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SURFEX 1. Genèse 2. Algorithme de Surfex 3. Interface avec latmosphère 4. Couplage avec latmosphère Patrick Le Moigne, CNRM/GMME/MC2.

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1 SURFEX 1. Genèse 2. Algorithme de Surfex 3. Interface avec latmosphère 4. Couplage avec latmosphère Patrick Le Moigne, CNRM/GMME/MC2

2 Genèse Développement dun nouveau modèle atmosphérique AROME (depuis 2001) utilisant le chœur dynamique dAladin et la physique de Meso-NH, devant être opérationnel en Doù la nécessité dexternaliser la surface de Meso-NH afin de la rendre disponible pour AROME. Création de lensemble SURFEX (SURFace EXternalisée) capitalisant ainsi tous les travaux réalisés sur la surface au CNRM depuis de nombreuses années.

3 Chaque unité de surface est composite F town F nature F sea F water f town f nature f sea f water F surface F1F1 f1f1 F nature F2F2 f2f2 F 12 f 12 … Découpage de la végétation 4 tiles Lake Town Sea / ocean Soil and Vegetation Prescribed temperature TEB: Town Energy Balance (Masson 2000) Prescribed temperature ISBA: Interface Soil Biosphere Atmosphere (Noilhan-Planton 1989, Noilhan-Mahfouf 1996) Modèles utilisés Principe général

4 Algorithme de Surfex Initialisation des champs physiographiques Initialisation des variables prognostiques Appel des paramétrisations physiques Calcul de diagnostiques Écritures dans les fichiers de sortie

5 Initialisation des champs physiographiques Algorithme de Surfex Climate mapLand cover mapsNDVI profiles Texture: FAO Agrégation Koeppe et de Lond km: 16 classes University of Maryland 1km: 15 classes Corine land cover « 250m »: 44 cl. 215 écosystèmes sur le globe BASE DE DONNEES DES PARAMETRES DE SURFACE

6 Initialisation des variables pronostiques Algorithme de Surfex A partir de ECMWF, ARPEGE, ALADIN, MESONH, AROME, MOCAGE Mer/océan: SST Lac: température du lac Nature: profils de température profil deau liquide et glace contenu en eau du réservoir dinterception caractéristiques du schéma de neige Ville: température des toits, routes et murs réservoirs deau et de neige

7 Appel des paramétrisations physiques Algorithme de Surfex ISBA: Soil options: Force restore, 2 layers, temp, water, ice Force restore, 3 layers, temp, water, ice Diffusion, N layers, temp, water, ice Vegetation options: Noilhan and Planton 89 (~Jarvis) AGS (photsynthesis and CO2 exchanges) AGS and interactive vegetation Hydrology options: no subgrid process subgrid runoff, subgrid drainage Snow options: Douville 95 (1 layer, varying albedo, varying density ) Boone and Etchevers 2000 (3 layers, albedo, density, liquid water in snow pack) TEB: Approche de type canyon: 1 toit, 1 route et 1 mur LAC: Implémentation dun modèle de lac: Flake (GMME/MC2) MER/OCEAN: Développement dun modèle 1d de CMO (GMME/MICADO)

8 Interface avec latmosphère 1 atmosphère surface interface Normalisation des échanges entre latmosphère et la surface: ALMA (Assistance for Land- Surface Modelling Activities)

9 ALMA dans SURFEX Le forçage atmosphérique

10 Lac Ville Mer Nature Méso-NH AROME Arpège / Aladin SURFACE Quantités échangées à chaque pas de temps du modèle entre la surface et latmosphère: Forçage atmosphérique flux radiatifs coefficients A et B pour les variables détat albédo spectral direct albédo spectral diffus émissivité température radiative flux de quantité de mvt flux de chaleur flux de vapeur d'eau flux de CO2 flux chimiques Ces quantités servent de conditions à la limite pour le schéma de rayonnement et la turbulence.

11 Principe de linterface atmosphère coupling_surf_atmn coupling_naturencoupling_seancoupling_townncoupling_inland_watern Flux radiatifs Position du soleil Forçage atm. pluie, neige coef. A et B Albedo, Emissivité, Température radiative Flux de quantité de mvt Flux de chaleur Flux de vapeur deau Flux de CO2 Flux chimiques Physique: lacsPhysique: merPhysique: naturePhysique: ville

12 coupling_surf_atmn Distribution sur les tiles coupling_naturen coupling_sean coupling_townn coupling_inland_watern Traitement: tiles

13 Couplage avec latmosphère lors dun couplage explicite, les conditions atmosphériques anciennes servent pour calculer les nouvelles variables de surface: lhypothèse étant une faible variation du forçage atmosphérique dans le pas de temps => bien adapté aux courts pas de temps lors dun couplage implicite, les conditions atmosphériques nouvelles servent pour calculer les nouvelles variables de surface: => pas de temps plus longs => schéma plus stable

14 RADIATION TURBULENCE CONVECTION SURFACE MICRO PHYSICS AROME ADJUSTMENT TURBULENCE 2 TURBULENCE 1 SURFACE ARPEGE / ALADIN A and B coefficients for T, q, u and v SURFEX T, q, u, v, P, Sw, Lw, rain, snow Momentum, Heat, Water vapour fluxes albedo, emissivity and radiative temperature Appel de la surface dans le modèle atmosphérique Couplage explicite Couplage implicite

15 Couplage avec latmosphère F X,i F X,i-1 XiXi δiδi X i+1 Diffusion verticale turbulente & X i : variable détat u,v,θ,q F X,i : flux de X entre les niveaux i et i+1 X i-1 ΔiΔi Expression du flux Système tridiagonal

16 N 1 N-1 atmosphere surface Neuman closure Surface Ts fluxes for momentum, heat, water vapour Solve vertical profiles of atmospheric quantities N 1 I II III Diffusion verticale et fermeture de Neuman

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