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JOUHAUD


 Jean JOUHAUD

"Amélioration de la représentation des nuages bas dans le modèle de circulation général LMDz"

14 Décembre 2018

devant le jury composé de :

Mme.    Hélène CHEPFER        (Sorbonne Université, Paris)        Rapporteur et Présidente du jury
Mme.    Dominique BOUNIOL    (CNRM, Toulouse)            Rapporteur
M.    Johannes QUAAS        (University of Leipzig)            Rapporteur
Mme.    Céline CORNET        (Université de Lille)            Examinatrice
Mme.    Catherine RIO        (CNRM, Toulouse)            Examinatrice
M.    Romain ROEHRIG        (CNRM, Toulouse)            Examinateur
M.    Jean-Louis DUFRESNE    (Sorbonne Université, Paris)        Directeur de Thèse
M.    Jean-Baptiste MADELEINE    (Sorbonne Université, Paris)        Co-Directeur de Thèse 


Résumé :
Dans cette thèse on tente de réduire le biais “Too Few, Too Bright” partagé par la plupart des GCMs qui tendent à sous-estimer la couverture des nuages bas et à sur-estimer leur épaisseur optique. On travaille ainsi sur deux aspects de la représentation des nuages bas dans LMDz6.
Sous-maille :
On introduit une paramétrisation pour distinguer les fractions nuageuses volumiques CFvol et surfaciques CFsurf au sein des mailles du GCM, tout en recalibrant le calcul de l'eau condensée qc en prenant en compte l'épaisseur des mailles jusqu'alors négligée. Cette étape permet :
    -de diminuer l'épaisseur optique des nuages bas par la prise en compte de l'épaisseur des mailles dans le calcul de qc
    -d'augmenter la fraction nuageuse vue par le schéma de rayonnement qui reçoit CFsurf au lieu de CFvol
Inter-maille:
On propose une nouvelle paramétrisation de la longueur de décorrélation du schéma de recouvrement exponentiel-aléatoire, permettant d'évaluer la manière dont se recouvrent les nuages indépendamment dans chaque colonne atmosphérique, tout en prenant en compte le cisaillement de vent et en s'adaptant à des choix de modélisation comme la résolution verticale du GCM.
On évalue les impacts radiatifs de ces paramétrisations avec le simulateur COSP2 dans lequel nous implémentons le cloud-generator du code radiatif ECRad. Sur nos diagnostiques, on observe :
    -une diminution des zones peu couvertes et très réfléchissantes
    -une augmentation des zones peu couvertes et peu réfléchissantes
    -une augmentation des zones à couverture et réflectance intermédiaire
Ces nouvelles paramétrisations ont ainsi tendance à réduire le biais “Too Few, Too Bright” au dessus des océans tropicaux dans LMDz6.
 

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Summary:
In this thesis we intent to reduce the "Too Few, Too Bright" bias shared by most GCMs, that tend to underestimate the low-cloud cover and overestimate its optical depth. We work on two aspects of the low-clouds representation in LMDz6.
Sub-grid Scale:
We introduce a parametrisation to distinguish cloud fractions by volume CFvol and by surface CFsurf inside GCM grid boxes, and we recalibrate the calculation of condensed water by taking into account the depth of the grid boxes that use to be neglected. This step allows:
    -to reduce the optical depth of clouds by taking into account the depth of grid boxes in the       calculation of qc
    -to increase the cloud fraction seen by the radiation scheme, that receive CFsurf instead of       CFvol
Inter-grid Scale:
We propose a new parametrisation of the decorrelation length of the exponential-random overlap scheme, that allows evaluating the overlap of clouds independently in each atmospheric column, while taking into account wind shear and being adaptive to modelling choices such as the vertical resolution of the GCM.
We evaluate the radiative impacts of these parametrisations with the COSP2 simulator package in which we implement the cloud-generator of the radiative code ECRad. Our diagnostics show:
    -a reduction of the low-covered and highly-reflective areas
    -an increase of the low-covered and low-reflective areas
    -and increase of the mid-covered and mid-reflective areas
These new parametrisations then tend to reduce the "Too Few, Too Bright" bias over tropical ocean in LMDz6.


 
 
 


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