GROUPE DE PROJET MESONH
Compte-rendu de la réunion du 16 décembre 2004
Rédacteur C.Lac, CNRM

Présents : F.Bouttier, J. Escobar, D. Gazen, G. Hello, C. Lac, JP Lafore, S. Malardel, I. Mallet, C. Mari, V. Masson, J. Noilhan, J.P. Pinty, E. Richard, M. Tomasini, P.Tulet, G.Zängl.

1. Informations générales

Licences

Deux nouvelles licences ont été signées avec l'INRA Bordeaux d'une part, dans le cadre d'un projet sur l'impact des OGM afin d'étudier la dispersion du pollen de maïs à méso-échelle, et avec l'Université de Rome d'autre part, pour des travaux en mécanique des fluides.

Réunion des utilisateurs

La 3ième réunion des utilisateurs Méso-NH se tiendra les 7-8 mars 2005 au CIC à Météo-France. Le premier appel à contributions a donné lieu à 18 propositions. Un second appel sera réalisé début janvier, avec notamment des sollicitations d'exposés.

Stage utilisateurs

Le prochain stage se déroulera du 7 au 9 février 2005.

Convention d'utilisation Meso-NH

Le projet de convention CNRS/UPS/Météo-France, qui traitait des utilisations à but scientifique et/ou commercial de Méso-NH, a récemment été signé (information connue après la réunion). Un autre texte devrait maintenant intégrer la contribution de Méso-NH dans les utilisations d'AROME. Il souhaiterait également être informé des applications commerciales de Méso-NH. C.Lac fournit la liste des quelques applications déjà réalisées.

2. Travaux scientifiques

Diffusion horizontale (G.Zängl, Université de Munich)

Le traitement de la diffusion numérique " horizontale " dans les modèles dont les niveaux verticaux épousent la topographie, peuvent introduire des erreurs significatives en zone montagneuse, particulièrement dans les zones de forts gradients verticaux. La diffusion sur la température, par exemple, tend à refroidir l'air dans les vallées, et à réchauffer au dessus des montagnes. De même, la diffusion sur la vapeur d'eau tend à assécher l'air dans les vallées et à humidifier sur les sommets. G.Zängl a introduit dans MM5 une modification de la diffusion horizontale (Zängl, MWR 130, 1423-1432), dans le but de réduire ces effets non physiques, et propose de l'introduire dans Méso-NH. Le principe est le suivant: en utilisant une interpolation verticale, une diffusion horizontale vraie est calculée à tous les niveaux modèle pour lesquels cela est possible sans intercepter le relief. Près du sol, la diffusion est traitée différemment pour le vent, l'humidité et la température. Pour le vent, une transition simple de diffusion le long des niveaux modèle est utilisée. Pour les variables microphysiques, une combinaison de diffusion horizontale vraie sur un côté (c'est-à-dire la " moitié " du schéma en différence centré de la dérivée quatrième) et de diffusion ajustée suivant le relief le long des niveaux modèle, est implémentée. Ce qui signifie que le coefficient de diffusion est fortement réduit quand les points de grille sont localisés à des hauteurs très différentes. Pour la température, la diffusion horizontale sur un côté n'est pas utilisée car cela modifie la circulation de pente de manière non physique : on introduit alors une correction de gradient de température, afin de rendre la diffusion neutre par rapport au gradient thermique.
Des simulations idéales de brises de vallée dans les Alpes sont utilisées pour tester les modifications. Dans l'état original, Méso-NH comme MM5 ne reproduit pas correctement le vent du fait d'erreurs relatives à la diffusion. Avec le schéma de diffusion modifié, les modèles capturent les caractéristiques essentielles de la brise. Mais cette modification a un impact également important dans l'atmosphère libre. JP Lafore émet le souhait que cette modification soit testée sur un cas idéal plus simple, afin de s'assurer que la diffusion ne gomme pas des effets physiques en plus des instabilités numériques. Cette modification pourrait être introduite après la masdev4_6.
A l'occasion de ce travail, un défaut du modèle a été mis en évidence pour des couches de surface stables et sans vent. Une limitation du nombre de Richardson et du coefficient de mélange (analogue à celle utilisée par le code MM5) a permis provisoirement de régler le problème.

