Groupe de travail forçages et diagnostics communs : intercomparaison sur le cas Arm_Cu. E.Bazile, I.Beau, F.Couvreux, MP Lefebvre, C.

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1 Groupe de travail forçages et diagnostics communs : intercomparaison sur le cas Arm_Cu E.Bazile, I.Beau, F.Couvreux, MP Lefebvre, C.Rio

2 Projet Physique Commune Partage facilité de paramétrisations pour une analyse commune des résultats Deux environnements de paramétrisations physiques Outil Arpege 1D et son environnement d exemples existants Inclure «en bloc» la physique LMDz Activer soit la physique Arpege soit la physique LMDz 3 axes: Ondes Rayonnement Couche limite/convection/nuages

3 Cas étudiés dans le cadre de la physique commune: Toga_case_1: Convection profonde océanique Bomex: convection peu profonde océanique Rico_composite: petits cumulus océanique précipitants Eurocs_Cu: convection peu profonde continentale Eurocs_CVP_fg: convection profonde continentale

4 DEPHY depuis 2010 MUSC comme outil 1D commun? Non, plutôt interopérabilité des conditions initiales, forçages et post-traitements Débuter par les post-traitements en utilisant les formats déjà existant pour RICO et les cas Euclipse (composite et ASTEX) Première application pour le cas ARM_Cu Refaire tous les cas existants et de nouveaux (cf. présentation I.Beau, janvier 2011)

5 Format des fichiers 3 fichiers netcdf au format Euclipse (cf.format papier) profils initiaux: u,v,thetal,qt,rho, swup,swdn,lwup,lwdn scalaires : valeur instantannée toutes les 300s profils moyens (sur 1h) Pour le moment, toutes les variables ne sont pas présentes pour tous les modèles

6 But de cette présentation Montrer l'intérêt des diagnostics communs L'intercomparaison scientifique des résultats SCM vs LES sur un cas précis. Au LMD: aide à la mise au point de la nouvelle physique LMDZ pour CMIP5 ( cf special issue Climate Dynamics, Hourdin et al, Rio et al)

7 Arpege/Aladin ARP, L79, 300s AROME ARO, L79, 60s ARPEGE/CLIMAT GIEC AR5 CLI, L79, 300s LMDZ/NPv3 LMD, L40, 60s Coeff K-diffusion TKE-Cuxart & al (2000) (HL) modified for Ku TKE-Cuxart & al (2000) (FL) modified for Ku TKE-2.0/Mellor&Yamada 82 (Ricard Royer-93) TKE Mellor & Yamada (1974) L.Mixing length Bougeault & Lacarrère 89 Bougeault & Lacarrère 89 Quadratic profile (Lenderink & Holtslag,2004) l=l 0 *K z /K z +l 0 L 0 =0.2* zq dz/ q dz Blackadar Shallow convection Bechtold et al (2000) KFB Pergaud et al (2009) EDKF TKE-2.0/Mellor&Yamada 82 (Ricard Royer-93) Thermal plume: Hourdin 2002,Rio&Hourdin 2008, Rio 2010 Clouds Smith (90) f0,f1,f2 Bougeault (82) PDF/f0,f1,f2: Bougeault (82) CVPP: bi-gaussian distrib. (Jam) CVP: Bony & Emanuel 2001 Micro-physics Lopez modified ql,qi,qr,qs (PCS) Ice3 ql,qi,qr,qs,qg Kessler-Smith (1990) Precip: Emanuel (conv) L.Li (stratif) Optical properties: Bony&Emanuel Convection Bougeault 85 with modifications No Bougeault 85 (V3:cycle 18) Emanuel 93 + cold pools Grandpeix et al ale/alp Grandpeix et al 2010 Radiation ECMWF: LW=RRTM ECMWF: LW=RRTM ECMWF: LW=RRTM Arpege cycle 15

8 Nébulosité Heures locales

9 10h30LT 12h30LT ARO ARP ---- CLI ---- LMD LES Profils du vent zonal et méridien (m/s) a 10h30, 12h30, 14h30 et 16h30LT 14h30LT 16h30LT

10 10h30LT 12h30LT ARO ARP ---- CLI ---- LMD LES Profils de thetal (K) à 10h30, 12h30, 14h30 et 16h30LT 14h30LT 16h30LT

11 10h30LT 12h30LT ARO ARP ---- CLI ---- LMD LES Profils de Qt (g/kg) à 10h30, 12h30, 14h30 et 16h30LT 14h30LT 16h30LT

12 10h30LT 12h30LT ARO ARP ---- CLI ---- LMD LES Profils de TKE (m2/s2) à 10h30, 12h30, 14h30 et 16h30LT 14h30LT 16h30LT

13 10h30LT 12h30LT ARO ARP ---- CLI ---- LMD LES Profils de flux de masse (m2/s) à 10h30, 12h30, 14h30 et 16h30LT 14h30LT 16h30LT

