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Étude des interactions océan/atmosphère, une approche multi-échelles

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Étude des interactions océan/atmosphère, une approche multi-échelles

De la centaine à la dizaine de kilomètres

 

La modélisation du climat et de ses composantes océanique et atmosphérique est une approche à double entrée, scientifique pour la compréhension des phénomènes, et technique pour les simulations sur des supercalculateurs. La faible résolution spatiale (de l’ordre de la centaine de kilomètres) imposée entre autres par le coût de calcul, limite le réalisme de certains processus physiques qui ne peuvent être résolus explicitement dans les modèles doivent donc être paramétrés. Pour repousser cette contrainte, Sébastien Masson, chercheur à l’Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL, CNRS/UPMC/UVSQ/CEA/IRD/Cnes/École polytechnique/ENS), travaille à plus petite échelle sur des phénomènes mal représentés dans les simulations climatiques actuelles.

 

D. R.

 

Pourquoi ce choix d’échelle ?

Sébastien Masson. Les paramétrisations des processus de petite échelle ont un rôle essentiel dans les modèles de simulations climatiques. Elles ont des répercussions à toutes les échelles, de la circulation générale de l’atmosphère et de l’océan aux cyclones. Je m’intéresse aux processus à petite échelle (la dizaine de kilomètres) qui ont été longtemps mal représentés voire négligés dans les modèles mais que l’on doit prendre en compte. Les temps de simulation sont plus courts et pour un même ratio coût/calcul, j’essaie d’aller plus loin vers la haute résolution.

 

Dans quelle zone géographique travaillez-vous ? Quelles sont les difficultés rencontrées ?

S. M. Je m’intéresse principalement aux tropiques, en particulier à l’Est des bassins océaniques (Pacifique, Atlantique). Dans ces régions, des eaux froides remontent le long des côtes du Pérou, du Chili, de la Californie, et ont une influence sur la circulation des alizés et l’ensemble du climat tropical.

 

La présence de ces eaux froides est mal représentée dans les modèles de climat et l’une des erreurs possibles pourrait être due à une résolution insuffisante qui ne permet pas de reproduire correctement les tourbillons océaniques et l’export vers le large. Nous rencontrons également des difficultés pour la composante atmosphérique à cause d’une mauvaise représentation des reliefs. Par exemple, les Andes sont des montagnes très élevées et situées en bord de mer. Avec une maille de cent kilomètres, ces montagnes sont fortement écrêtées et la dynamique atmosphérique y est fortement influencée par les vents.

 

Nous cherchons donc à augmenter la résolution dans cette région et à observer la rétroaction sur le climat. La présence de ces eaux froides induit la formation d’une chape de nuages bas au-dessus de l’océan qui empêchent le soleil de réchauffer la mer et maintiennent l’eau à basse température.

 

Quels modèles que vous utilisez?

S. M. Je citerai NEMO (Nucleus for European Modelling of the Ocean) pour l'océan, WRF (Weather Research and Forecasting Model) pour l'atmosphère et OASIS (Ocean Atmosphere Sea Ice Sol) pour le coupleur. WRF et NEMO sont parmi les rares modèles capables de fonctionner à l'échelle globale et d'intégrer des zooms régionaux imbriqués.

 

NEMO qui m’intéresse plus particulièrement, est une plateforme de modélisation numérique de l'océan utilisée pour la recherche fondamentale, l’océanographie opérationnelle et les prévisions saisonnières et climatiques. Elle a trois composantes : dynamique de l'océan, glace de mer et biogéochimie marine.

 

D. R.

 

Vous coordonnez le projet ANR « PULSATION ». Quels en sont les grands axes ?

S. M. Les machines pétaflopiques introduites ces dernières années en France ont offert à la communauté scientifique la possibilité de revisiter leurs modèles, et de réduire les biais et les incertitudes récurrentes dans des simulations climatiques et pour des projections à long terme du changement global. La réussite de « PULSATION » repose sur la réalisation de simulations multi-échelle couplée océan-atmosphère exécutée sur un calculateur pétascale.

 

Notre approche entend construire une plateforme de modélisation pour la réalisation de simulations couplées océan-atmosphère multi-échelle, en introduisant des modèles comprenant des « zooms » océaniques et atmosphériques à haute résolution au sein d'un modèle climatique global. Cette stratégie vise une représentation fidèle des fines échelles océaniques et atmosphériques des processus dynamiques, permettant ainsi aux processus régionaux de rétroagir sur le climat global.

 

Cette première plateforme de modélisation multi-échelle couplée océan-atmosphère constitue un véritable pont entre les approches globales et régionales et offre une occasion unique d'améliorer sensiblement la prochaine génération de simulations climatiques.

 

Pour en savoir plus :

Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL, CNRS/UPMC/UVSQ/CEA/IRD/Cnes/École polytechnique/ENS)Nouvelle fenêtre

 

NEMO (Nucleus for European Modelling of the Ocean)Nouvelle fenêtre

 

WRF (Weather Research and Forecasting Model)Nouvelle fenêtre

 

OASIS (Ocean Atmosphere Sea Ice Sol)Nouvelle fenêtre



01/08/13