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Jérôme Chanut, Réunion Epigram, Toulouse, Novembre 2009 Le système Mercator IBI S. Cailleau, J. Chanut, B. Levier, G. Reffray* M. G. Sotillo, E.A. Fanjul.

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1 Jérôme Chanut, Réunion Epigram, Toulouse, Novembre 2009 Le système Mercator IBI S. Cailleau, J. Chanut, B. Levier, G. Reffray* M. G. Sotillo, E.A. Fanjul ** N. Ayoub, P. De Mey, F. Lyard, C. Maraldi, P. Marsaleix*** * Mercator Océan, Toulouse ** Puertos Del Estado, Madrid *** POC, Toulouse

2 Jérôme Chanut, Réunion Epigram, Toulouse, Novembre 2009 Le contexte / les enjeux Une initiative nationale financée par le SHOM en pour améliorer les performances des systèmes opérationels sur lAtlantique Nord-Est. Complétée par un projet dintercomparaison de NEMO sur le Golfe de Gascogne (Reffray et al, 2008) avec Mars, Symphonie et Hycom. Poursuite des developments gràce à différents projets Européens (ECOOP, EASY). Participation active au dévelopement de NEMO pour les besoins spécifiques à la modélisation régionale. MyOcean: Vers lIntégration opérationnelle dun système IBI, certifié, partagé entre Puertos et Toulouse en Avril 2011.

3 Jérôme Chanut, Réunion Epigram, Toulouse, Novembre 2009 Mercator IBI technical description NEMO 2.3 Horizontal resolution: 1/36°, 2 km (1/12° for sensitivity studies) z-coord + partial bottom cells (1m resolution near the surface) Vertical mixing: 1.5 TKE (Gaspar et al. 1990)/ K-epsilon Biharmonic momentum diffusion Specific to IBI compared to basin scale models: Explicit free surface with time splitting (rdt=150s, nn_baro= 50) Quickest advection scheme for tracers No explicit horizontal diffusion for tracers Non-linear free surface (key_vvl) 35 rivers implemented as lateral point sources (key_bdy) Tidal potential Open boundary schemes: 2d: characteristic method (Blayo and Debreu 2005). 3d: flow relaxation (30 pts, 1 day). Open boundary data: slow component from 1/12° North Atlantic + tides from FES inverse barometer. Divergence/rotational conserving interpolations for slow component. High frequency atmospheric forcing (3h). Atmospheric pressure gradient included. Spatially variable solar penetration length scales from ocean colour climatological observations.

4 Jérôme Chanut, Réunion Epigram, Toulouse, Novembre 2009 NEATL36PSY Résolution1/36 (2 km), 50 nivx1/12 (6-7 km), 50 nivx Bathymétrie Composite (GEBCO_08 + différentes sources indépendantes) ETOPO + GEBCO Surface libre Explicite, non-linéaire, time- splitting Explicite, Linéaire, filtrée Frontières ouvertes Méthode des caractéristiques (2D) Nudging (3D) Ø (Rappel à la climatologie) Mélange verticalTKE/k-epsilonTKE Advection des traceursQUICKEST + ULTIMATETVD Rivières Introduits comme des OBC Climatologie mensuelle (GRDC) Pseudo-précipitations Forçage atmosphérique ECMWF (3h) Cycle diurne + Pression atm ECMWF (journalier) MaréeOBC + potentiel générateurØ Pénétration solaire Coefficient datténuation variable issue dune climatologie SEAWIF Uniforme, type deau I AssimilationØ (Initialisation périodique)SLA, SST, profils T/S

5 Jérôme Chanut, Réunion Epigram, Toulouse, Novembre 2009 Performances on ECMWF IBM super-computer 1/36° grid (Memory 117 Go): equivalent to NATL sub-domains, 543 processors 32% land points suppressed CPU (elapsed) 50 min / week (c1a) storage: 2 Go / output 1/12° grid (Memory 13 Go): 256 sub-domains, 192 processors 25% land points suppressed CPU (elapsed) 9 min / week storage: 200 Mo / output

6 Jérôme Chanut, Réunion Epigram, Toulouse, Novembre 2009 Le système façade (3)

7 Jérôme Chanut, Réunion Epigram, Toulouse, Novembre 2009 Modelling tides with NEMO: Move to non-linear, explicit free surface Move from filtered, unsplitted free surface to mode-splitted free surface. Fast gravity waves resolved. Non-linear free-surface: relax η<

8 Jérôme Chanut, Réunion Epigram, Toulouse, Novembre 2009

9 FES2004 NEATL3 6 FES2004 NEATL36 Comparison to insitu observations: Moving from 1/12° to 1/36° improves the statistics in general. 1/36° model outperforms TPXO 7.1 but still not as good as FES2004. Non-linear, explicit free surface in NEMO Tidal wave Period [hours] nobsObs Mean amplitude [cm] Rms amp [cm] / phase [°] FES2004 Rms amp [cm] / phase [°] TPXO7.1 Rms amp [cm] / phase [°] NEATL12 (Expt. 2) Rms amp [cm] / phase [°] NEATL36 (Expt. 1) M / / / / 4.3 S / / / / 3.9 N / / / / 3.9 O / / / / 5.0 K / / / / 8.5 Q / / / / 10.9

