LEFE/IMAGO LIMA-TROPIC : Interactions aérosols naturels - microphysique dans les systèmes convectifs tropicaux

L’enjeu face à la menace cyclonique est de prévoir à la fois la trajectoire, l’intensité et les principales conséquences associées au passage d’un cyclone sur ou à proximité des terres (vent violent, pluies torrentielles, houle, marée de tempête). La difficulté de la prévision de ces différents éléments réside dans la multitude des processus physiques impliqués, et dans la variété des échelles concernées.

Le projet LIMA-TROPIC (2017-2019), financé par le programme LEFE, se focalise sur le rôle de la microphysique nuageuse dans le développement des nuages cycloniques. Dans cet objectif, nous développons une chaîne « émission et transport d’aérosols – activation/nucléation – microphysique » pour la modélisation des nuages au sein du modèle communautaire Meso-NH (Lac et al., 2018, GMD) (Figure 1). Il s’agit d’un outil numérique unique et original pour appréhender les interactions aérosols-microphysique-rayonnement-dynamique.

Figure 1 : Schéma de principe du couplage aérosols-microphysique dans le modèle Meso-NH. Les boîtes grises représentent les modules de Meso-NH/SurfEX. Les boîtes colorées sur la gauche représentent les conditions initiales et aux limites. Les échanges entre les différents modules de Meso-NH/SurfEX sont représentés par les flèches noires associées au texte en italique.

 

En collaboration avec le Laboratoire d’Aérologie et le LATMOS, et grâce à une synergie modélisation – observations, on peut proposer des améliorations à ce schéma pour le contexte tropical et cyclonique. A travers des analyses de sensibilité sur une simulation à échelle kilométrique du cyclone tropical Dumile (2013), on a montré notamment que :

  • l’utilisation d’un schéma microphysique à 1 moment produit un système trop intense et symétrique avec une trajectoire trop à l’ouest par rapport à la best-track. Dans la simulation couplée aérosol-microphysique à 2 moments, les sels marins sont produits préférentiellement dans les régions de vent forts et de vagues, ce qui renforce les asymétries convectives par rapport à la simulation avec un schéma à 1 moment.

  • l’utilisation d’un schéma à 2 moments sans émission de sels marins conduit à un affaiblissement très fort de Dumile après 24 heures de simulation en raison de la consommation et du lessivage des aérosols interstitiels dans le cœur du système. L’importance de bien prendre en compte les émissions de sels marins associées aux vents forts et aux vagues est un point critique pour la simulation de systèmes à longue durée de vie qui génèrent leurs propres noyaux de condensation (Hoarau et al., 2018, JGRA).

     

Des simulations additionnelles (Bejisa, 2014 ; Berguitta, 2018…) sont en cours de réalisation pour évaluer la robustesse de ce schéma en intégrant notamment le couplage océan-vagues-atmosphère développé dans le cadre du projet ANR DiMe (Figure 2). Ce système numérique sera aussi appliqué à des cas de pluies intenses locales sur La Réunion, comme les précipitations intenses du 29 août 2017.

Figure 2 : Champs issus d’une simulation du cyclone Bejisa (2014) avec le système Meso-NH/WW3/CROCO utilisant le couplage ORILAM-LIMA. Sont illustrés : le vent à 10 m, la hauteur significative des vagues, le flux d’aérosols marins, la concentration en CCN libres à 631 m d’altitude, la concentration en CCN activés à 631 m d’altitude, l’épaisseur de pluie et l’épaisseur de glace intégrées sur la colonne.

 

On évaluera aussi l’apport des processus secondaires de formation de la glace primaire (raindrop shattering, collisional ice breakup) et la différenciation des formes de cristaux de glace sur la structure microphysique et dynamique du système.

 

Publications associées :

  • Hoarau, T., C. Barthe, P. Tulet, M. Claeys, J.-P. Pinty, O. Bousquet, J. Delanoe, and B. Vié, Impact of the generation and activation of sea salt aerosols on the evolution of Tropical Cyclone Dumile. J. Geophys. Res. Atmos., 123. https://doi.org/10.1029/2017JD028125, 2018.

  • Hoarau, T., J.-P. Pinty, and C. Barthe, A representation of the collisional ice break-up process in the two-moment microphysics scheme LIMA v1.0 of Meso-NH. Geosci. Model Dev. Discuss., https ://doi.org/10.5194/gmd-2017-287, en révision.

  • Vérèmes, H., C. Listowski, J. Delanoe, C. Barthe, P. Tulet, D. Roy, and F. Bonnardot, Spatial and seasonal variability of clouds over the South Indian Ocean based on DARDAR cloud classification product. En préparation pour soumission à J. Geophys. Res. Atmos.