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La convection profonde associée aux orages tropicaux peut conduire à injecter dans la basse stratosphère de la vapeur d'eau, des aérosols et des polluants qui se trouvaient auparavant dans les basses couches de l'atmosphère. Mais les mécanismes détaillés de ce processus restent mal connus. Une équipe du Laboratoire d'aérologie (LA/OMP, CNRS / UPS) a effectué une analyse individuelle des ascendances de l'orage Hector the Convector à l'aide d'une simulation numérique à très haute résolution, réalisée avec le code de calcul communautaire Méso-NH. Cette étude a permis de comprendre les mécanismes de fonctionnement de cet archétype des orages tropicaux qui hydratent la stratosphère.
Hector the Convector est un super orage tropical. Cet épisode de convection très profonde se produit quasi quotidiennement avant la mousson (novembre-décembre) à une quarantaine de kilomètres au nord de Darwin (Australie).
D'une manière générale, les orages tropicaux jouent un rôle incertain dans le transport de l'air troposphérique vers la stratosphère. Leur contribution reste mal quantifiée, ce qui limite notre capacité à prévoir le climat futur. Le transport par les orages pourrait en effet être sous-estimé dans les modèles de climat dont les résolutions sont trop faibles pour représenter les nuages de manière exacte.
Quatre chercheurs du LA ont analysé l'efficacité de ce transport à partir d'une simulation numérique de l'orage Hector the Convector effectuée à l'aide du code de calcul communautaire Méso-NH à une résolution horizontale et verticale de 100 m, la plus fine jamais utilisée pour un cas de convection très profonde.
Les chercheurs ont ainsi pu identifier individuellement les différentes ascendances d'Hector et obtenir les résultats suivants.
Le nombre d'ascendances varie de quelques milliers à plus de 16 000, en fonction du stade de développement de l'orage. Systématiquement, deux sous-populations se distinguent: les petites ascendances aux extensions verticales inférieures à 4 km et les grandes ascendances aux extensions verticales supérieures à 4 km. On ne compte qu'une douzaine de grandes ascendances, et leur base est située à moins de 6 km d'altitude. Lors de la phase de convection la plus intense, les deux plus grandes ascendances se démarquent de toutes les autres avec une extension verticale de 16 km, un volume de près de 1000 km, une largeur maximale de près de 10 km et une largeur au niveau de leur base de plus de 4 km.
La contribution de ces deux plus grandes ascendances au flux de masse dépasse les 90 % à plus de 14 km d'altitude, la limite inférieure de la tropopause tropicale. Elles présentent des vitesses verticales et des contenus en hydrométéores supérieurs à ceux des plus grandes ascendances des phases de convection moins intenses. Du fait de leur faible dilution dans la troposphère, elles redistribuent efficacement la masse qu'elles transportent depuis leur base jusqu'en haute troposphère et basse stratosphère.
Le développement d'Hector jusqu'à la stratosphère peut être caractérisé par quatre phases de convection successives - congestus, profonde, très profonde et mature - définies en fonction de l'altitude maximale des nuages, chacune d'elles durant approximativement une heure. Les plus grandes ascendances apparaissent au-dessus de lignes de convergence déterminées par de fortes valeurs de la convergence du flux d'humidité dans les basses couches. Ces lignes de convergence apparaissent le long du front de brise puis, pendant la phase congestus, sont progressivement pilotées par les poches froides dues aux précipitations. Les lignes de convergence se déplacent, se croisent et s'intensifient, menant à une convergence du flux d'humidité en surface supérieure à 7 g m^-3 min^-1 pendant la phase de convection très profonde. Les deux plus grandes ascendances se développent alors au-dessus de ces zones d'intersection.
Publication:
Dauhut, T., J.-P. Chaboureau, J. Escobar, and P. Mascart, Giga-LES of Hector the Convector and its two tallest updrafts up to the stratosphere, J. Atmos. Sci., in press, 2016, http://dx.doi.org/10.1175/JAS-D-16-0083.1
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