Réunion de lancement du projet LEFE DEPHY2

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1 Réunion de lancement du projet LEFE DEPHY2 Développement et Evaluation des PHYsiques des modèles atmosphériques BILAN 45 participants 25 CNRM, 12 LMD, 4 LGGE, 2LA, 1 LSCE, 1 GET septembre 2014 Observatoire Océanologique de Banyuls-sur-mer

2 Exposés de synthèse Paramétrisation de la couche limite Etat de l'art - Développement de l'approche en flux de masse pour les couches limites convectives dans les modèles du LMD et du CNRM - PDF bi-gaussienne pour les schémas de nuages de couche limite - Echanges autour de la stabilisation des schémas - Analyse conditionnelle des thermiques de couche limite à l'aide de traceurs - Nombreux cas 1D Enjeux actuels - Représentation des couches limites stables - Systématiser l'approche LES/1D pour assoir les développements - Généralisation des traceurs dans les simulations LES - Discussion autour du choix des variables conservatives pertinentes - Continuer les échanges sur les aspects numériques/algorithmiques, notamment sur la sensibilité à la résolution utilisée - Transport de quantité de mouvement - Représentation des brises - Couplage à la surface océanique et continentale

3 Exposés de synthèse Paramétrisation de la convection Etat de l'art - Travaux sur l'entrainement et la sensibilité des schémas de convection à l'humidité troposphérique - Travaux sur la fermeture des schémas de convection - Développement de la première paramétrisation des poches froides - Nouveau schéma unifié de convection PCMT - Approche stochastique pour le déclenchement Enjeux actuels - Les hypothèses de déclenchement des schémas de convection - L'interconnexion du déclenchement/fermeture/entrainement - L'organisation à méso-échelle - L'auto-adaptabilité à la résolution utilisée - Transport de moment - Rôle du cisaillement

4 Exposés de synthèse Paramétrisation des nuages et des précipitations Etat de l'art - Travaux sur les schémas statistiques de nuages dans tous les modèles - Peu de développements microphysique récents dans LMDZ - Développement du schéma à 2 moments LIMA dans AROME - Introduction d'un nombre de gouttelettes variable dans ICE3 pour la représentation du brouillard Enjeux actuels - Hypothèses microphysiques pour le rayonnement - Quelle complexité pour les schémas microphysiques des modèles de grande-échelle? - Comment utiliser l'expertise des CRM pour la microphysique des GCM? - Convergence des schémas d'arome et d'arpege - Complexification de la microphysique de LMDZ - Utilisation des observations satellite pour contraindre les paramètres nuageux

5 Exposés de synthèse Paramétrisation des flux de surface Etat de l'art - Passage de ORCHIDEE 2 couches à ORCHIDEE 11 couches - Amélioration de la représentation de la neige dans SURFEX - Un certain nombre de points communs dans les modèles de sol - Même modèle d'océan au CNRM et à l'ipsl Enjeux actuels - Besoin d'observations pour valider les modèles et les paramètres de surface: sur sites, par satellites - Modèle de neige commun dans ORCHIDEE et SURFEX? - Quelles variables pour le calcul des flux? - Importance de la thermique des sols et des nappes - Rôle des hétérogénéités de surface - Représentation de la couche limite atmosphérique, notamment stable - Prise en compte des vagues pour le calcul des flux océaniques

6 Exposés de synthèse Etat de l'art Approches et méthodologies pour le développement et l'évaluation des paramétrisations physiques - Simulations LES existentes validées par des observations - Batterie de cas 1D - Méthodologies intermédiaires: approches zoomées guidées/régionales et comparaison aux données sur sites (SIRTA, Dome C, AMMA, etc...), approche TransposeAMIP, simulateurs d'observables - Approche seamless au CNRM Enjeux actuels - Généraliser les formats communs d'entrée/sortie à tous les cas existants - Distribuer les sorties LES - Mettre en place des comparaisons systématiques au niveau des sites: avec les modèles grande-échelle et les modèles haute résolution. - Faire évoluer les cas 1D: couplage à la surface, RCE, WTG - Utilisation des données satellite au niveau processus - Gestion et utilisation des CRM grands domaines - Mettre en place des méthodologies adaptées pour progresser sur la question des biais

7 Groupes de discussions Enjeux identifiés Développement de paramétrisations Microphysique - Déterminer la complexité nécessaire à mettre en oeuvre dans les modèles de grande-échelle - Cohérence des hypothèses microphysiques pour le rayonnement - Effet des aérosols - Paramétrisation sous-maille des précipitations et lien avec la microphysique - Couplage des schémas statistiques de nuages avec les autres paramétrisations Actions coordonnées - Evaluation des modèles MESONH et AROME à partir des observations du SIRTA pour la représentation du brouillard. - Discussions à initier avec le LaMP à Clermont Ferrand sur les processus microphysiques. - Evaluation des microphysiques de MAR, LMD, ARPEGE en Antarctique avec les données de Dôme C. Pour les AMAs - Synthèse des études sur le brouillard? - Microphysique et rayonnement: exposé sur McICA? - Solliciter les chercheurs du LaMP

8 Groupes de discussions Enjeux identifiés Développement de paramétrisations Représentation des vents pour le couplage atmosphère/surface - Valider le transport de quantité de mouvement dans la couche limite (en convectif & stable) - Quelle formulation de la rugosité? Du frottement? - Calcul des flux de surface (importance des rafales, de l'état de la mer) - Transport de scalaires (neige & poussières) Actions coordonnées - Comparaisons des paramétrisations sur le cas GABLS4 - Représentation des rafales (état de l'art des formulations), leur impact sur les flux de surface et le soulèvement de poussière ou de neige - Evaluation des flux air/mer en revisitant le cas TOGA-COARE, ou sur le cas CINDY-DYNAMO ou en utilisant les données HYMEX - Besoin d'un état des lieux des paramétrisations de la rugosité Pour les AMAs - Session rafales

