2013 - Gabrielle KAUFMANN - Encadrement Christelle BARTHE
"Validation d'un schéma microphysique à deux moments pour la modélisation explicite de la convection profonde"
Ingénieur des Travaux ENM

La microphysique a un fort impact sur la modélisation des précipitations associées aux systèmes convectifs profonds et rétroagit sur leur dynamique. Deux schémas microphysiques mixtes de Méso-NH sont ici évalués et comparés sur un cas idéalisé et sur un cas réel de convection profonde.
Le premier schéma microphysique à un moment (seuls les rapports de mélange sont pronostiques), ICE3 de Méso-NH/AROME, distingue trois espèces glacées en fonction de la taille des cristaux : la glace primaire, la neige et le graupel. Le second schéma microphysique, à deux moments, de [Morrison and Grabowski, 2008] (noté MG08) admet une seule distribution dimensionnelle pour la glace et distingue deux espèces glacées en fonction du processus à l’origine de la formation des cristaux : le dépôt de vapeur et le givrage. Trois concentrations sont pronostiquées pour les gouttelettes, les gouttes de pluie et la glace. Il a été développé dans le modèle américain WRF puis implémenté dans Méso-NH.
Le cas idéalisé concerne la ligne de grains de COPT81 et utilise les bilans des variables microphysiques comme outil d’analyse. Un diabatisme plus fort est simulé avec MG08, avec un courant de densité plus important dans les basses couches et un réchauffement plus fort dans la zone stratiforme de la moyenne troposphère, renforçant la dynamique du système. Il est causé par une quantité plus grande d’hydrométéores. Pour la microphysique chaude, MG08 favorise une transition eau nuageuse/eau de pluie par autoconversion décalée vers les petites gouttes par rapport à ICE3, renforçant la pluie dans la zone convective. Il produit également une quantité non négligeable d’eau surfondue entre -20° C et -40° C par l’ajustement à la saturation, consommée seulement en partie par la congélation homogène et la nucléation hétérogène produisant de la glace par dépôt jusqu’à haute altitude. Dans la moyenne troposphère, MG08 favorise les cristaux formés par dépôt plutôt que par givrage, qui sont en plus faible quantité. ICE3 permet au contraire la formation d’une plus grande quantité de graupel, principalement par givrage en moyenne troposphère.
Le cas réel correspond à la POI6 de la campagne de mesures HyMeX et plus précisément le matin du 24/09/12, où le développement d’une ligne de forte activité convective de type « bow echo » a été observé. Ce phénomène est généralement très sensible à la paramétrisation microphysique des particules mixtes. Les simulations de Méso-NH, à résolution horizontale de 2.5 km, initialisées le 24/09 à 0 h TU à partir des analyses AROME-WMED, sont réalisées avec les deux schémas microphysiques et comparées aux observations radar, pluviométriques et disdrométriques, au sol et aéroportées. Les précipitations au sol simulées sont en assez bon accord avec les observations entre 0 h et 6 h TU, avec un développement commun du « bow echo » observé. Il est toutefois simulé avec un léger retard, et l’activité convective
décline trop rapidement ensuite. Les différences sur la répartition verticale des hydrométéores entre les deux schémas microphysiques sont très similaires à celles obtenues sur le cas idéalisé. La comparaison avec les données microphysiques mesurées en altitude permet de discuter certaines d’entre elles. Cette étude
constitue une première étape dans l’évolution vers des schémas microphysiques mixtes à 2 moments dans Méso-NH/AROME.