Etude du cycle de vie du brouillard durant la campagne LANFEX: impact de la dynamique en terrain vallonné et des processus microphysiques
Ducongé, Léo
Study of fog life cycle in the context of LANFEX field experiment: impacts of dynamical processes over hilly area and microphysical processes
Le brouillard est un phénomène météorologique résultant d'interactions complexes entre les processus de surface, dynamiques, turbulents, radiatifs et microphysiques, rendant sa prévision délicate. De plus, dans les zones vallonnées, les conditions thermodynamiques présentent des hétérogénéités spatiales qui peuvent impacter les conditions de brouillard, avec notamment la mise en place de vents de vallée nocturnes que sont les courants de drainage. Le premier objectif de cette thèse est d'étudier l'impact de ces circulations sur le cycle de vie du brouillard au sein de vallées à différentes géométries, leur conférant des conditions météorologiques propres. Le second objectif de la thèse est d'évaluer l'impact des processus microphysiques sur le brouillard radiatif et notamment du schéma microphysique à 2 moments LIMA. Cette thèse utilise ainsi des observations tri-dimensionnelles de brouillard recueillies pendant la campagne LANFEX, à savoir la POI 12 sur les collines du Shropshire du Pays de Galles et la POI 1 autour du site quasi-plat et homogène de Cardington. Le modèle Méso-NH est utilisé afin de mieux comprendre les processus en jeu dans le cycle de vie du brouillard, avec des simulations à haute-résolution en configuration réelle sur le Shropshire et en mode LES idéalisées sur Cardington. L'analyse des observations de la POI 12, représentative de l'ensemble des POI de LANFEX sur le Shropshire, montre une grande variabilité des brouillards entre des vallées pourtant proches avec des brouillards plus fins dans les vallées étroites et plus épais dans les vallées larges. Une analyse de la simulation par bilans d'eau nuageuse et de température, pour laquelle une représentation graphique originale sous la forme de Fonctions de Distribution de Probabilités est proposée, a permis de mettre en évidence l'importance des processus non-locaux dans la génération de cette variabilité. Ceux-ci sont très variables et en moyenne peu actifs dans la vallée large où les processus locaux sont prépondérants dans la formation du brouillard. En revanche, ils contribuent à limiter cette formation locale dans les vallées étroites, soumises au régime de drainage, menant à un brouillard plus fin. En favorisant également la dissipation du brouillard dans les vallées étroites, les processus non-locaux sont responsables d'un cycle de vie du brouillard plus court. De plus, les courants de drainage s'opposent au refroidissement radiatif sommital des brouillards en phase mature, freinant la production d'eau associée. Enfin, des brouillards de nature purement advective sont mis en évidence sur des zones de resserrement où les circulations s'accélèrent, tandis que la formation locale est moins limitée par la destruction non-locale dans les zones plus larges telles que les bassins. Sur le même cas, des tests de sensibilité à la microphysique ont montré que celle-ci était d'une importance secondaire en zone de terrain complexe où ce sont principalement les circulations à fine échelle qui pilotent le cycle de vie du brouillard. L'analyse de la POI 1 a ensuite permis une évaluation du schéma à 2 moments LIMA. Le diagnostic de sursaturation maximale entraîne une trop forte activation des aérosols en gouttelettes, surestimant l'épaississement optique du brouillard. La prise en compte de la perte de vapeur d'eau sur les gouttelettes déjà formées permet de corriger ce problème uniquement pendant la phase de formation, lorsque les valeurs de sursaturation maximales sont encore faibles. Une simulation pronostiquant la sursaturation produit une phase de formation plus lente et progressive, et des champs microphysiques en accord avec les observations pendant tout le cycle de vie. Cette étude sur la POI 1 a ainsi permis d'approfondir la raison principale de la surestimation de gouttelettes activées, classiquement rencontrée dans les simulations de brouillard, induite par le diagnostic du maximum de sursaturation pour la paramétrisation de l'activation. Cette même étude a également montré que des possibilités d'amélioration de ce diagnostic étaient une piste intéressante à emprunter dans la représentation du processus d'activation. </p>
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