DS0101 -

Amélioration et calibration des paramétrisations des nuages de couche limite à partir de simulations haute résolution – HIGH-TUNE

Résumé de soumission

Les nuages de couche limite couvrent une large fraction de la surface terrestre, présentent un fort effet refroidissant et sont donc des éléments clés du système climatique. Ils contrôlent les bilans d'eau et d'énergie de l'atmosphère et affectent la température de la surface à différentes échelles. Ces nuages sont pourtant souvent d'échelle inférieure à l'échelle d'une maille d'un modèle de prévision numérique du temps ou d'un modèle de climat et sont donc représentés par des paramétrisations. Celles-ci consistent en une suite d'équations qui cherche à représenter les effets moyens sur les champs résolus par le modèle. La nature approximative de ces paramétrisations et les différentes approches utilisées pour déterminer les valeurs des paramètres libres présents dans les paramétrisations sont responsables de biais persistants des modèles globaux et expliquent une grande partie de la dispersion des prévisions climatiques.
L'objectif principal du projet HIGH-TUNE est d'améliorer la représentation des nuages de couche limite en se focalisant sur la dynamique de couche limite et leur impact radiatif. D'importants progrès ont été réalisés cette dernière décennie notamment via la comparaison de simulations uni-colonne des modèles globaux (SCM) avec des simulations 3D haute-résolution (LES) pour la même scène de nuages. Pour aller plus loin, le projet exploitera largement cette approche de comparaison SCM/LES et s'appuiera sur deux développements méthodologiques effectués dans d'autres domaines : i/ l'estimation de l'effet radiatif de ces nuages en utilisant un algorithme de Monte-Carlo appliqué aux sorties de LES et qui servira de référence pour l'évaluation et le tuning des paramétrisations et ii/ l'utilisation d'outils statistiques pour le développement d'une stratégie de tuning automatique qui seront appliqués à la comparaison SCM/LES. La combinaison de ces deux outils nous permettra (i) de réaliser le tuning énergétique des modèles sur la base d'études de processus et de proposer des valeurs de paramètres pour le tuning final des modèles globaux et (ii) d'améliorer la représentation des nuages et de déterminer en quoi elle dépend de la dynamique de couche limite et des approximations radiatives. Pour atteindre ces objectifs nous avons associé dans ce projet des statisticiens, des experts du rayonnement, de modélisateurs du climat et de l'atmosphère, des spécialistes des processus atmosphériques.
En plus de la détermination des gammes acceptables de valeurs pour les paramètres libres, le tuning automatique et les métriques radiatives fourniront une documentation approfondie du comportement des paramétrisations dans différents régimes nuageux. Cet outil sera utilisé pour revisiter les paramétrisations existantes et proposer de nouveaux développements tels: (i)l'introduction d'intrusions d'air sec, éléments clés du transport de vapeur d'eau et (ii) l'amélioration de la représentation sous-maille des hétérogénéités nuageuses, de l'impact de l'angle solaire et la revisite des hypothèses de recouvrement et (iii) l'amélioration des hypothèses concernant les propriétés optiques des nuages et la microphysique. Ces paramétrisations modifiées seront systématiquement testées en 3D et comparées à des observations in-situ et satellites.
Les principales retombées de ce projet sont (i) une première démonstration d'une stratégie de tuning à l'échelle des processus, avec comme métrique centrale, l'effet radiatif des nuages, (ii) la mise à disposition d'un code efficace pour les calculs radiatifs de scènes nuageuses 3D issues de LES et (iii) une amélioration de la représentation de ces nuages pour les modèles opérationnels et de climat via l'amélioration des paramétrisations et un meilleur tuning.

Coordination du projet

Fleur COUVREUX (Centre National de la Recherche Scientifique/ Centre National de Recherches Meteorologiques)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

CNRS/CNRM Centre National de la Recherche Scientifique/ Centre National de Recherches Meteorologiques
CNRS/LMD Centre National de Recherche Scientifique/ Laboratoire de Météorologie Dynamique
LAPLACE Laboratoire Plasma et Conversion d'Energie

Aide de l'ANR 405 352 euros
Début et durée du projet scientifique : novembre 2016 - 36 Mois

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