10 Jérôme Chanut, Réunion Epigram, Toulouse, Novembre 2009 MOG2D Non linear free surface Linear free surface Impact of non-linear free surface: M4 tidal wave amplitude [m] and phase [°]

11 Jérôme Chanut, Réunion Epigram, Toulouse, Novembre 2009 Non-linear, explicit free surface in NEMO Courants M2 Modèle vs obs. insitu

12 Jérôme Chanut, Réunion Epigram, Toulouse, Novembre 2009 Non-linear, explicit free surface in NEMO Modèle vs vitesses M2 radar Rapport de validation disponible:

13 Jérôme Chanut, Réunion Epigram, Toulouse, Novembre 2009 Time splitting scheme update Why ? Actual time splitting scheme (Griffies et al, 2001) does not conserve tracers locally (because of modified continuity equation for stability reasons). Maybe acceptable for climate oriented simulations, but not for tidal applications on the shelf... Replace existing scheme by ROMS UCLA generalized forward-backward (Shchepetkin and McWilliams, OM, 2005): conservative and cheaper ! Tests ok in NVTK double gyre configuration and in the North East Atlantic regional model. Implies deep modification of the code structure (Tracers updated after dynamics...). Not compatible with implicit pressure gradient (key_hpgimp). Coupling with the leapfrog time stepping for internal (3d) mode still does not ensure correct centering of forcing terms in barotropic equations.

14 Jérôme Chanut, Réunion Epigram, Toulouse, Novembre 2009 Model-CLIM SSS

15 Jérôme Chanut, Réunion Epigram, Toulouse, Novembre 2009 New time splitting scheme supresses spurious freshwater along the coast. > 2 psu !

16 Jérôme Chanut, Réunion Epigram, Toulouse, Novembre 2009 Vertical mixing update Generic length-scale equation model of Umlauf and Burchard (2003) implemented. Resolves two prognostic equations for turbulent kinetic energy and a generic length scale. Thanks to the latter, commonly used closures can be retrieved: k-ε, Mellor Yamada... Study impact on tidal mixing fronts position, summertime SST bias, overflows

17 Jérôme Chanut, Réunion Epigram, Toulouse, Novembre 2009 OPA MARSSYMPHYCOM MODIS Intercomparison experiments from Reffray et al, 2008

18 Jérôme Chanut, Réunion Epigram, Toulouse, Novembre 2009 Tidal mixing fronts: TKE vs k-ε TKEk-ε k-ε - TKE SSTs May 2008 Excessive bottom boundary layer turbulent mixing with TKE

19 Jérôme Chanut, Réunion Epigram, Toulouse, Novembre 2009 Reducing summertime SST bias ? Add climatological solar attenuation coefficients based on satellite kd490 data. Should be accurate for type I water (turbidity=f[Chl]) ie not on the shelf ! Note that even for type I water different algorithms lead to more than substantial differences. Recent parameterization for type II water (ie including absorption due to CDOM among others) based on IOPs could be tested (Lee et al, 2005, JGR). What about inter-annual variability ?

20 Jérôme Chanut, Réunion Epigram, Toulouse, Novembre 2009 Clear water type vs variable attenuation (globcolour) SST Bias OBS – MOD +0.75°C SST(MOD_var) – SST(MOD_typeI) Model too warm June 2004

21 Jérôme Chanut, Réunion Epigram, Toulouse, Novembre 2009 SEAWIF GlobcolourDiff. relative %

22 Jérôme Chanut, Réunion Epigram, Toulouse, Novembre 2009 May SST difference SEAWIF-GLOBCOLOUR Recent parameterization for type II water (ie including absorption due to CDOM among others) based on IOPs could be tested (Lee et al, 2005, JGR). What about inter-annual variability ?

23 Jérôme Chanut, Réunion Epigram, Toulouse, Novembre 2009 Scénario opérationnel PSY2 Analyse best estimate AnalysePrévision NEATL36Spin-upPrévision J0 J-7 J-14 J+14 J+5 J+1 J+2 J+3 Intégration pré-opérationnelle (Avril 2010) Optimisation / Filtrage ?

24 Jérôme Chanut, Réunion Epigram, Toulouse, Novembre 2009 Q1: Temps de convergence de la solution sur le plateau ? Intégration pré-opérationnelle

25 Jérôme Chanut, Réunion Epigram, Toulouse, Novembre 2009 Q2: Convergence énergétique vs divergence vis à vis de la solution assimilée ? Quel impact sur la méso- échelle ? Q3: Réalité (vraisemblablement plutôt réalisme au sens statistique) des structures de submésoéchelle ? Utilisation de diagnostiques Lagrangiens ? Intégration pré-opérationnelle T=0T=15 jours


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