3.6 Sensibilité des flux atmosphériques simulés à la résolution spatiale au ni-
3.6.2 Convergence de la zone de drop-off
Nous avons vu dans la section précédente (figure 3.32) que la représentation de la zone de drop-off dans WRF dépendait de la résolution spatiale. Ce problème avait déjà été sou- levé par Capet et al. (2004) avec le modèle COAMPS14configuré pour la côte Californienne.
Ils montrent en particulier qu’il n’y a pas de convergence de la zone de drop-off à par- tir des simulations à 27km, 8km et 3km de résolutions spatiales. Nous réalisons des tests similaires pour étudier la convergence de cette zone pour notre région à partir de la confi- guration CHILI_VH (cf. figure 3.35 ou la description au chapitre 3). Une résolution allant jusqu’à 2.5km est utilisée pour un domaine restreint autour de 35˚S. La simulation couvre la période du 1er Janvier au 22 Mars 2000 (cf. section 3.4.2).
Vents moyens
Comme nous l’avons montré dans le chapitre 2, durant la période de simulation (Eté Austral), les coeurs des CJs se situent généralement autour de 35˚S. La figure 3.35 (à droite) le confirme : un noyau de vent fort s’étend de 36˚S à 32˚S à environ 300km de la côte. Dans ce cas, comme l’illustre la figure de gauche 3.35 (a) et (b), les vents à 40km, 10km, 5km et 2.5km de résolutions simulent la même zone de drop-off : l’amplitude du vent commence à diminuer à environ 140km de la côte. Les différences sur 3.35b) sont très faibles, seule l’extrapolation de ROMS induit des différences d’amplitude du vent entre les simulations "basses" résolutions (40km, 10km et 5km) et la plus haute résolution (2.5km), elles peuvent atteindre jusqu’à 1m/s à 2km de la côte. Le rotationnel du vent moyenné sur cette zone est peu sensible à la résolution, il est du même ordre de grandeur pour toutes les simulations (entre 2 et 6 N/m3). A moins de 5km de la côte la simulation à 2.5km de résolution simule
un fort rotationnel de 6N/m3 que ne peuvent simuler les autres simulations.
14De l’Anglais , Coupled Ocean-Atmospheric Mesoscale Prediction System, Système de Prédiction Mésoé- chelle Couplé Océan-Atmosphère
3.6. Sensibilité des flux atmosphériques simulés à la résolution spatiale au niveau du Chili Central 0 10 20 30 40 50 60 70 2 4 6 8 Offshore distance (km) m/s
a) Mean meridional wind between 36S and 35S
0 10 20 30 40 50 60 70 0 2 4 6x 10 −5 Offshore distance (km) N/m3
c) Mean wind curl between 36S and 35S
0 10 20 30 40 50 60 70 −2 0 2 Offshore distance (km) m/s
b) Mean mer. wind diff. between 36S and 35S
0 10 20 30 40 50 60 70 −5 0 5 x 10−5 Offshore distance (km) N/m3
d) Mean wind curl diff. between36S and 35S
FIG. 3.35: A gauche, amplitude moyenne du vent (en m/s) simulé par WRF du 1er Janvier 2000 au 22 Mars
2000, la résolution spatiale est de a) 40km, b) 10km, c) 5km et d) 2.5km. Le rectangle en traits gras sur a) représente le domaine à 10km de résolution alors que le rectangle en traits fins représente les domaines à 5km et 2.5km de résolution. Sur b), le rectangle représente les domaines à 5km et 2.5km de résolution. La figure de droite est similaire à la figure 3.32 à la différence que les champs sont moyennés sur la période du 1er Janvier au 22 Mars et sur la section [35˚S-36˚S].
Nous regardons maintenant des événements particuliers de CJ dans lesquels la zone de drop-off serait plus confinée à la côte.
CJ du 21 au 28 Janvier 2000
Comme l’illustre la figure 3.36, du 21 au 28 Janvier 2000, un épisode de CJ a lieu. Il répond aux caractéristiques classiques des Jets durant cette saison : son coeur est situé autour de 35.5˚S. Son amplitude au coeur du Jet est supérieur à 10m/s pendant 8 jours tandis que son amplitude moyenne atteint 13m/s. De plus, il présente des pics de vents allant jusqu’à 16m/s.
