From meso-scale to Large Eddy Simulation atmospheric modelling: interactions between dynamics and physics
Modélisation numérique de la méso-échelle á l’échelle des LES: interactions entre la dynamique et la physique
Résumé
Atmospheric research relies on observation and modeling tools. Among the modeling tools, mesoscale models allow atmospheric simulations at resolutions of a few kilometers to a few meters. An atmospheric model represents both resolved features (through the dynamical core) and unresolved or under-resolved processes (through the physical parameterizations). The interactions between dynamics and physics are essential and complex. Submesh patterns and spatial resolution must complement each other, leading to the notion of "seamless" physics. It is necessary to progress simultaneously on the dynamic core and the numerical schemes, the physical parameterizations, and their interactions.
The improvement of the dynamics of the Meso-NH research model has been one of our objectives, with in particular the renovation of the numerical schemes to gain in computation time while ensuring a good level of accuracy. It was also a question of developing the faculties of use of the model in LES (Large Eddy Simulation) mode for real cases.
The second objective is to improve the representation of clouds and precipitation through physical parameterizations for the AROME and Meso-NH models, in terms of microphysics and macrophysics. It also appeared important to improve the turbulence in deep convective clouds, currently under-represented at kilometer scales.
The approach is based on process studies conducted with Meso-NH on various phenomena, such as fog, stratocumulus to cumulus transitions or extra-tropical transitions. Developing new couplings in the framework of multidisciplinary collaborations has also been an opportunity to address other societal issues related to meteorology, such as the propagation of forest fires or the dispersion of pollutants.
Finally, perspectives to this research work are presented.
La recherche atmosphérique repose sur des moyens d'observation et de modélisation. Parmi les outils de modélisation, les modèles de méso-échelle permettent des simulations atmosphériques à des résolutions de quelques kilomètres à quelques mètres. Un modèle atmosphérique représente à la fois des caractéristiques résolues (grâce au coeur dynamique) et des processus non résolus ou sous-résolus (par les paramétrisations physiques). Les interactions entre la dynamique et la physique sont essentielles et complexes. Schémas sous-maille et résolution spatiale doivent se compléter, menant à la notion de physique « sans couture ». Il est nécessaire de progresser simultanément sur le coeur dynamique et les schémas numériques, les paramétrisations physiques, ainsi que leurs interactions.
L’amélioration de la dynamique du modèle de recherche Méso-NH a constitué l’un de nos objectifs, avec notamment la rénovation des schémas numériques pour gagner en temps de calcul tout en assurant un bon niveau de précision. Il s’est agi également de développer les facultés d’utilisation du modèle en mode LES (Large Eddy Simulation) pour des cas réels.
Le second objectif est d’améliorer la représentation des nuages et des précipitations au travers des paramétrisations physiques pour les modèles AROME et Méso-NH, en terme de microphysique et de macrophysique. Il est aussi apparu important d'améliorer la turbulence dans les nuages convectifs profonds, actuellement sous-représentée aux échelles kilométriques.
La démarche s'appuie sur des études de processus menées avec Méso-NH sur des phénomènes variés, comme le brouillard, les transitions de stratocumulus à cumulus ou les transitions extra-tropicales. Développer de nouveaux couplages dans le cadre de collaborations pluridisciplinaires a également constitué une opportunité d'aborder d'autres sujets sociétaux en lien avec la météorologie, comme la propagation des feux de forêt ou la dispersion de polluants.
Des perspectives à ces travaux de recherche sont enfin présentés.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)