Traitement du mélange dans les nuages et impact sur les vitesses verticales extrêmes dans les orages (M.Tomasini)

Le problème est une surestimation des vitesses verticales dans les nuages, et le remède simple et efficace est d'augmenter la longueur de mélange l* des flux turbulents horizontaux. Le cas test est la ligne de grains du 04/08/94 sur l'Ile-de-France étudié par V.Ducrocq dans QJMRS, 2000. Sur ce cas, le problème apparaît principalement quand la basse résolution (BR, Delta x=2500m) n'est pas couplée à la haute résolution (HR, Delta x=400m), avec une surestimation de la TKE dans la basse stratosphère, et une sous-estimation dans la troposphère. Cela vient du fait qu'une résolution horizontale de 1 à 5km ne permet pas de résoudre les forts gradients à l'interface avec le nuage, notamment les petits tourbillons (l'épaisseur de l'interface étant de l'ordre de 100m). La solution proposée est d'augmenter la longueur de mélange spécifique au nuage d'un coefficient K. Sur le cas test, l* est dopée à 5 DELT (Rappel : pour DELT, en TURB3D) dans le nuage, et maintenue à BL89 en ciel clair. L'effet pour la BR non couplée est de baisser la TKE dans la basse stratosphère, et d'augmenter dans la troposphère, se rapprochant ainsi de la BR couplée. Les conséquences de ce dopage sur le flux sous maille u'(rv'+rc') de la BR non couplée sont une augmentation des intensités des extrema (50% plus fort) et un étalement sur la verticale. La w est alors diminuée (à souligner que le choix BL89 ou DELT en ciel clair ne change pas les w). Cela modifie également la structure des précipitations sur ce cas, en renforçant le courant de densité à l'avant et en augmentant l'intensité des pluies (de l'ordre de 10%). Cette augmentation des précipitations est du même ordre de grandeur sur la cas MAP du 02/11/99 (IOP14), et de 20% au bout de 6 heures sur le cas du Gard (08/09/02).
V.Masson confirme l'intérêt de doper la longueur de mélange, mais souligne la difficulté de généraliser à tous les types de nuages. Il rappelle que DELT n'est pas adapté aux nuages de couche limite, où l* doit être indépendant de la résolution verticale. Il préconise alors un dopage de BL89. Sur la question de l'intégration de la masdev4_6, il a été décidé d'introduire la mécanique d'interface de modification des vitesses verticales, et d'introduire cette option dans un prochain cycle.

Version AMMA-2D de Méso-NH - Tests de sensibilité sur KFB et rayonnement (P.Peyrillé, JP Lafore)

MOANA utilise une version 2D de Méso-NH en cas idéal, dans le cadre de la préparation d'AMMA, avec une extension horizontale 30°S-30°N, résolution horizontale 70km, et des périodes simulées de l'ordre de 10-15 jours à partir de conditions initiales homogènes. Dans la zone saharienne, entre 20°N et 30°N, caractérisée par de la convection peu profonde au dessus d'une CLA haute, et une forte évaporation (Saharan Heat Low), le schéma de convection KFB crée un refroidissement confiné près du sol. Il est consécutif à une évaporation très forte des précipitations, alors que cette évaporation devrait se produire jusqu'à la base des nuages (généralement située vers 3-4 km). Ce défaut provient du fait que le l'évaporation n'a lieu que dans les downdraughts (routine convect_downdraft.f90) et précisément dans la couche de détraînement, fixée à une épaisseur de 60hPa au dessus du sol (variable IDDT). La modification, conseillée par P.Bechtold, consiste à permettre le détraînement, non plus sur 60hPa, mais sur l'épaisseur entre la base du nuage et le sol. Le test montre une forte modification de l'équilibre thermique du Heat Low, avec un refroidissement moins fort près de la surface, et mieux distribué sur la verticale. Cette modification de la couche de détraînement, plus satisfaisante physiquement, sera intégrée dans la masdev4_6. Concernant le rayonnement, JP Lafore souligne une modification significative de la tendance radiative entre la masdev4_4 et la masdev4_5, avec notamment une zone de réchauffement radiatif dans la haute troposphère au dessus de la Heat Low, qui descend trop bas vers 12km. Ces différences, de l'ordre de 0.3K/jour, peuvent causer des biais importants sur une plus longue intégration temporelle.

