Le couplage entre les deux modèles

WRF et NEMO ont été couplés grâce à l’interface de couplage Ocean Atmos-phere Sea Ice Sol (Valcke et al,2013, OASIS3-MCT). Toutes les heures celle-ci permet l’échange d’informations sur la SST, les courants de surface, la TV, les flux de cha-leur et d’eau douce. Les modèles vont alors évoluer librement : il n’y a pas de rappel vers un état prescrit (autre que les conditions aux frontières ouvertes). Le rayon de déformation de Rossby étant plus grand dans l’atmosphère (environ 10 fois plus) que dans l’océan, les modèles couplés utilisent généralement une résolution plus basse dans l’atmosphère. Une telle approche ne permet néanmoins pas de représenter les proces-sus atmosphériques de très fine échelle, qui pourraient jouer un rôle important dans le flux air-mer de quantité de mouvement (Moulin and Wirth,2014). Nous avons choisi d’utiliser la même résolution (1/12°) à la fois pour l’océan et pour l’atmosphère. La mise en place d’une telle configuration couplée régionale entre NEMO et WRF a été par exemple récemment réalisée sur la région de l’océan indien (Samson et al,2014). b Simulations couplées

Différentes simulations couplées ont été réalisées, en utilisant plusieurs configura-tion des modèles atmosphérique et océanique. Elles sont récapitulées TableI.3et sont

nommées avec un numéro, correspondant au numéro de la configuration de WRF (voir TableI.1) et une lettre majuscule, faisant référence à celle de NEMO (voir TableI.2). Les simulations courtes (un an) sont utilisées pour étudier la réponse de l’atmosphère aux anomalies de SST. Le temps d’ajustement de celle-ci étant très court, on considère qu’elle atteint très vite un état d’équilibre et seul un spin-up de 3 jours est considéré. Le choix de conditions initiales océaniques provenant de simulations forcées de plu-sieurs années et ayant donc atteint un état d’équilibre, permet de démarrer avec une meso-échelle océanique déjà existante. Pour analyser les conséquences du couplage sur l’océan, les années 2003 à 2008 sont étudiées : la première année (2002) des simula-tions de la TableI.3b est écartée afin de laisser à la meso-échelle océanique le temps de s’ajuster au type de couplage choisi (voir paragraphed ci-dessous).

(a)

Nom Schéma Schéma Schéma Version Configuration Période

de CLA de surface radiatif de WRF de NEMO Simulée

CPL1A Goddard 3.3

CPL1bA YSU MM5

CPL1cA 3.6 NEMO_A 2007

CPL12A Dudhia 3.3

CPL16A MYNN MYNN2 3.6

CPL12B 3.3 NEMO_B 2005-2008

(b)

Nom Calcul de la TV incluant SST reçue par WRF periode

les courants de surface simulée

CPL16C_11 Oui 2002-2008

CPL16C_21 Oui (courants filtrés) SST de NEMO 2002

CPL16C_01 Non 2002-2008

CPL16C_02 SST de NEMO filtrée

Table I.3 Caractéristiques des simulations couplées. Toutes les configurations

pos-sèdent 60 niveaux verticaux et utilisent le schéma convectif BMJ. (a) Simulations utilisant un couplage “classique” : WRF reçoit la SST directement issue de NEMO et calcule la TV en prenant en compte les courants de surface de l’océan (b) Simula-tions utilisant différents types de couplage dans lesquelles certains champs sont filtrés spatialement. Elles utilisent les configurations WRF16 et NEMO_C et couvrent la période 2002-2008. Les simulations retenues pour l’étude du couplage à meso-échelle sont indiquées en gras.

c Calcul de la TV

Les conditions de TV imposées à la couche de surface de NEMO sont celles calculées par le schéma de surface de WRF. Toutes les paramétrisations testées sont basées sur la théorie de similarité de Monin-Obukhov (Monin and Obukhov,1954), dans laquelle la TV s’exprime sous la forme :

− →_τ s = ρ(z1)u∗2 −→_v 1 k−^→v1k u^∗ = ^k0k−^→v1k ln(z1 z0) − ψ(z1 L)

où −^→v1 et ρ(z1) sont respectivement la vitesse et la densité de l’air du premier niveau du modèle atmosphérique (altitude z1), z0 est la longueur de rugosité, et L, celle de Monin-Obukhov. La forme de la fonction de stabilité ψ dépend du schéma de surface choisi.

