SURFEX Genèse Algorithme de Surfex Interface avec l’atmosphère Couplage avec l’atmosphère Patrick Le Moigne, CNRM/GMME/MC2

Genèse Développement d’un nouveau modèle atmosphérique AROME (depuis 2001) utilisant le chœur dynamique d’Aladin et la physique de Meso-NH, devant être opérationnel en 2008. D’où la nécessité d’externaliser la surface de Meso-NH afin de la rendre disponible pour AROME. Création de l’ensemble SURFEX (SURFace EXternalisée) capitalisant ainsi tous les travaux réalisés sur la surface au CNRM depuis de nombreuses années.

Principe général … Chaque unité de surface est composite Fsurface Ftown Fnature Fsea Fwater ftown fnature fsea fwater Fsurface F1 f1 F2 f2 F12 f12 … Découpage de la végétation 4 tiles Lake Town Sea / ocean Soil and Vegetation Prescribed temperature TEB: Town Energy Balance (Masson 2000) ISBA: Interface Soil Biosphere Atmosphere (Noilhan-Planton 1989, Noilhan-Mahfouf 1996) Modèles utilisés

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

Initialisation des champs physiographiques Algorithme de Surfex Climate map Land cover maps NDVI profiles University of Maryland 1km: 15 classes Koeppe et de Lond 1958 1km: 16 classes Corine land cover « 250m »: 44 cl. 215 écosystèmes sur le globe Texture: FAO Agrégation BASE DE DONNEES DES PARAMETRES DE SURFACE

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 d’eau liquide et glace contenu en eau du réservoir d’interception caractéristiques du schéma de neige Ville: température des toits, routes et murs réservoirs d’eau et de neige

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 d’un modèle de lac: Flake (GMME/MC2) MER/OCEAN: Développement d’un modèle 1d de CMO (GMME/MICADO)

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

ALMA dans SURFEX http://www. lmd. jussieu Le forçage atmosphérique

Quantités échangées à chaque pas de temps du modèle entre la surface et l’atmosphère: Méso-NH AROME Arpège / Aladin 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 Forçage atmosphérique flux radiatifs coefficients A et B pour les variables d’état SURFACE Nature Mer Ville Lac Ces quantités servent de conditions à la limite pour le schéma de rayonnement et la turbulence.

Principe de l’interface Albedo, Emissivité, Température radiative Flux de quantité de mvt Flux de chaleur Flux de vapeur d’eau Flux de CO2 Flux chimiques atmosphère Flux radiatifs Position du soleil Forçage atm. pluie, neige coef. A et B coupling_surf_atmn coupling_inland_watern coupling_sean coupling_naturen coupling_townn Physique: lacs Physique: mer Physique: nature Physique: ville

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

Couplage avec l’atmosphère ♦ lors d’un couplage explicite, les conditions atmosphériques anciennes servent pour calculer les nouvelles variables de surface: l’hypothèse étant une faible variation du forçage atmosphérique dans le pas de temps => bien adapté aux courts pas de temps ♦ lors d’un couplage implicite, les conditions atmosphériques nouvelles servent pour calculer les nouvelles variables de surface: => pas de temps plus longs => schéma plus stable

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

Couplage avec l’atmosphère Xi : variable d’état u,v,θ,q FX,i : flux de X entre les niveaux i et i+1 Diffusion verticale turbulente Xi+1 Expression du flux δi FX,i Δi Xi FX,i-1 Système tridiagonal & Xi-1

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