Observation 3D des brouillards du Sud Ouest pour l’étude des processus – SOFOG3D

Le brouillard perturbe fortement les transports terrestres, aériens ou maritimes, entraînant des pertes en vies humaines et des coûts financiers importants. Bien prévoir le brouillard est donc un enjeu essentiel pour limiter leur impact sur les activités humaines. Cependant il reste encore beaucoup d’incertitude sur les interactions entre les différents mécanismes pilotant la variabilité du brouillard aux très fines échelles.
L’objectif principal du projet SOFOG3D est d’approfondir notre compréhension des processus mis en jeux, afin d’améliorer la prévision du brouillard par les modèles de prévision numérique du temps (PNT). SOFOG3D vise à conduire des études de processus sur des épisodes très bien documentés, en s’appuyant sur la synergie entre des simulations numériques 3D à résolution métrique (LES) et des observations 3D très précises.
Une campagne expérimentale se déroulera durant l’hiver 2019/2020 dans le sud-ouest de la France, qui est particulièrement exposé aux épisodes de brouillard,pour fournir une description 3D des propriétés de la couche limite durant ces évènements. La stratégie d’observation consiste à combiner des profils verticaux fournis par des instruments de télédétection innovants (radiomètre micro-ondes - MWR-, radar nuage et lidar Doppler) et par des mesures in-situ sous ballons captifs, avec des observations locales fournies par un réseau de stations de surface, et par une flotte de drones, afin d’explorer les hétérogénéités spatiales du brouillard.
Trois domaines imbriqués, de l’échelle régionale (300x200 km) jusqu’à l’échelle locale du super-site (10x10 km) seront instrumentés avec une densité croissante de moyens. Sur le super-site seront réalisées en particulier des mesures radiatives, de flux turbulents de chaleur et d’humidité, des propriétés des aérosols et de la microphysique du brouillard et de dépôt d’eau liquide ; sur trois zones présentant des caractéristiques de surface différentes (types de végétation, nature du sol, cours d’eau, relief), afin d’étudier l’impact des hétérogénéités de surface sur le brouillard et sur l’anisotropie de la turbulence. Un objectif instrumental est aussi d’améliorer la restitution des profils de température, d’humidité et de contenu en eau liquide en combinant les mesures de radar nuage et de MWR. Ces données seront validées à partir des mesures in-situ des ballons captifs, des radio-sondages et des drones.
Des simulations LES des cas les mieux documentés seront réalisées afin de fournir une description 3D de la couche de brouillard et de l’atmosphère au dessus. Validées par les observations, elles offriront des diagnostics pertinents pour l’analyse en complément des études expérimentales. Elles permettront de valider des avancées récentes sur les paramétrisations physiques (schémas radiatifs, de turbulence et microphysique à deux moments), et d’évaluer l’impact des hétérogénéités de surface sur le cycle de vie du brouillard.
Les études de processus visent à identifier les paramètres clés qui vont déterminer le type de cycle de vie du brouillard, tels que les brouillards optiquement fins ou les brouillards adiabatiques plus épais, les affaissements de stratus ou les stratus persistants, les brouillards se dissipant le jour ou les brouillards persistants. Elles se concentreront notamment sur l’impact de l’entraînement au sommet du brouillard, le bilan d’énergie en surface, l’impact des aérosols sur le refroidissement radiatif et sur la microphysique, et sur la période de dissipation.
SOFOG3D apportera ainsi des éléments d’amélioration des paramétrisations physiques pour les modèles de PNT. Enfin, l’impact sur la prévision de l’amélioration des conditions initiales, grâce aux observations combinées de MWR et de radar nuage, sera évalué par assimilation dans un modèle à résolution kilométrique à l’aide d’un schéma d’assimilation variationnelle d’ensemble innovant. Les résultats de SOFOG3D ouvriront ainsi de nouvelles perspectives pour mieux prévoir le brouillard.