande échelle21/1/2016

Référence :

haboobs identifiés à dx=4kmRésultats : haboobs paramétrés à dx=12kmSlide7

Résultats étendus avec COSMO-CLM (RCM)Simulations

climatiques régionalesBasées sur CORDEX-Africa(Panitz et al. 2014, Clim. Dyn.)Année 2006 sur l‘Afrique du NordConditions initiales et latérales ERA-I

Différentes

résolutions

du modèleConvection explicite dx=2.8 km simulation de référence (EXPL)(Maurer et al., in prep.)Convection paramétrée (Tiedtke 1989)dx=50 km  simulation de contrôle (CTRL-P)dx=25 km  sensibilité à la résolution (HIRES-P)Comment représenter les haboobs dans les modèles de grande échelle21/1/2016

Pas de haboobs :

test pour la paramétrisation !

Contient des haboobs : référence pour la calibrationSlide8

Evaluation

I : précipitations modèle vs. satellite

Comment représenter les haboobs dans les modèles de grande échelle

21/1/2016

Régime

subtropicalRégime demoussonReprésentation de la mousson vs. TRMMEXPL : bon timing, amplitude trop faibleCTRL-P et HIRES-P : trop longue, bonne amplitude

Régime

secSlide9

Evaluation

II : vents modèle vs. stations de surface

Comment représenter les haboobs dans les modèles de grande échelle

21/1/2016

Régime

subtropicalRégime demoussonReprésentation des vents (DUP) vs. SYNOPEXPL : reproduit „hotspots“, Sahel surestimé  z0 !!!CTRL-P et HIRES-P : proche EXPL, vents

plus faibles

Régime

secDUP = ν U3 (1 + Ut/U)(1 – Ut2/U2)Slide10

Résultats

I : identification haboobs EXPL

Comment représenter les haboobs dans les modèles de grande échelle

21/1/2016

Atlas

: haboobs = 21% DUP total (25% mai-oct)Max au printemps : thalwegs des latitudes moyennes Cohérent avec obs SAMUM en mai-juin 2006(Knippertz

et al. 2007, JGR)

Sahel

Ouest : haboobs = 28%

DUP total (33% mai-oct)Max en été : mousson

 Cohérent avec obs AMMA en juin 2006(Flamant et al. 2007, QJRMS; Bou Karam et al. 2008, QJRMS)

Désert

de

Libye

haboobs

=

9%

DUP total

(11% May-Oct)Slide11

Résultats

II :

paramétrisation

haboobs

CTRL-PComment représenter les haboobs dans les modèles de grande échelle21/1/2016Atlas : DUP élevé mais cycle saisonnier erroné

Sahel

Ouest

: DUP élevé et cycle saisonnier reproduitDésert de Libye :DUP faible 

HIRES-P (dx=50

 25km) Faible sensibilité résolutionSlide12

Résultats

III :

paramétrisations

alternatives

Comment représenter les haboobs dans les modèles de grande échelle

21/1/2016

Basée

sur DCAPE = Downdraft CAPE(énergie potentielle des rafales descendantes)  haboobs déplacés vers le nord

≠ référence EXPL cycle saisonnier

≠ EXPL mais = observations ???Calibration R=cste  C=cste Faible sensibilité formulationSlide13

Bonus I :

identification haboobs COSMO vs. MOUMStructure spatiale (juin-juillet 2006)Maximum commun au Nord MaliCOSMO plus élevé au Sahel ~ z

0

Cycle

diurne

(juin-juillet 2006)Amplitude COSMO plus faibleCorrespond aux précipitationsComment représenter les haboobs dans les modèles de grande échelle21/1/2016

Unified Model 4 km

COSMO 2.8 km

Unified Model 4 km

COSMO 2.8 kmSlide14

Bonus II : résultats inattendus dans COSMO

Exemple EXPL : haboobExemple CTRL-P : cyclone ???Comment représenter les haboobs dans les modèles de grande échelle21/1/2016

Contours

:

température

à 925 hPa / 5 KContours : MLSP / 5 hPad‘autres biais à résoudre…Slide15

ConclusionsHaboobs = tempêtes de poussières

dues à des poches froides convectivesContribuent largement aux émissions de poussières en Afrique du NordAbsents des modèles de grande échelle à convection paramétrée



Paramétrisation

simple

basée sur le flux de masse descendante(Pantillon et al. 2015, JAS)Paramétrisation comparée à une simulation d’un an à convection expliciteReproduit distribution spatiale de haboobs et cycle saisonnier au SahelRobuste par rapport au modèle, à la résolution et à la formulation exacte Solution possible à un problème récurrent

des modèles de

grande échelle

(Pantillon et al. JGR, in rev.)Perspective : implémentation dans un modèle complet de poussières  Comparaison avec des mesures d’épaisseurs optiques d’aérosols (AOD)

Comment représenter les haboobs dans les modèles de grande échelle21/1/2016