9 Groupes de discussions Enjeux identifiés Développement de paramétrisations Organisation de la convection et approches scale-aware - Besoin de cas d'études 3D avec références observationnelles et simulations LES/CRM sur grands domaines - Interactions convection/rayonnement - Déclenchement - Propagation - Paramétrisation de la turbulence dans les nuages dans les CRMs Actions coordonnées - Cas AMMA du juillet 2006: déclenchement, propagation, poches froides, couplage convection/ondes d'est, couplage surface continentale - Cas Cindy-Dynamo: Interactions convection peu profonde et profonde, convection/fux de surface, organisation, entrainement (prendre contact avec le LACY) - Cas Hector: rôle des brises, des hétérogénéités de surface (île), caractérisation des structures convectives, overshoot - De plus: étude des pluies extrêmes dans le cadre de REMEMBER. - Développements autour du modèle de poches froides Pour les AMAs - Session RCE?

10 Groupes de discussions Enjeux identifiés Impact des paramétrisations sur la prévision et le climat Climat polaire - Amélioration de la représentation de la couche limite stable - Représentation de la précipitation, la neige soufflée et les nuages - Problème de la sursaturation - Soulèvement de la neige - Représentation de la pluie en Antarctique (simple au double suivant les modèles, surestimée dans tous les modèles) Actions coordonnées - Participation française au cas 1D international GABLS4: AROME, ARPEGE, LMDZ, MAR, MESONH (1D et LES) - Intercomparaison MAR/MESONH-crocus pour la représentation de la neige soufflée à D17 - Intercomparaisons longues à Dôme C avec les modèles 3D: LMDZ, AROME, ARPEGE - Intercomparaisons sursaturation à Dôme C (données à confirmer) Pour les AMAs - Thèmes de la rugosité et des rafales

11 Groupes de discussions Enjeux identifiés Impact des paramétrisations sur la prévision et le climat Bilans d'eau et d'énergie à la surface continentale - Représentation de la neige - Dépendance inertie thermique-humidité - Prise en compte des nappes - Faire le point sur l'albédo et la rugosité - Biais continental chaud et sec en été - Méthodologies à exploiter: simulations guidées pour les comparaisons aux sites de mesures, simulations 1D couplées à la surface Actions coordonnées - Participation au cas 1D international DICE: LMDZ, ARPEGE, AROME - Comparaisons des bilans énergétiques dans LMDZ sur les sites AMMA-Catch - Besoin de mettre sur pied une communauté couplée surface/atmosphère (avec plus de personnes expertes des surfaces continentales) - Expériences de sensibilité couplées surface/atmosphère pour dissocier les effets d'humidité du sol et de l'effet radiatif des nuages sur les biais chauds continentaux (CNRM, IPSL) Pour les AMAs - Groupe de discussion sur l'impact des nuages et de la turbulence de couche limite d'une part et de l'état hydrique et thermique des sols d'autre part, sur les bilans énergétiques?

12 Groupes de discussions Enjeux identifiés Impact des paramétrisations sur la prévision et le climat Variabilité tropicale - Réfléchir à comment exploiter les outils et opportunités actuels: Simulations AMIP, Paléo, guidées, initialisées, RCE 1D et 3D, WTG, CRM grands domaines, observations satellites - Faire le lien entre les développements de paramétrisations et la variabilité simulée - Réduire les biais (paramétrisations versus tuning) Actions coordonnées - Comparaison des sensibilités de la circulation de mousson en Afrique de l'ouest à la physique entre LMDZ et le modèle 2D développé à MOANA - Evaluation de la représentation des ondes d'est dans ARPEGE et LMDZ - Dynamique à mettre en place autour de Cindy Dynamo (simus 1D, 3D, CRM, comparaisons aux obs) - Evaluation de la représentation du cycle de vie des sytèmes convectifs dans AROME et ARPEGE PNT avec Mégha-Tropiques (tracking). Pour les AMAs - Groupe de discussion ou session RCE ou Cindy-Dynamo?

13 A suivre... Suivi des groupes de discussion - Dynamique à mettre en place au sein des différents groupes - Organisation de réunions de travail en petits groupes autour de questions ciblées Les journées DEPHY aux Ateliers de Modélisation de l'atmosphère (19-20/01/2015) Pour la journée du 19 en plénière au CIC: - Une session Rafales : flux de surface, rugosité, vents dans la couche limite, soulèvement (Invitation de Anton Beljaars?) - Une session RCE : Analyses autour de simulations 1D, 3D, CRM, lien avec les observations pour la compréhension des interactions convection/rayonnement - Une session Couche-limite/nuages/bilans à la surface : effet des processus de couche limite et des propriétés des sols sur les bilans en surface Pour la journée du 20 en sous-groupes: - Un groupe processus microphysiques (avec participation du LaMP) - Un groupe Cindy-Dynamo : convection, flux de surface océaniques - Un groupe surface/atmosphère couplées Rôle de DEPHY dans la formation - Valorisation des exposés de synthèse? - Formation autour du contenu des modèles, des paramétrisations, des méthodologies (formation continue, école d'été?) Rôle de DEPHY dans l'initiation de projets ANR Projets sur les thématiques de DEPHY?

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