Eulerian and Lagrangian analyses of quasi-stationary mesoscale convective systems over the Alps
Analyses eulériennes et lagrangiennes des systèmes convectifs quasi-stationnaires sur les Alpes
Résumé
This thesis is related to the scientific objective "Orographic precipitation mechanisms" of MAP (Mesoscale Alpine Programme) and investigates how the precipitation is triggered and enhanced over mountain slopes exposed to quasi-stationary humid air-flows. The problem of the numerical forecast of heavy rain at the scale of few kilometers is also tackled. Most heavy-precipitation events in autumn over the Alps are characterized by a quasi-stationary southerly or south-westerly flow advecting maritime air from the Mediterranean towards the Alpine ridge. The case of MAP IOP (Intensive Observation Period) 2B is modelled with the numerical simulation system MesoNH. An original Lagrangian analysis method enables to identify a dry air-mass at the scale meso-beta over the Mediterranean and to study its evolution and influence on the rain distribution over the Alps. The heavy precipitation over the southern slopes of the Alps is studied with idealised numerical simulations, where the southerly or south-westerly upstream flow is prescribed as uniform and stationary. The obtained rain distributions are in agreement with the climatological analysis. This indicates that the maximum areas correspond to regions of enhanced orographic lifting of the incident flow. Further simulations at high-resolution and with a purely resolved cloud physics allow to characterize triggering and development mechanisms which are specific for the south side of the Alps. Some were observed during MAP. They appear as very complex, even in the simulations despite the simplification of the upstream flow.
La thèse s'inscrit dans le thème "Mécanismes des précipitations orographiques" de MAP (Mesoscale Alpine Programme). Elle étudie le déclenchement et l'intensification des précipitations sur un relief exposé à un flux humide quasi-stationnaire, et examine le problème de la prévision numérique des fortes précipitations à l'échelle de quelques kilomètres. Un flux de sud à sud-ouest quasi-stationnaire caractérise la plupart des épisodes de pluies diluviennes sur les Alpes à l'automne, où de l'air méditerranéen est advecté vers le relief. Le cas de la POI (Période d'Observation Intensive) 2B de MAP est simulé avec le modèle MesoNH. Une méthode d'analyse lagrangiennne originale permet d'identifier une masse d'air sec d'échelle méso-béta sur la Méditerranée, et d'étudier son évolution et son influence sur la répartition des précipitations sur les Alpes. Les fortes précipitations sur les versants sud des Alpes sont étudiées grâce à des simulations idéalisées, où l'écoulement incident de sud ou sud-ouest est rendu uniforme et stationnaire. Les distributions obtenues, proches des données climatologiques, indiquent que les zones les plus arrosées correspondent à un forçage orographique du flux incident plus prononcé. Enfin, ces simulations permettent, à haute résolution et avec une microphysique explicite, l'identification de mécanismes de déclenchement et de développement de la convection spécifiques à la région sud-alpine - dont certains ont pu être observés pendant MAP. Ils se révèlent très complexes malgré la simplification des conditions en amont.
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