Conditions aux limites

La résolution des équations du modèle nécessite de renseigner au premier pas de temps et à chaque redémarrage (voir paragraphe suivant) :

- une description de l’état de la surface, incluant l’orographie, le masque terre-mer et des valeurs climatologiques des variables de surface (albédo, végétation, etc.),

- une description du champ de SST, d’aérosols et des gaz à effets de serre.

Et il est également nécessaire de fournir régulièrement un jeu de conditions aux frontières du domaine (LBC) rendant compte de l’évolution de la situation synoptique globale.

Etats initiaux

Le premier état initial est obtenu à partir de champs issus d’une autre simulation. Celle-ci peut-être globale ou régionale, pourvu que son domaine géographique recouvre la zone C+I de la géométrie de l’expérience à initialiser. Cependant, pour des raisons de com- patibilité, elle doit nécessairement avoir été réalisée avec le code ARPEGE/IFS. Il peut donc s’agir d’une simulation ARPEGE-Climat, ALADIN-Climat, EC-earth ou d’une ré- analyse du centre européen (ERA-15 (Gibson et al., 1999), ERA-40 (Uppala et al., 2005), ERA-interim (Dee and Uppala, 2009)). Les valeurs des champs de cette simulation sont ramenées sur la grille ALADIN-Climat en exécutant une configuration du modèle spéci- fiquement dévolue à cette tâche : la configuration E927. Le lancement de cette dernière s’effectue à partir du même binaire que celui utilisé pour l’expérience elle-même, en spéci- fiant en Namelist le choix de cette configuration et les variables définissant la géométrie de la simulation ALADIN-Climat à initialiser.

Aux pas de temps suivants, l’état initial correspond à l’état de l’atmosphère résultant de l’intégration qui précède. Au cours d’une simulation, on sauve un état initial à chaque fin de mois (fichier de restart), et l’expérience est redémarrée à chaque début de mois par ce fichier.

Conditions climatologiques de surface

Les variables de surface évoluent mensuellement, à partir de fichiers climatologiques mensuels moyens (12 fichiers). Dans les versions précédentes du modèle, ces derniers étaient créés par une configuration spécifique du modèle (la configuration E923) définie par un choix de clés de Namelist idoines. Dans la version 5.1, ce programme a été externalisé. Il utilise en entrée la base de données GLOBE (Global Land One-km Base Elevation, version 0.1) et fournit en sortie l’ensemble des champs de surface nécessaires (pour la liste complète, voir la documentation en ligne d’ARPEGE-Climat v5.1) sur la grille ALADIN-Climat de la simulation. Ces valeurs mensuelles sont lues et imposée au modèle à chaque redémarrage (c’est-à-dire une fois par mois) par un programme appelé updcli qui fait appel aux données de la base ecoclimap à 1 km de résolution (Masson et al., 2003).

SST, aérosols et GES

L’évolution des valeurs de SST et de concentration d’aérosols, d’ozone et de gaz à effet de serre suit un principe similaire : des jeux de données climatologiques globales et men- suelles sont interpolées sur la grille du modèle et lui sont imposées à chaque redémarrage, en début de mois.

Dans les simulations couvrant une période de temps passé, les SST sont extraites des ré- analyses du centre européen ERA-40 (Fiorino, 2004) ou ERA-interim. Pour les scénarios futurs, elles proviennent des simulations globales couplées océan-atmosphère, avec une cor- rection vers les valeurs d’ERA-40 calculée sur la période de contrôle et appliquée à tout le

Section 2.1 : Le modèle régional de climat : ALADIN-Climat, version 5.1 33

scénario.

Six classes d’aérosols sont prises en compte, selon leur source et/ou leur localisation : aé- rosols terrestres et organiques, maritimes, désertiques, émis par les villes, stratosphériques et sulfatés. En climats présents et passés, les cinq premiers types d’aérosols sont extraits des données de Tegen et al. (1997) disponibles en moyennes mensuelles. Les aérosols sul- fatés sont tirés de Boucher and Pham (2002), qui fournit une climatologie mensuelle, en moyenne décennale. Pour les scénarios de changements climatique, l’évolution des concen- trations d’aérosols proviennent d’un modèle de transport chimique (Boucher and Pham, 2002).

Enfin, l’évolution des concentrations de gaz à effets de serre est fournie par les analyses et les projections du GIEC (Groupe d’experts Intergouvernemental sur l’Evolution du Climat, IPCC en anglais).

Conditions latérales aux frontières (LBC)

Les fichiers de conditions aux frontières du domaine (LBC) sont produits de la même façon que le premier état initial, c’est-à-dire à partir des champs issus d’une simulation ARPEGE/IFS et ramenés sur la grille ALADIN-Climat par l’exécution de la configuration E927 du modèle.

La fréquence à laquelle les fichiers de forçage sont produites peut être réglée en Namelist. Dans les simulations réalisées pour ce travail, elle a été fixée à 6 heures.

La prise en compte de cette information latérale par le modèle est régie par le schéma de relaxation de Davies (1976). Celui-ci calcule à chaque pas de temps les champs de forçage

Xf(t) sur les points de la zone I en interpolant linéairement les valeurs issues des fichiers de

LBC aux instants t1 et t2 encadrant l’instant t considéré. Les champs d’ALADIN-Climat

sont ensuite relaxés sur la zone I afin d’assurer la transition entre les valeurs simulées sur la zone C et celles imposées en bordure de la zone C+I, selon l’équation :

X(k) = α(k)Xm(k) + (1− α(k))Xf(k), k = 1, ..., 8 (2.13)

où Xm(k) est la valeur du champ X calculée par ALADIN-Climat au temps t, au point

de la zone I caractérisé par le nombre de points de grille le séparant de la frontière de la

zone C ; Xf(k) la valeur du champ de forçage au même point de la zone ; α(k) le profil de

relaxation appliqué ; et X(k) la valeur finale du champ ALADIN-Climat, après relaxation.