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Modélisation du climat : les équations primitives maltraitées Gilles Bellon CNRM-GAME Remerciements à Serge Planton.

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1 Modélisation du climat : les équations primitives maltraitées Gilles Bellon CNRM-GAME Remerciements à Serge Planton

2 Conseil dAdministration du 30 juin 2006 La modélisation du climat nécessite de représenter les équilibres et la variabilité climatiques sur de longues échelles de temps (décennies). Difficultés: Bilan énergétique global Modes de variabilité longs (1 mois – quelques années) intégrant de nombreuses échelles temporelles et spatiales Modélisation du climat vs. prévision du temps

3 Conseil dAdministration du 30 juin 2006 Les équations primitives Dynamique : atmosphériques, en coordonnées de pression géopotentiel, friction paramètre de Coriolis Continuité : Hydrostatique : ( + gaz parfait ) chauffage Energie :

4 Conseil dAdministration du 30 juin 2006 Résolution numérique des équations complètes : Modèles de la Circulation Générale (MCG) en vue dune capacité prédictive Simplification des équations pour isoler les mécanismes fondamentaux dun phénomène donné Deux approches

5 Conseil dAdministration du 30 juin 2006 Lusine à prévoir de Richardson (1922) (A. Lannerback) Première approche : Modélisation de la circulation générale

6 Conseil dAdministration du 30 juin 2006 Grille tri-dimensionnelle dun modèle atmosphérique Source: IPSL Première approche : Modélisation de la circulation générale

7 Conseil dAdministration du 30 juin 2006 Grille horizontale dun modèle océanique Première approche : Modélisation de la circulation générale

8 Conseil dAdministration du 30 juin 2006 Challenges Dynamique : Energie : Friction Chauffage (rayonnement, condensation) Première approche : Modélisation de la circulation générale Problèmes numériques «Dynamique» «Physique» Cycle hydrologique Surface

9 Conseil dAdministration du 30 juin 2006 Le développement des modèles couplés Première approche : Modélisation de la circulation générale

10 Conseil dAdministration du 30 juin 2006 Calottes GRISLI GREMLINS Atmosphère ARPEGE-Climat Océan OPA 24h Surfaces continentales ISBA (cycle C) Icebergs Fleuves TRIP 24h Biogéo- chimie Glace de mer Statistiques 10 ans Aérosol-Chimie MOCAGE Moyennes Climatiques 5 ans O 3 (MOBIDIC) + GES et occupation sols (IMAGE) Emissions 24h Vers la modélisation du système climatique

11 Conseil dAdministration du 30 juin 2006 Paramétrisation des phénomènes sous-maille Résolution horizontale des modèles atmosphériques : 100 km Flux turbulents : Exemple : la convection nuageuse Première approche : Modélisation de la circulation générale Anomalie sous-maille Moyenne sur la maille Paramétrisation 5 km 200 m

12 Conseil dAdministration du 30 juin 2006 Des résultats frustrants Première approche : Modélisation de la circulation générale CNRM Biais mm/jr Latitude Longitude Exemple: le syndrome de la double zone de convergence intertropicale Moyenne annuelle des précipitations

13 Conseil dAdministration du 30 juin 2006 Simplification des équations Ad hoc Objectif : obtenir un système dynamique représentant les grandes échelles ( milliers de kilomètres, semaines ) Exemple : El Niño Deuxième approche : Simplification des équations primitives T El Niño Normal

14 Conseil dAdministration du 30 juin 2006 Simplification de la structure verticale de latmosphère Cyclogénèse extratropicale Météorologie tropicale Troncature de Galerkin Deuxième approche : Simplification des équations primitives humidité

15 Conseil dAdministration du 30 juin 2006 Approximation axisymétrique Moyenne longitudinale Application: circulation de Hadley, mousson Deuxième approche : Simplification des équations primitives

16 Conseil dAdministration du 30 juin 2006 Equilibres multiples de la circulation de Hadley (modèle axisymétrique avec une troncature de Galerkin) sur le Pacifique Est : Comportement similaire aux Modèles de Circulation Générale Deuxième approche : Simplification des équations primitives Équilibre asymétrique (réaliste) Équilibre symétrique: Double zone de convergence tropicale!

17 Conseil dAdministration du 30 juin 2006 Nature de la bifurcation ? La bifurcation résulte dun équilibre multiple dune colonne (i.e. dun point de grille) : Connaissez-vous des systèmes où une bifurcation locale entraîne une bifurcation globale? Équilibre sec Équilibre précipitant Deuxième approche : Simplification des équations primitives

18 Conseil dAdministration du 30 juin 2006 Résumé La modélisation prédictive du climat passe par la modélisation de la circulation de grande échelle, avec un mélange de problèmes numériques (similaires à ceux de la prévision du temps) et de problème de représentation des processus physiques (rayonnement, convection nuageuse, …) dont une composante importante est à des échelle sous- maille. La compréhension du climat fait aussi appel à la modélisation simplifiée qui permet de traiter le climat comme un système dynamique et de comprendre les modes naturels de variabilité et le comportement des Modèles de Circulation Générale. Joffre une bouteille de champagne à qui maidera à comprendre la bifurcation qui mène aux équilibres multiples de la circulation de Hadley, mais il y a dautres petits jeux intéressants sur le même système déquations: approches asymptotiques, modes de variabilités intrasaisonniers, …

19 Merci


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