Quellle que soit la résolution spatiale adoptée, WRF simule de manière réaliste ce Jet. L’amplitude moyenne du vent durant cet événement est semblable pour toutes les résolu- tions, en particulier dans le coeur du Jet. En bas de la figure 3.36, le trait pointillé rouge représente l’amplitude du vent dans le coeur du Jet ([73.6˚W-36˚W]) pour la simulation à 40km de résolution, les autres simulations ne présentent que de très faibles différences avec celle-ci. Les autres courbes en bas de la figure 3.36 représentent l’amplitude du vent au point le plus côtier des simulations [72.8˚W - 36˚S] (points noirs sur les cartes de 3.36). On voit ici l’effet de la présence de la zone de drop-off : le vent à la côte durant la pé-
riode du CJ est moins fort en moyenne de 4.2m/s par rapport au vent dans le coeur du CJ. Comme on pouvait s’y attendre d’après les résultats de la partie précédente, il peut exis- ter d’importantes différences dans la zone côtière entre les différentes résolutions. Plus la résolution spatiale du modèle est haute, plus les vents diminuent. Ainsi, les vents à 2.5km de résolution sont équivalents à ceux à 5km mais moins forts en moyenne de 1.3m/s que les vents à 40km et 10km.
FIG. 3.36: En haut, de gauche à droite : amplitude moyenne du vent du 21 au 28 Janvier 2000 simulé par
WRF avec résolution de 40km, de 10km, de 5km et de 2.5km. En bas : amplitude du vent au point [72.8˚W 36˚S]. La courbe rouge ne pointillé représente l’amplitude du vent dans le coeur du Jet pour la simulation basse résolution. les courbes pleines rouge, noire, verte et bleue représentent l’amplitude du vent au point le plus proche de la côte pour les simulations de résolution 40km, 10km, 5km et 2.5km.
Afin de vérifier la convergence de la zone de drop-off, la figure 3.37 (à gauche) présente le vent méridien moyenné durant cet épisode entre 35˚S et 36˚S (a), la différence de vent méridien entre la simulation 2.5km et les simulations 40km, 10km, 5km interpolées sur la grille de résolution 2.5km(b), le rotationnel moyenné sur la même période et la même zone, ainsi que la différence de rotationnel entre la simulation 2.5km et les autres interpolées sur la même grille. Quelle que soit la résolution spatiale atmosphérique, la zone de drop-off s’étend sur plus de 70km, le vent diminue en moyenne de 12m/s à moins de 4m/s vers la côte. Aussi bien l’amplitude que le rotationnel du vent présentent une faible sensibilité à la résolution spatiale du modèle. Néanmoins, l’extrapolation de ROMS induit comme dans
3.6. Sensibilité des flux atmosphériques simulés à la résolution spatiale au niveau du Chili Central
les exemples de la partie précédente (figure 3.32), des erreurs sur l’amplitude du vent et son rotationnel.
Dans ce cas précis, on observe donc une convergence des solutions des vents WRF avec la résolution spatiale.
CJ du 28 Février au 6 Mars 2000
Un autre CJ est observé lieu du 28 Février au 6 Mars 2000. La figure 3.38 présente la structure spatiale moyenne des vents pendant cet événement. Elle présente une faible sensibilité à la résolution spatiale. En bas, le trait rouge en pointillé représente l’amplitude du vent dans le coeur du CJ ([73.6˚W - 36˚S]) pour la simulation à 40km de résolution. Les autres simulations convergent vers la même amplitude. Cet événement de vent présente les caractéristiques de CJs : son coeur est situé entre 36˚S et 35˚S, il a une durée d’environ 8 jours et une amplitude moyenne de 12m/s avec des pics atteignant 14.4m/s. L’effet de la zone de drop-off est illustré en bas de la figure 3.38 : les traits pleins représentent le vent pour les différentes simulations : ils sont en moyenne inférieurs de 4.6m/s à ceux dans le coeur du Jet, et au maximum de 11.7m/s . Les vents simulés à la côte présentent une sensibilité à la résolution spatiale du modèle : les vents à 2.5km de résolution sont plus faibles de 0.6m/s par rapport aux vents à 10km et à 40km de résolution et de 0.3m/s.
