Cycle annuel de la mousson africaine et couplage végétation-atmosphère dans un cadre idéalisé 2D

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1 Cycle annuel de la mousson africaine et couplage végétation-atmosphère dans un cadre idéalisé 2D Philippe Peyrillé, A. Boone and J.-P. Lafore CNRM, Météo-France & CNRS, France 17 Juillet Juillet 2006 Conférence Prévisibilité du Climat Tropical Toulouse, 1-3 juin 2010

2 Contexte AMMA La mousson africaine: Système couplé océan-continent-atmosphère Nombreuses interactions de processus et d échelles différentes Objectif: Mieux comprendre le système mousson, en particulier le couplage continent-atmosphère Végétation et Mousson Africaine: Effet du couplage végétation-atmosphère important à l échelle climatique (Zeng et al. 99, Eltahir et al ) modification de l albédo de surface A l échelle annuelle, beaucoup moins d étude: Liu et al (2006) montrent à partir d observation qu une rétroaction existe à l échelle annuelle Questions posées: Impact du couplage végétation-atmopshère sur le cycle annuel de la mousson? Quels processus sont impliqués?

3 Méthodologie Simplifier le système : Forte symétrie zonale sur l Afrique de l Ouest => on peut utiliser un modèle 2D méridien-vertical pour représenter la MAO Modèle: 2D méridien / vertical à partir de Meso-NH (Lafore et al. 1998, Peyrillé et al. 2007) permets de représenter les éléments clés de la MAO Ocean: moyenne climatologique sur 10W-10E (Reynolds et al. 2004) Continent (végétation type, types de sol, albédo, ): moyenne climatologique sur 10-10E à partir d Ecoclimap (Masson et al 2003) 2 Simulations : REF: Cycle annuel de la végétation prescrit CPLED: Végétation couplée

4 Plan Introduction Simulation de référence Comparaison végétation couplée vs prescrite Conclusions

5 Equilibre du système Pluies du modèle (mm/j) moy. Glissante 30J Année 1 Année 2 Année 3 Année 4 Durée de simulation : 4 années Chaque année: cycle saisonnier de la ZCIT variabilité saisonnière différente d une année à l autre Au bout de 3 ans => système équilibré.

6 La simulation de référence Vent méridien (m/s), θ Heat Low (mauve), ITD (jaune) Contenu en eau intégré (g/kg) ITD (jaune), ZCIT (bleu) temps temps On retrouve dans le modèle 2D: - les flux de basses couches - le régime de pré-mousson et régime sahélien - le gonflement du Heat Low, le «saut de mousson» - Défauts: mousson trop au nord, progression linéaire Le modèle 2D reproduit les grandes caractéristiques de la MAO

7 La simulation de référence 0 Pluies LAI Ecoclimap (mm/j) (prescrit) ZCIT ITD temps Décalage entre les pluies et la végétation = > effet du «non-couplage»

8 Plan Introduction Simulation de référence Comparaison végétation couplée vs prescrite Conclusions

9 Types de végétation simulés Ecoclimap Simulation couplée temps temps Prairies: bien reproduites Défaut: forte réactivité des arbres persistants prairie tropciale La «vraie mousson» : entre ecoclimap et ISBA-Ags pour la prairie

10 Simulations: CPLED-REF θe difference CPLED - REF Différence CPLED :REF : θ (K) 2 2 Différence CPLED REF: LAI m /m LAI difference : REF - CPLED ITCZ Latitude ITD Time time Time Avec Végétation interactive: - Printemps: - Heat Low plus chaud, moins de végétation sur le Sahel - Végétation plus développée entre 5 et 10 N - Régime de mousson plus stable - Eté: - Heat Low situé plus au nord - Croissance de la végétation sur le Sahel et pluies plus étendudes vers le nord Le couplage végétation/atmosphère favorise la montée des pluies vers le nord

11 Zoom sur la 1ère période θe difference : CPLED - REF Latitude Latitude θ difference : CPLED - REF Temps Temps 1) Mars Avril: Faible humidité sur le Heat Low Augmentation du flux solaire incident => Heat Low plus chaud Gradient thermique renforcé => flux de mousson plus fort 2) Avril Mai Juin : Humidification entre 5 et 10 N

12 Zoom sur la 1ère période Flux de chaleur latente à la surface : CPLED - REF Latitude Evaporation flux (W/m2) Avril: Temps LE=LETR+LEG REF CPLED LE LETR Latitude Mars Avril - Mai: Pic de flux de chaleur latente pour une végétation interactive : => Alimente l atmosphère en humidité => Lié à une augmentation de l évaporation : la végétation évapore plus sur 5-10 N dans l expérience couplée La côte guinéenne apporte une contribution majeure pour l humidification du bord sud du Heat Low

13 Schéma conceptuel : Printemps dans la simulation REF Printemps dans la simulation CPLED: ETAPE 1 - Végétion plus développée à 5N - Plus d évaporation => Advection d humidité renforcée par le gradient thermique

14 Schéma conceptuel : Printemps dans la simulation REF Printemps dans la simulation CPLED: ETAPE 2 Amplication du gradient de θe => Déplacement de la mousson vers le nord

15 Plan Introduction Simulation de référence Comparaison végétation couplée vs prescrite Conclusions

16 Conclusions Mise en place d un cadre d étude du cycle annuel de la MAI et des couplages avec la surface 1er résultat: Le couplage végétation-atmosphère favorise la montée de la mousson vers le nord Mécanisme: - Augmentation du gradient thermique au sud du Heat => Flux de mousson en basses couches plus intense - Flux de chaleur latente renforcés sur le Golfe de Guinée liés au développement de la végétation => Advection d humidité renforcée sur le Sahel On peut étudier le couplage végétation-atmosphère à partir du modèle 2D Travail actuel et perspectives: Remise à jour de ces résultats Analyse de la dynamique atmosphérique au cours du cycle annuel Analyse du couplage continent-atmosphère pour des anomalies de SST typiques années humides/sèche Couplage avec l océan

17 Contenu en vapeur d eau intégré (IWV) REF CPLED temps temps CPLED - REF temps