Etude des processus convectifs et nuageux associés à la MJO et évaluation de leur représentation dans les modèles de climat en combinant des mesures d'humidité, de nuages et d'isotopes de l'eau – CONV-ISO

(1) Qu'est-ce que contrôle la capacité des modèles à représenter l'organisation de la convection à grande-échelle et l'effet de la convection sur son environnement?
-> Comparer des tests de sensibilité à la physique du modèle, en 3D avec vents guidé, ou en 1D avec vitesse verticale imposée
-> Comprendre la sensibilité
-> Compare les simulations aux données A-train/TES et IASI
-> Establir une grille d'interprétation des données isotopiques
-> Déduire des possibles biais des modèles dans leur simulation du rôle de la convection sur l'humidité de l'environnement
-> Suggérer des améliorations de la physique pour réduire ces biais

(2) Quels processus sont spécifiques de la MJO comparés aux autres modes de variabilité?
-> Comparer des composites d'évènements MJO et d'autres types d'évènements.
-> Comparer simulations et observations.

(3) Quels sont les roles relatifs de la représentation des processus convectifs et nuageux d'une part, et des rétroactions radiatives et dynamique d'autre part, pour expliquer les biais dans la simulation de la MJO?
-> Comparer des simulations 3D guidées et libres
-> Comparer des simulations 1D avec vitesse verticale imposée ou intéractive.
-> Comparer des tests de sensibilité.
-> Comprendre comment les biais physiques identifiés en (1) impactent la circulation de grande-échelle et la simulation de la MJO.

- La précipitation appauvrit plus la vapeur quand elle est liée à des processus stratiformes que convectifs. La proportion convective/stratiforme détermine la sensibilité de la précipitation à l'humidité troposphérique.
- La précipitation appauvrit d'autant plus la vapeur qu'elle est associé à un mélange profond et à un profil de vitesse verticale de grande échelle qui pointe vers le haut.
- Les évolutions conjointes de l'humidité et de la composition isotopique de la vapeur d'eau renseignent sur l'ordre de succession des différents processus physiques et des différents types nuageux au cours des évènements MJO.

- publier des articles
- faire le lien entre la représentation par les modèles des processus convectifs en dynamique imposée et la dynamique intra-saisonnière que produisent ces modèles en mode libre.
- étudier l'impact de l'organisation de la convection.

O. Tuinenburg, C. Risi, J.L. Lacour, M. Schneider, A. Wiegele, J. Worden, N. Kurita, J.P. Duvel, N. Deutscher, S. Bony, P.F. Coheur and C. Clerbaux. Moist processes during MJO events as diagnosed from water isotopic measurements from the IASI satellite. Submitted to Journal of Geophysical Research.

O. Tuinenburg, C. Risi, J.L. Lacour. Criticality for Different Precipitation Types in the Tropics. Submitted to Geophysical Research Letters.

L'oscillation de Madden-Julian (MJO) est le principal mode de variabilité de l'atmosphère tropicale. Mais depuis plusieurs décennies, les modèles de climat ont beaucoup de mal à en simuler les propriétés. Le développement est la propagation de la MJO implique l'intéraction entre de nombreux processus convectifs, nuageux, radiatifs et dynamiques, dont la représentation dans les modèles comportent des incertitudes. Ces mêmes processus jouent un rôle crucial dans les projections de changement climatiques.

Le but de ce projet est donc de comprendre pourquoi certains modèles de climat simulent les oscillations tropicales de Madden-Julian mieux que d'autres, et quels sont les processus physiques déterminants. Ces questions ne sont pas nouvelles. L'originalité de l'approche proposée ici est de combiner des observations de nuages, d'humidité et d'isotopes de l'eau. Une étude récente, à laquelle j'ai contribué, à en effet montré que l'évolution isotopique au cours de la MJO donnait une information complémentaire par rapport à l'évolution des variables météorologiques. Cette étude s'ajoute à plusieurs études montrant l'intérêt des isotopes de l'eau pour l'étude des processus convectifs.

Trois jeux de données seront analysés: (1) l'A-train, combinant données isotopiques par TES et nuageuses par Calipso et Cloudsat, avec l'avantage de la résolution verticale, (2) IASI, mesurant à la fois isotopes et propriétés nuageuses, avec l'avantage de la couverture spatiale, et (3) les mesures isotopiques, météorologiques et nuageuses sur le site ARM de Darwin, avec l'avantage de la résolution temporelle.

Ces données seront utilisées pour évaluer les simulations isotopiques avec le modèle de circulation général (GCM) LMDZ. Des tests de sensibilité aux processus convectifs et nuageux seront comparés pour identifier les processus clés dans la simulation de la MJO. L'utilisation de la nouvelle physique du modèle LMDZ, incluant une représentation améliorée de la convection et simulant mieux la MJO, est particulièrement pertinente dans ce cadre. La comparaison avec une version isotopique du modèle haute-résolution Méso-NH permettra d'évaluer de manière plus détaillée les processus convectifs. Différentes configurations du modèle LMDZ seront comparées pour quantifier les effets relatifs des biais dans la physique du modèle et des rétroactions dynamiques. LMDZ sera comparé à d'autres GCMs isotopiques pour vérifier la représentativité de nos résultats par rapport à la diversité des modèles de climats existants.

Les résultats attendus de ce projet sont:
(1) une grille de lecture pour interpréter les distributions conjointes d'humidité, d'isotopes et de propriétés nuageuses en termes de processus convectifs.
(2) une identification des processus critiques pour simuler la MJO et de ceux qui sont mal représentés dans les GCMs.
(3) des pistes d'amélioration des paramétrisations physiques.