Surface Externalisée travail collectif de plusieures équipes du CNRM et du Laboratoire d'Aérologie P. Le Moigne.

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1 Surface Externalisée travail collectif de plusieures équipes du CNRM et du Laboratoire d'Aérologie
P. Le Moigne

2 Plan de l'exposé pourquoi un schéma de surface les objectifs de la surface principe de fonctionnement les paramètres et variables d’entrée le modèle couplé conclusion

3 Pourquoi un schéma de surface?
La surface est la limite inférieure du modèle atmosphérique Forte variabilité spatio-temporelle Environnement: occupation des sols Climat: saisons Milieux souvent hétérogènes nécessitant des paramétrisations physiques spécifiques: zones urbaines, naturelles, …

4 Les objectifs de la surface
Simuler les échanges entre la surface et l'atmosphère : de quantité de mouvement, d'eau, de chaleur, de concentration en CO2, de concentrations d'espèces chimiques - ces échanges se font par l'intermédiaire des flux. Représenter le cycle diurne Assurer l'indépendance du schéma de surface et du modèle atmosphérique Assurer l'indépendance du schéma de surface et du schéma d'assimilation Pouvoir être utilisée facilement avec des modèles atmosphériques différents Pouvoir réaliser des expériences en mode forcé

5 Principe de fonctionnement de la surface externalisée
Découpage en 4 surfaces élémentaires: les tiles Ville Lac ATMOSPHERE SURFACE Nature Mer Nature Mer Lac Ville

6 Découpage de la partie nature: les patchs
SURFACE Nature Mer Ville Lac ... 1: sol nu 2: rochers 3: neige permanente 4: décidus 5: conifères 6: feuillus 7: cultures en C3 8: cultures en C4 9: cultures irriguées 10: pâturages 11: zones herbeuses tropicales 12: parcs et jardins

7 Les schémas numériques de la surface
Sol et Végétation: ISBA: Interface Soil Biosphere Atmosphere (Noilhan-Planton 1989) Mer et Océan: Température prescrite TEB: Town Energy Balance (Masson 2000) Ville: Lac: Température prescrite Il est possible de « brancher » d'autres schémas numériques.

8 La physique dans ISBA Sol:
Force restore 2 couches (Noilhan-Planton 1989) (Tp, wl, wi) Force restore 3 couches (Boone 1999) (Tp, wl, wi) Diffusion n couches (Boone 1999) (Tp, wl, wi) Paramétrisation du gel dans le sol Neige: Douville 95: 1 couche, albedo, densité, réservoir de neige Boone et Etchevers 2000: ISBA-ES basé sur CROCUS: 3 couches, albedo, densité, eau liquide dans le manteau Végétation: ISBA classique NP89 (Jarvis) ISBA-A-gs photosynthèse et échanges de CO2 ISBA-A-gs avec évolution de la biomasse Hydrologie: ruisselement et drainage sous-maille

9 Modélisation des transferts en milieu urbain:
Le modèle TEB (Town and Energy Balance, Masson 2000) 1 route, 1 toit et 2 murs identiques Un seul bilan d'énergie pour 1 mur Température unique pour le mur Température unique pour la route Interception de pluie et neige Flux de chaleur latente Conduction de la chaleur dans les matériaux Flux anthropogéniques

10 Les paramètres et variables d’entrée
Champs physiographiques Texture du sol Relief Etat initial du modèle Comment fabriquer ces paramètres?

11 Les outils intégrés PGD: prépare les champs physiographiques à partir des bases de données ECOCLIMAP, FAO, GTOPO30 PREP: initialise les variables pronostiques de la surface profil de température, d'eau, de glace, contenu du réservoir d'interception, caractéristiques du manteau neigeux températures de la route, des murs et des toits réservoirs d'eau et de neige À partir des champs de surface des modèles atmosphériques (mesoNH, Arome, Arpege/Aladin, ...)

12 ECOCLIMAP (Champeaux et Masson 2002) http://www. cnrm. meteo
Base de données globale, kilométrique pour les paramètres de surface qui dépendent : Du sol: % argile, %sable, profondeur De la végétation: fraction de végétation, indice foliaire, résistance stomatique, longueur de rugosité Du sol et de la végétation: albédo, émissivité Établie à partir de cartes globales de climat, de land cover et de profil de NDVI

13 215 ecosystèmes sur le globe
Climate map Land cover maps NDVI profiles Koeppe et de Lond 1958 1km: 16 classes University of Maryland 1km: 15 classes Corine land cover « 250m »: 44 cl. 215 ecosystèmes sur le globe Texture: FAO-10km Agrégation BASE DE DONNEES DES PARAMETRES DE SURFACE

14 Quantités échangées à chaque pas de temps du modèle entre la surface et l’atmosphère:
Méso-NH AROME Arpège / Aladin albédo émissivité température radiative flux de quantité de mvt flux de chaleur flux de vapeur d'eau flux de CO2 flux chimiques Forçage atmosphérique position du soleil flux radiatifs SURFACE Nature Mer Ville Lac Ces quantités servent de conditions à la limite pour le schéma de rayonnement et la turbulence.

15 Exemple de validation 1D : S. Donier – P. Lacarrère
10% mer 10% lac 20% ville 60% nature MASDEV46 MASDEV45 SURFEX RN H LE

16 Conclusion La surface externalisée constitue un modèle à part entière
Elle permet de simuler les échanges avec l'atmosphère (flux), de résoudre le cycle diurne et de calculer les stocks (eau, neige) Les paramétrisations physiques (isba, teb, ...) permettent de résoudre les bilans d'énergie et d'eau à la surface Elles ont besoin de données d'entrée physiographiques (bases Ecoclimap (v2 à venir), Fao, relief) Elles ont besoins de valeurs initiales pour les variables pronostiques des différentes paramétrisations La surface externalisée est utilisée de façon couplée avec un modèle atmosphérique (méso-NH, Arome, Arpege/Aladin, ...) Ou en mode forcé (off-line): hydrologie, campagnes de mesures, ...