GROUPE DE PROJET MESONH
Compte-rendu de la réunion du 21 avril 2006
Rédactrice C. Lac, CNRM

Présents : S.Argence, N.Asencio, F.Bouttier, JP.Chaboureau, M.Covre, J.Escobar, D. Gazen, O.Geoffroy, C. Lac, F.Lascaux, P.Le Moigne, S. Malardel, C. Mari, T.Maric, I.Mallet, V. Masson, J.Noilhan, J.Payart, J.Pergaud, J.P. Pinty, S.Rémy, E. Richard, I.Sandu, C.Sarrat, O.Thouron, P.Tulet.

1. Informations générales

Licences

Le laboratoire de l'ONERA département optique (Franck Hélias) a fait une demande de licence Méso-NH pour réaliser des simulations d'aérologie à haute résolution, permettant de détecter et caractériser les « trous d'air ».

Implantation des routines polaires de MAR

Un projet d'implémentation des routines polaires de MAR dans Méso-NH est à l'étude, qui concernerait à la fois SURFEX (modèle d'érosion multi-couches et de transport de neige) et Méso-NH (turbulence en stable). Cette implémentation rendrait SURFEX et Méso-NH adaptés aux études polaires, dans l'objectif d'études de bilan de surface pour la détection du changement climatique (au travers d'AROME). E.Masciadri a également manifesté l'intérêt de ces développements pour la caractérisation de la turbulence optique sur l'Antarctique.

Coopération SIRTA/LAMP

Dans le cadre d'une action LEFE-IDAO, un projet de coopération LAMP/SIRTA/CNRM a été déposé sur la validation du modèle de microphysique mixte développé par V.Giraud-O.Thouron dans Méso-NH, pour les nuages peu ou pas précipitants incluant la phase glace. V.Giraud effectuera un séminaire en juin au CNRM sur les derniers travaux concernant ce schéma.

2. Travaux scientifiques

Amélioration de la convection peu profonde (S.Malardel)

Présentation

Les réglages précédemment menés sur le schéma KFB pour les nuages peu profonds, concernant la fermeture (à partir de w* calculé dans la turbulence) et la condensation sous-maille (introduction du sigma_conv) ont montré leurs limites sur des cas 3D dès lors que le déclenchement convectif avait lieu sur un nombre très limité de points. Des tests réalisés en 3D dans AROME ont effectivement montré une occurrence trop faible de la convection, aboutissant à une couverture nuageuse structurée en rouleaux uniquement générée par la turbulence. Par ailleurs, le schéma Eddy-Diffusivity-Mass-Flux (EDMF) implanté par P.Soares dans Méso-NH et reçu en janvier 2006 au CNRM a permis de réaliser des premiers tests encourageants, montrant une atténuation des structures parasites en rouleaux. Le schéma EDMF comporte d'une part un modèle d'updraft fonctionnant en cas sec ou nuageux, et d'autre part un calcul implicite des tendances des variables conservatives dans la turbulence. Les calculs de tendances associées au flux de masse ont depuis été externalisées de la turbulence, pour faciliter l'interprétation physique et permettre également l'implantation dans d'autres modèles. Mais un défaut du schéma EDMF sur les tests 1D est la discontinuité entre les contributions ED et MF dans la couche limite. Des améliorations du schéma de Soares sont donc envisagées, consistant à utiliser un modèle d'updraft basé sur KFB, ainsi que l'entraînement/détraînement pour la partie nuageuse. Les premiers résultats sont encourageants, mais ne permettent pas pour le moment un déclenchement d'updraft en CL sèche. Les efforts d'amélioration du modèle d'updraft vont se poursuivre, afin de viser une implémentation de la nouvelle convection peu profonde dans AROME d'ici septembre 2006. La mise au point du nouveau modèle d'updraft par S.Malardel et V.Masson bénéficie également de la contribution de J.Pergaud (thésard à TURBAU), qui l'utilisera ensuite pour développer une nouvelle formulation de la longueur de mélange.