3. Développements en cours

AROME (F.Bouttier)

Gestion d'une bibliothèque commune AROME/Méso-NH (F.Bouttier)

F.Bouttier a écrit un document sur la gestion des codes de PN à Météo-France, traitant notamment de la gestion communautaire du code AROME et du module de surface externalisé, qui doit être validé avant diffusion. Un paragraphe est consacré aux modalités de gestion avec Méso-NH, à partir des premières propositions rédigées par G.Hello. Il confirme la nécessité que les modules physiques Méso-NH utilisés dans AROME restent communs. Ces modules doivent être gérés comme une bibliothèque commune, avec de fréquentes synchronisations entre les deux groupes. La procédure proposée est un phasage annuel de cette bibliothèque entre les deux modèles, résultant en un nouveau masdev pour Méso-NH, sous contrôle d'un comité regroupant des gestionnaires des codes Méso-NH et ARPEGE/ALADIN. Les modifications de la bibliothèque pourront être introduites par les deux communautés, et seront dans un cas général activables dans les deux modèles, chaque communauté souhaitant fortement profiter des développements de l'autre.

AROME/ARPEGE : Interface dynamique/physique (F.Bouttier)

JF Geleyn a fait récemment des propositions d'interface dynamique/physique des codes PN, permettant une harmonisation qui intégrerait les différentes options adoptées par AROME, Méso-NH, ALARO, ARPEGE et HIRLAM. Ces propositions entraîneraient des réaménagements structurels importants des codes, et notamment de Méso-NH, imposant des règles strictes et l'utilisation de logiciels de contrôle d'auto-cohérence complexes. Cela nécessiterait un travail considérable d'analyse technique, de codage et de maintenance, dont les retombées scientifiques seraient limitées. Le LA appuie la position du groupe AROME et des personnes du CNRM impliquées sur Méso-NH, à savoir que les ressources actuellement disponibles sur les deux projets ne permettent pas d'effectuer ce travail d'adaptation, et restent consacrées aux priorités d'amélioration de la physique, dans l'intérêt des deux modèles.

4. Service aux utilisateurs

MésoNH applications

Une première version du mode scénario, développée par l'ICAM, a été installée avec succès au LA. Il permettra une connexion à distance par le web, et une exécution de Méso-NH sur tous les types de machines. Des améliorations seront introduites d'ici fin janvier, comme le fonctionnement en batch. L'installation du mode prévision (configuration figée) est en cours au LA, puis à MF/DP.

Libtools

Une version actualisée de l'ensemble des libtools (i.e l'outil graphique, les convertisseurs de fichier, l'outil de compression, ...) sera disponible sur le web sous CVS anonyme, en même temps que le masdev4_6 : il permettra d'extraire les sources de libtools et de rester sous contrôle CVS.

5. Planification des travaux

La réalisation du masdev4_6 est en cours (travail I.Mallet et V.Masson). Dans l'état actuel, la surface externalisée a été intégrée, et validée sur plusieurs cas réels (notamment MAP et Escompte avec la chimie). La deuxième version va maintenant intégrer l'interaction glace/turbulence, les séries temporelles, l'initialisation/bogussing des cyclones, la modification de la couche de détraînement, l'interface de modification des vitesses verticales.
En revanche, elle ne devrait pas prendre en compte la paramétrisation des éclairs dans le schéma de convection, qui pose actuellement problème.

La prochaine réunion du groupe de projet aura lieu le 28 Janvier à 9h30 au CNRM.