14 10h30LT 12h30LT ARO ARP ---- CLI ---- LMD LES Profils de nébulosité à 10h30, 12h30, 14h30 et 16h30LT 14h30LT 16h30LT

15 10h30LT 12h30LT ARO ARP ---- CLI ---- LMD LES Profils d'eau liquide (g/kg) à 10h30, 12h30, 14h30 et 16h30LT 14h30LT 16h30LT

16 Bilan Les physiques avec des schémas en flux de masse (ARO et LMD) sont en meilleur accord avec la LES et en bon accord entre eux Les formats des fichiers sont-ils adaptés? Faut-il ajouter ou supprimer des variables? Faut-il ajouter des variables internes à certains schémas: entrainement/détrainement pour les schémas en flux de masse? Une moyenne horaire pour les profils est-ce suffisant?

17 champs qui dependent du temps et des niveaux verticaux: ======================================================= MEAN_THpx: température potentielle moyenne (K) x=1 moyenne sur tout le domaine x=2 moyenne sur les nuages x=3 moyenne sur tout ce qui n'est pas nuage x=4 moyenne sur les coeurs des nauges x=5 moyenne sur tout ce qui n'est pas les coeurs des nuages Format LES pour le cas Bomex MEAN_THLpx : température potentielle liquide (K) MEAN_THVpx : température potentielle virtuelle (K) MEAN_RVpx : rapport de mélange en vapeur d'eau (kg/kg) MEAN_RTpx : rapport de mélange d'eau totale (kg/kg) MEAN_RCpx : rapport de mélange en eau liquide(kg/kg) MEAN_PREpx : pression (Pa) MEAN_Upx : composante zonale (m/s) MEAN_Vpx ; composante meridienne (m/s) MEAN_CF2px: fraction nuageuse (tous les points tq rc> 10-6 kg/kg) RES_WRTpx: flux vertical d'eau totale resolu (m/s kg/kg) RES_WTHLpx: flux resolu verticale de temperature potentiele liquide (m/s K) RES_WUpx : flux resolu vertical d'u (m2/s2) RES_WVpx: flux resolu vertical de v (m2/s2) RES_KEpx : energie cinetique turbulente resolu (m2/s2) RES_RT2px: variance d'eau totale resolu (kg2/kg2) RES_THL2px : variance de temperature potentielle liquide resolue (K2) SBG_WRTpx: flux vertical d'eau totale sousmaille (m/s kg/kg) SBG_WTHLpx: flux sousmaille verticale de temperature potentiele liquide (m/s K) SBG_WUpx : flux sousmaille vertical d'u (m2/s2) SBG_WVpx: flux sousmaille vertical de v (m2/s2) SBG_TKEpx : energie cinetique turbulente sousmaille (m2/s2) SBG_RT2px: variance d'eau totale sousmaille (kg2/kg2) SBG_THL2px : variance de temperature potentielle liquide sousmaillee (K2) Les variables A_X: correspondent au meme champs que plus haut mais moyenné sur une heure donc disponible que sur six temps champs qui ne dépendent que du temps: ===================================== Q0 : flux chaleur sensible (m/s K) E0 : flux de chaleur latente (m/s kg/kg) BL_H : hauteur de couche limite LWP : liquid water path (g/m2) ZCB : hauteur de la base du nuage ZCF2TOT: fraction de nuage totale

18 La suite? Poursuivre le calcul de toutes les variables Produire les fichiers de profils initiaux Etendre l'intercomparaison aux modèles 3D, en conservant les mêmes physiques? Passer à des fichiers communs de conditions limites et forçages Quel sera le cas suivant étudié?

19 Idées Utiliser les diagnostics de F.Guichard developpés pour eurocs_cvp? Récupérer le logiciel graphique d'intercomparaison de R.Neggers?

20 Merci!

21 ARO ARP ---- CLI ---- LMD LES Profils de flux de thetal (W/m2) à 10h30, 12h30, 14h30, 16h30LT

22 ARO ARP ---- CLI ---- LMD LES Eddy diffusion for heat (m2/s) at 150,300,500,1250m Eddy diffusivity for heat (m2/s) at 150, 300, 500, 1250m

23 ARO ARP ---- CLI ---- LMD LES Flux sensible (W/m2) Flux latent (W/m2)

24 Brève description du cas Etude du cycle diurne de petits cumulus sur terre Données recueillies sur le site ARM-SGP le 21/6/1997 a/c 11h30TU et sur 15h Forçage par les flux de surface variant dans la journée Tendances grande échelle et radiatives prescrites << flux surface Le schéma de rayonnement a été désactivé 40 niveaux sur 4000m Pas de temps : 1 min. Référence LES meso_nhmi

25 Schéma d appel des deux physiques master.f90 Initialise common LMDz Boucle temporelle: Physique Arpege / Physique LMDz Physique ARPEGE: APLPAR Physique LMD: APLLMD Ecriture des fichiers de sortie Lecture des profils et forçages Arpege