Impacts des processus nuageux sur la dynamique d’altitude

Rôle des processus diabatiques dans la WCB

L’importance relative de chacun des processus diabatiques se produisant au sein de la WCB est quantifiée grâce à des bilans sur la température potentielle (θ) et le rapport de mélange de la vapeur d’eau (qv). Ces bilans sont réalisés dans la simulation de référence REF, utilisée dans le chapitre précédent (Fig. 4.1 à gauche). Les bilans sont effectués dans un domaine 3-D réduit (rectangle blanc) situé à travers le segment opéré entre 15 et 16 UTC (nommé « 16 00 UTC leg » dans le chapitre 3.2), lors du passage du Falcon 20 au-dessus de la WCB. La boîte sélectionnée est une colonne d’air de la surface jusque dans la basse stratosphère (z=12 km). Elle correspond à une épaisse couche nuageuse. Ces bilans sont aussi faits dans la simulation de sensibilité NODIA pour laquelle les échanges de chaleur issus des processus nuageux ont été coupés, ce qui impacte très fortement le développement des nuages hauts (Fig. 4.1 à droite).

Dans REF, le bilan sur θ pendant l’heure étudiée est montré (Fig. 4.2a). Au-dessusde 8 km, la tendance en θ (courbe verte) montre une succession de pics négatifs et posi- tifs due au terme d’advection (courbe bleue). Ces variations brusques de la tendance de θ marquent la présence de la tropopause et du courant-jet. Dans la troposphère, la ten- dance en θ montre des refroidissements de ≈0,2 K h−1 à z≈1 et z≈3 km et un réchauffement entre z≈3 km et z≈8 km (courbe verte). Ce réchauffement atteint un pic de ≈0,8 K h−1à z≈7 km. Parmi les processus diabatiques, les processus nuageux sont ceux qui ont le plus grand impact (courbe rouge). Ils réchauffent l’atmosphère entre z≈2 km et z≈8 km. La turbulence (courbe jaune) et les effets radiatifs (courbe verte pâle) ont une contribu- tion négligeable. Le terme d’advection (courbe bleue) contrebalance le réchauffement par processus nuageux jusqu’à environ 6 km d’altitude. Cela montre qu’une masse d’air plus froide a été advectée en milieu de troposphère. Comme attendu, les processus nuageux n’ont aucune influence sur θ dans NODIA (courbe rouge sur Fig. 4.2c). Les autres termes diabatiques n’ont pas plus d’impact sur θ dont la tendance est essentiellement guidée par l’advection.

Présentation de l’article

La flux de sortie de la WCB associée à la tempête Stalactite est étudié ici. Localisé à proximité de la dorsale d’altitude située en aval, le flux de sortie a été survolé par le Falcon 20 dans la matinée du 2 octobre 2016. Le radar Doppler RASTA a ainsi recueilli des observations détaillées de la dynamique et de la structure nuageuse internes en sortie de WCB. Les quatre dropsondes lâchés depuis le Falcon 20 ont apporté des mesures in-situ uniques sur la structure de la tropopause et du courant-jet d’altitude. Deux simulations de la tempête sont comparées pendant la période où les trois principales masses d’air qui la composent (la bande transporteuse d’air chaud, la tête nuageuse et l’intrusion sèche) sont restées dans le domaine de simulation. La première simulation appelée REF (la même que celle utilisée au chapitre précédent) a reproduit les principales structures nuageuses de méso-échelle jusqu’à l’échelle kilométrique. La deuxième simulation appelée NODIA a été effectuée en coupant les échanges de chaleur issus des processus nuageux durant toute la durée de la simulation et sur l’ensemble du domaine. En comparant les résultats des deux simulations, il est alors possible de montrer l’impact des processus nuageux sur la dynamique d’altitude et le gonflement de la dorsale.

Les observations RASTA de la structure nuageuse de la WCB mettent en évidenceune activité convective en son sein et des nuages élevés de type cirrus dans son flux de sortie. Elles révèlent la présence d’une masse d’air sec localisée à l’ouest de la WCB, entre la pente du front chaud et des structures convectives isolées en basse couche. Le radar mesure également une augmentation de la vitesse horizontale du vent avec l’altitude. Des valeurs dépassant localement 40 m s−1 sont mesurées dans les niveaux supérieurs, suggérant la présence du courant-jet d’altitude. Un jet de basse couche est détecté le long des côtes du Groenland avec des vitesses de vent atteignant 25 m s−1. La simulation REF reproduit fidèlement l’ensemble des structures nuageuses et dynamiques observées. Elle montre aussi l’existence de deux cœurs de courant-jet d’altitude sur le bord nord-ouest de la dorsale. Ces derniers sont situés à proximité d’une foliation de tropopause et d’unelangue de fort PV séparant le bord nord-ouest de la dorsale en deux. Les dropsondes confirment l’existence des cirrus, de la masse d’air sec, du jet de basse couche, du cœur du courant-jet d’altitude le plus à l’ouest, de la foliation de tropopause et de la langue de fort PV. NODIA simule aussi deux cœurs de courant-jet d’altitude, mais moins intenses et décalés vers l’est, tout comme les autres structures d’altitude. Le jet de basse couche est bien reproduit, mais pas la masse d’air sec. Le sommet des structures nuageuses est plus bas dans l’ensemble. Par ailleurs, des structures de PV négatif sont localement simulées par REF au niveau du cœur du courant-jet d’altitude le plus à l’est. Ces structures sont absentes dans NODIA.