Amélioration de la prévision du brouillard à l'échelle hectométrique dans le modèle AROME

Improvement of fog forecast hectometric scale with the forecast model AROME

Antoine, Salomé

Auteur moral
Université Toulouse 3 Paul Sabatier : UT3
Auteur moral
Honnert, Rachel ; Seity, Yann
Année de publication
2023
Résumé
<p align="justify">Le brouillard est un phénomène météorologique qui pose des problèmes aussi bien financiers que sécuritaires. Cependant, sa formation, puis son cycle de vie mettent en jeu des processus complexes qui le rendent difficile à prévoir. Le travail réalisé au cours de cette thèse a pour objectif d'améliorer les prévisions de brouillard du modèle à aire limité opérationnel de Météo-France, AROME (Applications de la Recherche à l'Opérationnel à Méso-Echelle). Au cours de cette thèse, nous avons implémenté diverses améliorations dans le modèle de prévision AROME:~nous avons à la fois raffiné les résolutions horizontales et verticales, utilisé le schéma microphysique à 2 moments LIMA (Liquid Ice Multiple Aerosols) et ajouté un processus important pour la représentation du cycle de vie et de la structure du brouillard, le dépôt. Cette nouvelle configuration du modèle a été évaluée sur l'hiver 2019-2020 à partir des données d'observation de la récente campagne de mesure SoFog3D. Cette campagne de mesure, dédiée à l'observation du brouillard et à la compréhension des processus tridimensionnels en jeu s'est déroulée dans le Sud-Ouest de la France entre octobre 2019 et mars 2020. Une étude statistique a permis de mettre en évidence les défauts de la configuration actuelle d'AROME et d'évaluer l'apport de développements récents sur la prévision de brouillard. D'une part, l'amélioration de la résolution verticale du modèle permet de réduire à la fois les retards à la formation et la sous-estimation des brouillards fins. En effet, abaisser le premier niveau du modèle et réduire l'épaisseur des niveaux au-dessus de la surface facilite la propagation du refroidissement radiatif de la surface à l'atmosphère. D'autre part, l'utilisation du schéma à 2 moments LIMA et la prise en compte du dépôt permettent de rendre plus réalistes les concentrations en gouttelettes dans le nuage et de réduire la surestimation des contenus en eau nuageuse. Dans un second temps, l'analyse de différentes Périodes d'Observations Intensives (POIs) de la campagne SoFog3D a permis de tester de nouvelles améliorations possibles et de comprendre quelques problèmes résiduels du modèle. Il est apparu que les concentrations d'aérosols qui initient la formation des gouttelettes de brouillard étaient surestimées. Nous avons testé sur un cas d'étude l'impact de l'utilisation d'une population d'aérosols plus réaliste sur les prévisions de brouillard. Cet impact est très marqué sur les champs de contenu en eau nuageuse et sur les champs de concentration en gouttelettes. À la suite de la campagne SoFog3D, et d'une première évaluation des simulations AROME, il est apparu que ce dernier tendait à sur-estimer la présence de brouillard dans la zone d'étude. Plusieurs POIs ont ainsi été déclenchées sans que le brouillard ne se forme ou ne se développe vraiment au site principal de mesure. Si dans certains cas une mauvaise prévision de la situation synoptique peut impacter fortement la prévision de brouillard dans le modèle, le non-développement du brouillard au Super-site pendant les différentes POIs étudiées était le plus souvent dû soit à l'advection ou à la formation d'un nuage de type stratocumulus, soit à la présence d'un jet de basse couche. Même si les processus en jeu lors de ce type de situations sont relativement bien représentés dans les simulations AROME, les brouillards prévus étaient généralement trop persistants. Différentes explications ont pu être mises en avant: des brouillards trop épais et/ou au contenu en eau trop important et des processus turbulent, peut-être pas assez actifs, mais conduisant à une dissipation trop lente du brouillard. Nous avons néanmoins pu noter l'apport de l'utilisation du schéma microphysique LIMA et de la prise en compte du dépôt sur les situations étudiées. Les brouillards prévus sont plus fins, moins homogènes, avec des contenus en eau plus faibles et plus proches de la réalité, ce qui contribue à une dissipation plus précoce.</p>
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