Paramétrisation unifiée de la turbulence en régime partiellement couvert. Utilisation conjointe de l'entropie humide et des moments statistiques d'ordre trois.

J.-F. Geleyn (1), P. Marquet (1), I. Bastak-Duran (2) et F. Vana (3)

1: Météo-France, Toulouse, France

2: Université Commenius, Bratislava, Slovaquie

3: Czech Hydrometeorological Institute, Prague, République Tchèque

Orateur: Jean-François Geleyn

exposé

Dans les modèles de Prévision Numérique du Temps (PNT) et de simulation du climat, il existe une quasi-infinité de propositions, plus ou moins anciennes, pour paramétriser la diffusion verticale turbulente dite 'humide' (i.e. avec la présence possible de nuages ne couvrant pas nécessairement toute la surface de la maille de calcul) et 'mixte' (avec cohabitation des aspects 'locaux' et 'à distance'). Au regard des progrès spectaculaires accomplis ces dix dernières années du côté des études plus théoriques de la turbulence, on peut assez facilement distinguer, au minimum pour la PNT:

  • ce qui fait maintenant quasiment consensus, à savoir:

    - l'absence de limite (en terme de nombre de Richardson autrefois dit 'critique') à la possibilité d'avoir des atmosphères en régime très stable;

    - la nécessité de prendre en compte l'anisotropie (entre mouvements verticaux et horizontaux), ne serait-ce que pour rendre compte correctement du point précédent au niveau des structures stratifiées en régime de forte stabilité;

    - l'importance, pour toutes les circonstances possibles, de paramétriser correctement, non seulement les flux de chaleur et d'humidité, mais aussi les termes de conversion entre les diverses formes d'énergie.

  • et ce qui reste l'objet de débats, à savoir:

    - combien de variables pronostiques supplémentaires doit-on introduire par rapport aux méthodes diagnostiques (issues de la théorie de Monin-Obukhov):

    - comment rendre compte au mieux de l'interaction entre les aspects diffusifs (locaux) et advectifs (à distance), inclus dans les modèles de turbulence les plus sophistiqués, mais qu'il faut reporter dans des versions bien plus simples?

    - peut-on correctement traiter les impacts des aspects nuageux (non-précipitants pour simplifier un peu) à la fois sur les aspects 'amont' des calculs (flottabilité) et sur ceux 'aval' (transport turbulent des condensats)?


    Le but du travail présenté ici est d'essayer de répondre globalement à toutes ces questions et contraintes. Pour cela on choisira délibérément de s'appuyer sur deux concepts forts:

    (A) l'analogie entre les représentations les plus modernes des moments turbulents de troisième ordre (dans la décomposition de Reynolds) d'une part et le formalisme 'en flux de masse' de la partie advective du transport turbulent d'autre part (Canuto et al., 2007);

    (B) le caractère très bien mélangé, en régime d'équilibre même en présence de couverture nuageuse partielle, de la variable 'température potentielle entropique humide' récemment définie par Marquet (2011).


    Sur cette double base, une suite de choix logiques nous amènera ensuite, au delà des résultats présentés (dans un autre exposé aux AMA) par Pascal Marquet:

    - à poser un principe de maximisation de la part 'transport d'humidité totale' dans la conversion entre énergie cinétique turbulente et énergie potentielle;

    - à traduire en pratique ce principe par une nette distinction entre deux aspects de la stabilité statique humide (modulation de l'intensité des échanges turbulents et choix de la position d'équilibre que ceux-ci visent à atteindre), quelque soit l'intensité des phénomènes de condensation-évaporation associés;