Amélioration du schéma de rayonnement (O.Thouron)

Présentation

Dans le traitement des courtes longueurs d’onde, le calcul des flux nécessite des hypothèses de recouvrement des fractions nuageuses au sein d’une même colonne, qui peuvent être le recouvrement aléatoire (RA), le recouvrement maximum et aléatoire (RMA) et le recouvrement maximum (RM). Ces hypothèses sont utilisées dans le code radiatif pour calculer à la fois la fraction de ciel clair commune à toutes les mailles d’une même colonne (Cclair), et l’angle zénithal effectif (AZE). Jusqu’alors, l’hypothèse de recouvrement imposée dans Méso-NH était RMA, à la fois pour Cclair et AZE. O.Thouron a réalisé des comparaisons de simulations Méso-NH avec simulations SHDOM (ordonnées discrètes), avec pour Méso-NH des simulations de colonne totalement nuageuse, en mode LES (schéma à 2 moments) ou méso-échelle (schéma à 1 moment) puis de colonne partiellement nuageuse, à méso-échelle (schéma à 1 moment). Les conclusions sont que l’erreur sur le flux au sol est minimale avec l’option RMA pour Cclair, et RA pour le calcul de AZE. Par ailleurs, des erreurs ont été corrigées lors du calcul des propriétés optiques par transformation d’Eddington pour les différentes espèces d’aérosols. Enfin, une étude sur les ondes longues avec les 2 schémas LW et RRTM a montré, sur des cas de Sc, des différences significatives suivant le choix de la paramétrisation des propriétés optiques de l’eau nuageuse : Smith and Shine (1992) (SMSH) ou Savijarvi and Raisanen (1997) (SAVI). Lorsque la colonne est partiellement nuageuse, l’avantage est au schéma RRTM et SAVI, contre LW/SAVI pour une colonne totalement nuageuse. De plus, le schéma LW ne doit jamais être activé dans le cas de condensation sous maille. Les nouvelles options de recouvrement et les corrections d’erreurs sur le SW seront disponibles dans la prochaine version masdev4_7, associée à la bibliothèque de rayonnement rad3b.

Introduction de la sédimentation des gouttes de brouillard (S.Rémy)

Présentation

Une surestimation de l’eau liquide nuageuse dans les couches de brouillard induisait systématiquement une dissipation trop tardive. Des améliorations ont donc été apportées dans les schémas microphysiques C2R2 et ICE3. Pour le schéma à 2 moments, un terme supplémentaire relatif au refroidissement radiatif dans l’équation de sursaturation a été introduit pour l’activation des CCN. Le spectre de distribution des gouttelettes a été adapté aux nuages bas. Les modifications portées dans C2R2 ont permis d’ajuster un flux de sédimentation dans ICE3, en fonction d’un nombre d’aérosols activés dépendant du type de surface. Les 2 schémas ainsi modifiés montrent des améliorations significatives sur l’évolution du brouillard, même si un léger excès d’eau persiste, associé à un trop fort refroidissement. Ces améliorations seront testées rapidement en 3D, notamment dans une version test d’AROME. Elles seront également disponibles dans la prochaine version masdev4_7.

Amélioration de l’advection pour les scalaires (T.Maric)

Présentation

Les travaux concernant l’amélioration du schéma d’advection pour les scalaires se sont poursuivis en version eulérienne. Après le schéma centré du 4ème ordre (non défini positif), le schéma du 4ème ordre PPM a été implémenté pour les scalaires, avec différentes versions suivant les contraintes. La version complètement monotone a été retenue, et montre des améliorations significatives sur des cas tests simples, en terme de précision et de stabilité. Le schéma PPM impose par ailleurs un schéma temporel amont à 2 pas de temps. Des tests sont actuellement réalisés pour valider une configuration optimale où les variables dynamiques u,v,w seraient advectées avec le schéma centré du 4ème ordre (associé au leap-frog) et les variables scalaires (météorologiques et traceurs) avec PPM (schéma temporel amont). Le schéma centré du 4ème ordre sera d’ores et déjà intégré à la prochaine version masdev4_7 et montre parfois des différences non négligeables avec les schémas du 2nd ordre.

Evaluation de Méso-NH-Chimie sur Escompte (M.Covre)

Présentation

L’exercice d’inter-comparaison d’Escompte est en cours d’achèvement et a impliqué 18 jeux de modèles, avec parmi eux 3 modèles de chimie en ligne dont Méso-NH-Chimie ( http://medias.obs-mip.fr/escompte/exercice/HTML/exe.html). Les POI2 (6 jours) et 3 (3 jours) ont été simulées avec Méso-NH-C suivant 2 grilles imbriquées (9km et 3km), avec pour chaque période 1 seul run initialisé par l’analyse météorologique ARPEGE, et pour la POI2 une SST modifiée correspondant à celle du 21/06/01 (1er jour de la POI2) caractérisée par une eau plus froide (upwelling). Les différences les plus importantes sur la dynamique entre les modèles apparaissent sur la simulation des brises, avec pour Méso-NH une tendance nette à surestimer sa pénétration à l’intérieur des terres. Les hauteurs de couche limite à proximité du littoral sont en revanche assez bien restituées. Sur les champs chimiques, Méso-NH-C montre généralement une titration trop forte la nuit, notamment autour de l’étang de Berre, induisant de fortes sous-estimations nocturnes de l’ozone dans cette région industrielle. La journée, le modèle sous-estime fréquemment les pics d’ozone, pour des raisons à la fois dynamiques et chimiques. L’article d’inter-comparaison est en cours de rédaction, mais une recherche de l’amélioration des résultats avec Méso-NH-C va se poursuivre : d’un point de vue dynamique, les pistes d’amélioration sont une correction de la SST chaque journée à partir des données AVHRR d’une part, et l’introduction d’un rappel par rapport aux analyses d’autre part ( «nudging »). En effet, un seul run de 6 jours d’un modèle en-ligne sans assimilation induit un biais systématique par rapport aux analyses, celles-ci n’intervenant qu’à l’initialisation et aux limites latérales du grand domaine. Du point de vue chimique, la trop forte titration peut laisser supposer une surestimation des émissions d’oxydes d’azote.