En réalité, la TV dépend, non de la vitesse absolue du vent de surface, mais de sa vitesse relative aux courants de surface de l’océan (Dawe and Thompson, 2006; Song et al,2006). Il s’agit là d’un ajustement de l’atmosphère à l’océan qui peut affecter la structure de meso-échelle de la TV (Chelton et al,2004). Pour prendre en compte cet effet, le calcul de la TV par WRF a été modifié (Lemarié,2015) en remplaçant −^→v1 par

− →_v

1−^−→v^o₁ (^−→v₁^o étant la vitesse océanique de surface). Ces modifications ont été incluses dans la version WRF 3.6 de réference. Il est important de noter que la prise en compte des courants de surface se fait dans le code WRF là où est calculée la TV, et non pas au niveau du coupleur ou du modèle d’océan. Le courant de surface de l’océan est donc transmis au modèle d’atmosphère par l’intermédiaire du coupleur OASIS.

d Couplage partiel entre l’océan et l’atmosphère

Pour étudier l’impact relatif dans le couplage des structures de meso-échelle océa-nique de température et de courants de surface (Chap.V), des expériences de sensibilité ont été réalisées (TableI.3b).

Afin de permettre une interpolation des champs de surface d’un modèle sur la grille de l’autre (lorsque qu’elles sont différentes), OASIS requiert un fichier de poids. Celui-ci a été modifié de manière à ce que les courants et/ou la SST transmise à WRF soient filtrée spatialement grâce à un filtre gaussien d’écart-type 150 km, éliminant la meso-échelle (voir Fig. I.4).

Les simulations ont été nommées d’après le nom de la configuration de WRF (WRF16) et de NEMO (NEMO_C) utilisée, et de deux chiffres indiquant, si WRF reçoit des champs de surface de l’océan identiques à ceux calculés par NEMO (1), filtrés (2). Le premier chiffre correspond aux courants et le second, à la SST. Si la TV est calculée à partir du vent absolu (c’est à dire que les courants de surface de l’océan ne sont pas vus par l’atmopshère), le premier chiffre est alors 0.

La simulation CPL16C_11 est donc la simulation de référence, incluant un couplage “complet” où les courants de surface et la SST sont intégralement transmis à WRF. Dans CPL16C_21, seuls les courants sont filtrés. Leur influence sur la TV est totale-ment supprimée dans CPL16C_01 (WRF reçoit ^−→v^o₁ =^−→0 ). CPL16C_02 correspond à une simulation couplée dans laquelle la SST reçue par WRF a été filtrée (“2”), et pour laquelle la TV est calculée sans prendre en compte les courants de surface de NEMO. Des expériences assez similaires ont été réalisées par Seo et al (2015) dans le système d’upwelling de Californie. Il faut cependant noter une différence importante : dansSeo et al(2015), les TV utilisées comme conditions limites par les modèles atmosphérique

(a) (b)

Fig. I.4 SST (°C) issue de la simulation CPL16C_02 au 01/07/2007 (a) SST calculée

par NEMO (b) SST filtrée par OASIS et utilisée par WRF.

et océanique sont différentes. En effet, la TV de WRF est calculée par le schéma de surface, sans prendre en compte les courants, tandis que le modèle océanique (ROMS) reçoit uniquement la vitesse du vent à 10 m de WRF et utilise une formule bulk (incluant ou non les courants) pour obtenir une TV. Il y a donc une incohérence entre la quantité de mouvement transmise par l’atmosphère et celle reçue par l’océan.