Modélisation du climat à l’IPSL: existant, objectifs et enjeux à 4 ans Jean-Louis Dufresne centre de modélisation du climat de l’IPSL Réunion de lancement projet ANR CONVERGENCE, Paris, 7 novembre 2013

Le modèle couplé "Système Terre" de l'IPSL

Modèles de l'IPSL pour CMIP5 LMDZ-ORCHIDEE-ORCA-LIM-PISCES-INCA-REPROBUS-OASIS IPSL-CM5A-LR Basse résolution atm: 3.75°x2°L39 oce: 2° L31 Earth System Model IPSL-CM5A-MR Moyenne résolution atm: 2.5°x1.25°L39 oce: 2° L31 Idem + Nouvelles Paramétrisations atmosphériques IPSL-CM5B-LR Basse résolution atm: 3.75°x2°L39 oce: 2° L31

Volume de données produites: 2Po, distribuées 250To Simulations réalisées avec IPSL-CM5 Simulations CM5A-LR # Yr #Expe CM5A-MR CM5B-LR piControl+historical+AMIP 2900 16 1260 8 490 4 Paleo 3000 3 - 500 1 Future climate projections 2200 800 200 2 Carbon emission 140 Diagnostic & understanding 1750 22 280 510 9 Detection and attribution 4800 30 960 6 Others 4400 35 Total 19850 130 3440 21 1700 Volume de données produites: 2Po, distribuées 250To

Éléments de prospective Mieux représenter les processus Améliorer la climatologie du modèle (réduire les biais) Mieux comprendre le climat et ses variations Affiner les échelles spatiales Consolider la plateforme de modélisation

Améliorer la climatologie du modèle Plusieurs biais importants n’ont pas été réduits entre CMIP3 et CMIP5. Biais dus aux composantes et à leurs couplages Amélioration de la représentation des processus dans les modèles Accroissement de la résolution horizontale et verticale Amélioration du couplage entre atmosphère et océan (cycle diurne): Fréquence Formulation des échanges Ajustement plus poussé des modèles Méthodologie: par composante, en mode « guidée », couplé Prévision « court terme », croissance rapide des biais Outils d’évaluation, cohérence avec les observations Outils pour la réalisation d’ensemble de simulation avec différente configuration, pour leur évaluation, pour la comparaison de leurs performances

Affiner les échelles spatiales • IPSLCM1/2 (1994-1997-2001) • IPSLCM5 (2008-2014) • IPSLCM4 (2003-2009) ) • IPSLCM6 (2014-…) Grand challenge 1/12° L75 0.25° Grand challenge Tests 0.5° CMIP6 L75 1° CMIP3 CMIP5 L31 2° Tests MGV CMIP2 L31 4° 8x4° 3,8x 2,5° 3,8 x 1,9° 2,5 x 1,3° 1,9 x 0,9° 0,5 x 0,25° 1,3 x 0,6 L15 L19 L39 L39 L89 L89 380km 250km 130km 50km

Pour faire les simulations CMIP5, il faudrait : 500 000 CPUs pdt 2 ans = 6 x Curie total 30 x Curie/part nationale 20 000 CPUs pdt 2 ans = 33% Curie total 1,7 x Curie/part nationale 1/12° L75 0.25° Tests 380 CPUs pdt 2 ans = 0,4 % Curie 2 % Curie/part nationale Grand challenge 0.5° CMIP6 L75 1° CMIP5 840 CPUs pdt 2 ans = 0,8 % Curie total 5 % Curie/part nationale L31 2° L31 4° 8x4° 3,8x 2,5° 3,8 x 1,9° 2,5 x 1,3° 1,9 x 0,9° 0,5 x 0,25° 1,3 x 0,6 L15 L19 L39 L39 L89 L89 380km 250km 130km 50km

Pour faire les simulations CMIP5, il faudrait : 2 000 Po produites IPSL 60 Po produites IPSL 1/12° L75 0.25° Grand challenge Tests 0.5° CMIP6 L75 1° CMIP5 L31 2° 2 Po produites IPSL (250 To distribuées) L31 4° 8x4° 3,8x 2,5° 3,8 x 1,9° 2,5 x 1,3° 1,9 x 0,9° 0,5 x 0,25° 1,3 x 0,6 L15 L19 L39 L39 L89 L89 380km 250km 130km 50km

Affiner les échelles spatiales Océan: emboitement de domaine Atmosphère: zoom [L. Li] Exemple de domaines: Méditerranée Europe Afrique de l’ouest Inde Chine – Asie sud est Amérique du Sud Antarctique Groenland Extension: Automatisation des outils ESM (chimie – aérosols…) Couplage avec l’océan (Afrique de l’ouest- golf de Guinée)

Évolution et amélioration des modèles et de leurs couplages Nouveau code radiatif, nouvelles paramétrisations atmosphériques Utilisation de simulations guidées pour la mise au point LIM3 : 5 catégories de glace, par épaisseur Couplage avec l'océan avec cycle diurne Calottes de glace Couplage LMDZ-INCA-ORCHIDEE pour émissions et dépôt (et isotopes de l'eau) Cycle de l’Azote et du Fer Changement de structure de PISCES Dépôts et apports des rivières (DOC) Hydrologie 11 couches Modèle de feux et de gestion des forêts Physique du bilan d'énergie à la surface Schéma de neige Soulèvement et transport des poussières

Sous le capot Évolutions libIGCM OASIS3-MCT (coupleur parallèle) XIOS pour toutes les composantes (I/O parallèles) Open-MP/MPI pour toutes les composantes Dynamique mémoire réduite pour LMDZ Évolutions libIGCM Distribution/analyse des données : OpenDAP, WMS, …

Projet ANR méthodes numériques CONVERGENCE(2013-2017) Consolider la plateforme de modélisation Suivre l’évolution des composantes S’adapter aux nouveau calculateurs (parallélisme…) Fiabiliser la réalisation de simulations (superviseur de simulations, simulations d’ensemble,…) Faciliter le traitement et l’analyse des données, l’évaluation des modèles Faire face à l’explosion du nombre et du volume des données Projet ANR méthodes numériques CONVERGENCE(2013-2017)