Simulation du CO2 sur CarboEurope (C.Sarrat)

Présentation

Dans le cadre de la campagne CarboEurope qui s’est tenue en mai-juin 2005, des simulations de Méso-NH couplé en en ligne avec ISBA-A-gs ont été réalisées sur la journée du 27 mai, permettant un couplage à chaque pas de temps entre les concentrations de CO2 atmosphérique et les flux de surface d’assimilation, de respiration, les émissions anthropiques et les flux sur mer. Le modèle montre un bon accord sur l’hétérogénéité de la couche limite, avec une couche limite plus développée sur les forêts que sur les régions agricoles, associée au flux de chaleur sensible plus fort. Il reproduit également les hétérogénéités spatiales et temporelles du CO2, mettant en évidence le rôle prédominant de l’advection à l’échelle régionale. Le couplage avec Isba-A-gs et la paramétrisation des flux océaniques seront disponibles en masdev4_7, associée à la version Surfex1.2.

Amélioration du nesting pour le traitement de la surface (N.Asencio, C.Lac)

Présentation

Une option d’amélioration du grid-nesting a été ajoutée, qui consiste à remonter les champs 2D de précipitation au sol et de flux SW au sol du fils vers le père comme données d’entrée de la surface. L’ensemble des champs de surface dans la zone de recouvrement du modèle père sont ainsi modifiés (contenus en eau, termes du bilan radiatif), et sont maintenant en accord avec les champs du modèle fils. Cela modifie significativement la représentation des pluies et la dynamique du modèle père dans la zone de recouvrement, et peut même avoir quelques impacts sur la dynamique du père à l’extérieur de la zone de recouvrement d’une part (propagation de systèmes), et sur le modèle fils d’autre part. Les résultats sont présentés sur un cas d’Afrique de l’Ouest, et sur les épisodes précipitants de l’Aude, de l’Ile-de-France et de MAP POI2. Cette amélioration du nesting sera activable dans la prochaine version masdev4_7 par la namelist XWAY=3.

3. Développements techniques

Masdev4_7

L'élaboration de la masdev4_7 s'est poursuivie et intègrera un certain nombre de modifications :

A cela s'ajoutent la suppression des $n et un nettoyage de code, principalement pour faciliter le phasage vers AROME, ainsi que la suppression des options de compilation -Wv-Ma (ce qui impliquera un coût numérique plus élevé). Elle devrait être disponible fin juin 2006.

Site web Méso-NH

Le serveur du site web Méso-NH a été hors service, et un nouveau serveur le remplace : http://mesonh.aero.obs-mip.fr/mesonh/

Méso-NH à l'IDRIS

Un problème persiste dans le fonctionnement de Méso-NH sur IDRIS avec les procédures en masdev4_6 (bug5). Le problème est contourné par l'utilisation des Makefile. L'investigation par le LA se poursuit.

Dépôt CVS

L'ensemble des sources Méso-NH est maintenant déposé sous CVS et un serveur CNRM accessible par l'extérieur est en cours de mise en place. J.Payart a également actualisé les libtools sur le dépôt CVS. Mais le problème reste entier concernant les faibles débits de liaison sécurisée du réseau RENATER, sous protocole ssh, entre le CNRM et le LA. Les informaticiens de Méso-NH déplorent une fois de plus ces conditions imposées par les règles de sécurité informatique de Météo-France, qui constituent une entrave au bon fonctionnement de la gestion commune du modèle. Toutefois, une montée en capacité du réseau Renater pour Météo-France a dû être réalisée dans la semaine du 2 au 5 mai, qui devrait améliorer les débits.

La prochaine réunion du groupe de projet aura lieu durant la 1ère quinzaine de juillet au LA.