CELLS

Porteur du projet : Christelle BARTHE (UMR 8105 - LACy)

Financement : CNRS / LEFE-IMAGO

Laboratoires participants : Laboratoire d’Aérologie (UMR 5560), NIHM (Bulgarie), Univ. of Sofia (Bulgarie)

Période : 2012 - 2014


Objectifs

 

Le principal objectif de ce projet est de valider et de poursuivre le développement d'un schéma électrique explicite dans le modèle méso-échelle Meso-NH (http://mesonh.aero.obs-mip.fr/). Un tel schéma dans un modèle de nuage résolu ouvre de larges perspectives :

  • Compréhension des phénomènes naturels d'électrisation et de décharges en nuage

  • Prévision immédiate et assimilation de la donnée «éclair»

  • Caractérisation de la phase glace dans les nuages et lien avec les micro-ondes

Dans un premier temps, l'algorithme initial de propagation des éclairs a été entièrement réécrit pour pouvoir simuler plusieurs systèmes orageux sur de grandes grilles et sur terrain complexe dans un cadre météorologique réel (Barthe et al., 2012). Le schéma électrique complet, nommé CELLS (Fig. 1), est implémenté dans la version standard de Meso-NH à partir de la version 4.9.

 

 

Figure 1 : Schéma de principe de CELLS

 

Cette nouvelle version optimisée du schéma électrique a permis de produire la première simulation d'un orage électrisé sur terrain complexe et couplée toutes les 6 heures aux analyses météorologiques d'AROME. Le cas d'étude choisi était l'orage du 6-8 septembre 2010 sur les Cévennes. Les résultats sont très satisfaisants avec une bonne distribution spatio-temporelle des éclairs si on le compare aux observations disponibles des réseaux ATDnet et LINET (Pinty et al., 2013).

 

 

Figure 2 : Carte de la densité d'éclairs (fl. km-2) sur 6 heures, simulée par Meso-NH (gauche) et observée par le réseau Linet (droite).

 

Une autre application originale de CELLS concerne la simulation de l'activité électrique d'un cyclone tropical idéalisé, initialisé par un bogus de vent. Le mur de l'œil présente des ascendances convectives avec des vitesses verticales de l'ordre de 10 m s-1 qui permettent la présence d'eau surfondue, nécessaire à l'électrisation du nuage.

 

 

Figure 3 : Coupes horizontale, nord-sud et est-ouest de la densité de charge électrique totale (nC m-3) et impacts d'éclairs (étoiles noires) dans un intervalle de 5 min autour de l'échéance.

 

Le schéma électrique est toujours en développement avec l'inclusion de nouvelles paramétrisations des processus d'électrisation (Tsenova et al., 2013), ou la prise en compte des effets électriques sur la vitesse de chute des hydrométéores.

Perspectives 

 

  • Calibration et la validation de CELLS avec des observations de réseaux «foudre» (Météorage, LINET, ATDNET, ZEUS, WWLLN) et du LMA (3D Lightning Mapping Array) pendant HyMeX

  • Evaluation du potentiel «éclairs» comme marqueur des variations d'intensité des cyclones tropicaux

  • Mise au point de « proxies » du taux d'éclairs ; le calcul explicite de la production de NOx par les éclairs

 

Publications

 

1. Barthe, C., M. Chong, J.-P. Pinty, C. Bovalo, and J. Escobar, CELLS v1.0: updated and parallelized version of an electrical scheme to simulate multiple electrified clouds and flashes over large domains, Geosci. Model Dev., 5, 167-184, doi :10.5194/gmd-5-167-2012, 2012.

2. Pinty, J.-P., C. Barthe, E. Defer, E. Richard, and M. Chong, Explicit simulations of electrified clouds : from idealized to real case studies, Atmos. Res., doi:10.1016/j.atmosres.2012.04.008, 2013.

3. Tsenova, B., C. Barthe, R. Mitzeva, and J.-P. Pinty, Impact of parameterizations based on rime accretion rate and effective water content on simulated with Meso-NH thunderstorms charge distribution, Atmos. Res., 128, 85-97, 2013.

4. Bovalo, C., Activité électrique et changements d'intensité des systèmes convectifs tropicaux dans le sud-ouest de l'océan Indien : observations et modélisation, Thèse de l’Université de La Réunion, 2013.

5. Barthe, C. , Convection profonde : de la microphysique nuageuse aux éclairs, Habilitation à Diriger des Recherches de l'Université de La Réunion, 2013.