Couplage aérosols-microphysique pour la simulation des cyclones tropicaux : Cas du cyclone Dumile (2013)

Aerosols-microphysics coupling for tropical cyclone modelling : Tropical cyclone Dumile (2013) case study

• Auteur / Autrice : Thomas Hoarau
• Direction : Christelle Barthe, Olivier Bousquet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de l'atmosphère
• Date : Soutenance le 15/05/2018
• Etablissement(s) : La Réunion
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Technologies et Santé (Saint-Denis, La Réunion)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'atmosphère et cyclones (Saint-Denis, Réunion)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Michon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Philippe Duvel, Pierre Tulet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Evelyne Richard, Cyrille Flamant

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nucléation (météorologie)

Temps (météorologie) -- Prévision

Cyclones

Mots clés libres

Cyclone tropical

Microphysique nuageuse

Sels marins

Modélisation

Prévision d'intensité

Tropical cyclone

Cloud microphysics

Sea salt aerosols

Modelling

Intensity forecast

Résumé

La prévision de l'intensité des cyclones tropicaux est aujourd'hui un enjeu scientifique majeur. Parmi de nombreux facteurs multi-échelle, l'impact de la microphysique nuageuse et des aérosols sur les variations d'intensité a été récemment mis en évidence. Cette problématique a motivé l'évaluation du schéma microphysique à 2-moments LIMA en milieu tropical et le développement d'un couplage avec le schéma d'aérosols ORILAM au sein du modèle atmosphérique Meso-NH. L'intérêt de ce développement numérique est d'inclure l'émission des aérosols marins en fonction des vents cycloniques et des paramètres océaniques. L'application de ce couplage aérosols-microphysique à la simulation du cyclone tropical Dumile (2013) montre que le modèle couplé tend à améliorer la représentation de l'intensité, la trajectoire, la structure microphysique du cyclone tropical et les précipitations associées, en comparaison avec les observations. La production secondaire des cristaux de glace est également un thème de recherche actif en microphysique nuageuse. Ainsi, une paramétrisation du processus de rupture collisionnelle de la glace a été implémentée dans le schéma microphysique LIMA. L'impact de ce processus a été testé sur le développement d'un orage des moyennes latitudes et sur le cyclone tropical Dumile. Les deux cas d'étude ont des réponses similaires vis-à-vis de ce processus : une augmentation de la concentration et de la masse des cristaux de glace et une diminution des cumuls de précipitations. La poursuite de ces travaux pourrait permettre de déterminer si ce processus de formation secondaire peut améliorer la modélisation de la couverture cirriforme des cyclones tropicaux.

Intensity forecast of tropical cyclones is a major scientific issue. Among many factors, the impact of cloud microphysics and aerosols on intensity variations has been recently underlined. This issue motivated the evaluation of the 2-moment microphysical scheme LIMA in a tropical context and the development of a coupling with the aerosol scheme ORILAM into the atmospheric model Meso-NH. The interest of this numerical development is to represent the emission of sea salt aerosols depending on cyclonic winds and oceanic parameters. The application of this aerosols-microphysics coupling to the simulation of tropical cyclone Dumile (2013) shows that the coupled model tends to improve the representation of the intensity, the track, the microphysical structure of the tropical cyclone and the associated precipitation, when comparing with observations. The secondary production of ice crystals is also an active research topic in cloud microphysics. A parameterization of the collisional ice break-up process is thus implemented into the microphysical scheme LIMA. The impact of this process has been analyzed on a mid-latitude storm and on tropical cyclone Dumile. Both case studies display similar results regarding this process: an increase of ice crystals concentration and mass, and a decrease of precipitation. The continuation of this work could allow to determine if this process of secondary formation could improve the cirrus modelling in tropical cyclones.