La zone de drop-off pour cet événement est en revanche plus confinée à la côte durant la période du 28 Février au 6 Mars que celles des autres Jets étudiés précédemment. L’éten- due de la zone de drop-off est d’environ 40km, ce qui équivaut à la résolution spatiale de la simulation basse résolution. Dans cette zone, le vent méridien diminue d’une vitesse d’environ 10m/s à environ 6m/s pour les simulations 10km, 5km et 2.5km. La solution de la simulation à 40km de résolution s’écarte nettement de celles des autres simulations en raison de sa résolution spatiale trop grossière. Ces différentes entre les simulations sont mises en valeur par la figure 3.37 b). A environ 20km de la côte, les vents à 40km de réso- lution simulent des vents trop faibles d’environ 1m/s. Les autres résolutions convergent vers des valeurs proches les unes des autres.
La figure 3.37 c) et d) illustre le rotationnel moyen du vent sur cette même zone et pen- dant la même période. Les simulations à 10km, 5km et 2.5km ont un rotationnel d’environ 1.10−5N/m3 à la côte alors que la simulation à 40km de résolution a un rotationnel très
faible. La mauvaise représentation de la zone de drop-off va induire une sous-estimation du rotationnel au vent et donc du pompage d’Ekman associé.
Synthèse
Capet et al. (2004) montrent que l’étendue de la zone de drop-off de la région Cali- 128
0 10 20 30 40 50 60 70 0 5 10 15 Offshore distance (km) m/s
a) Mean meridional wind between 36S and 35S and between the 21th − 28th January 2000
0 10 20 30 40 50 60 70 0 0.5 1 1.5x 10 −4 Offshore distance (km) N/m3
c) Mean wind curl between 36S and 35S and during the 21th and 28th January 2000
0 10 20 30 40 50 60 70 −4 −2 0 2 4 Offshore distance (km) m/s
b) Mean mer. wind diff. between 36S and 35S and between the 21th − 28th January 2000
0 10 20 30 40 50 60 70 −5 0 5 x 10−5 Offshore distance (km) N/m3
d) Mean wind curl diff. between 36S and 35S and during the 21th and 28th January 2000
0 10 20 30 40 50 60 70 4 6 8 10 12 Offshore distance (km) m/s
a) Mean meridional wind between 36S and 35S and between 28th February and 2rd March 2000
0 10 20 30 40 50 60 70 0 0.5 1x 10 −4 Offshore distance (km) N/m3
c) Mean wind curl between 36S and 35S and between 28th February and 2rd March 2000
0 10 20 30 40 50 60 70 −2 0 2 Offshore distance (km) m/s
b) Mean mer. wind diff. between 36S and 35S and between 28th February and 2rd March 2000
0 10 20 30 40 50 60 70 −5 0 5 x 10−5 Offshore distance (km) N/m3
d) Mean wind curl diff. between36S and 35S and between 28th February and 2rd March 2000
FIG. 3.37: A gauche, a) vents méridiens (en m/s) moyennés sur la période du CJ du 21 au 28 Janvier entre
35˚S et 36˚S pour WRF 40km (en rouge), WRF 10 km (en noir) et WRF 5km (vert) et WRF 2.5km (en bleu). b) Différences moyennes entre les vents à 2.5km de résolution et les autres simulations interpolées sur la même grille. c) Rotationel du vent (en N/m3) moyenné sur la même période entre 35˚S et 36˚S. Les mêmes conventions de couleurs sont utilisées. d) Comme pour (b) mais pour le rotationnel moyen. A droite, les mêmes représentations mais pour la période du 28 Février au 6 Mars 2000.
FIG. 3.38: Comme pour la figure 3.36 mais pour le Jet du 28 Fevrier au 6 Mars.
3.6. Sensibilité des flux atmosphériques simulés à la résolution spatiale au niveau du Chili Central
Dans cette étude, la réponse océanique présente aussi une forte sensibilité à la résolu- tion spatiale atmosphérique, aussi bien en terme de processus liés à l’upwelling que de circulation océanique. Pour la zone du Chili Central, l’étendue de la zone de drop-off simulée par WRF converge avec la résolution spatiale du modèle. Cependant, l’ampli- tude du vent à la côte est sensible à la résolution spatiale du modèle : une plus haute résolution entraîne une amplitude du vent plus faible à la côte. Mais ces différences ont-elles un impact sur la réponse océanique ?
Comme nous l’avons expliqué dans le chapitre 3, nous avons forcé le modèle océa- nique ROMS avec les champs WRF à 40km de résolution et à 10km de résolution. Nous allons dans la partie suivante analyser ces simulations afin d’étudier la sensibilité de la réponse océanique à la résolution du forçage atmosphérique.