Description des tests de sensibilité

Dans cette partie, deux tests de sensibité seront présentés. Le but recherché est d'améliorer la circulation océanique simulée dans le domaine, et ainsi de déterminer de manière plus précise les sources des principaux biais du modèle.

Avant de présenter ces tests, nous voudrions ouvrir une parenthèse au sujet des frontières ouvertes. Il faut en eet bien garder en tête que la présence de frontières ouvertes très étendues géographiquement et traversées par d'importants transports représente une diculté majeure. L'algorithme de radiation/relaxation utilisé pour gérer les conditions aux frontières possède une certaine souplesse pour laisser sortir de petites perturbations aux frontières. Mais cet al-gorithme reste en fait très directif, imposant fortement les conditions fournies par l'utilisateur aux frontières. Lorsque l'on fait des tests de sensibilité, on modie en général la circulation à l'intérieur du domaine, ce qui peut aaiblir sa cohérence avec les conditions aux frontières (par exemple en déplacant la position d'un front à l'intérieur du domaine) et donc introduire des perturbations indésirables dans la solution. Dans les cas qui vont maintenant être présentés, la zone perturbée par ces incohérences reste généralement limitée à quelques dizaines de points de grille près des frontières.

Au cours de cette thèse, des tests de sensibilité consistant à appliquer des jeux de conditions aux frontières aussi proches des observations que possible ont été tentés. Il est rapidement apparu qu'il serait très dicile de générer un champs de vitesses à imposer aux frontières

satisfaisant les diérents conditions de compatibilité présentés plus haut. Finalement, nous avons considéré que ces tests n'étaient pas concluants et nous avons donc décidé de ne pas les présenter ici.

Modication des conditions aux frontières ouvertes : simulation KAB-std

Les deux principaux biais associés à G70 aux frontières de notre domaine sont relatifs au trop faible transport du CCA, et à la mauvaise représentation des caractéristiques des eaux de fond. Nous avons vu que la simulation KAB001, grâce à un rappel 3D en T/S au sud de 50°S, possédait quant à elle les bonnes eaux de fond, et un transport du CCA plus réaliste. Mais ce rappel 3D introduit en même temps un terme non physique dans les équations de conservation de la chaleur et du sel. La circulation ainsi obtenue est alors plus proche des observations pour de mauvaises raisons. D'où l'idée d'utiliser les sorties de modèle KAB001 comme conditions aux frontières ouvertes. Nous appelerons la simulation correspondante KAB-std.

Ce test de sensibilité permet alors de générer une circulation plus compatible avec les champs T/S observés aux frontières, notamment au niveau des propriétés et volumes de l'AABW et la LCDW. De plus, le transport du CCA est ainsi réhaussé à un niveau plus proche des observations (156 Sv contre 116 Sv pour G70), quoique peut-être un peu trop élevé. Un autre avantage de la simulation KAB001 pour l'étude de la circulation moyenne est que les ux entrants et sortants sont plus constants, comme le rappel à 180 jours a éliminé la plus grosse partie de la variabilité inter-annuelle. Parallèlement, la dynamique exprimée à l'intérieur du domaine de la conguration KER est bien à 100 % la dynamique du modèle seul.

Les propriétés des masses d'eau de fond telles que la température de fond (Fig. 4.10) dans la simulation KAB-std sont ainsi plus proches de la climatologie que dans la simulation G70, en particulier dans les Bassins d'Enderby-Weddell et Australo-Antarctique (comparer avec la gure 4.6 page 122). Mais, malgré le rappel utilisé dans KAB001, la circulation des masses d'eau de fond et profondes n'est pas beaucoup plus réaliste dans cette simulation. En eet, pour obtenir un courant le long du talus antarctique, il faudrait une structure très particulière des masses d'eau qui n'est que très approximativement représentée dans la climatologie. La climatologie est un produit lissé dont la précision dépend fortement de la disponibilité d'obser-vations, tandis que la région où s'écoule ce courant profond est très localisée géographiquement (le talus fait parfois moins de 20 km de largeur) et se trouve dans une région particulièrement décitaire en observations.

Sensibilité à la bathymétrie : simulation KAB-bathymedian

La bathymétrie de la conguration de référence ORCA025, utilisée dans G70 et KAB001, a été obtenue à partir de la bathymétrie à haute résolution etopo2 (Fig. 4.1, voir aussi Molines et al., 2006). Une profondeur est calculée à chaque point de grille du modèle comme la médiane

Bottom temperature KAB−std (2001) −0.5 0 0.5 1 0.5 0 0 20^oE 30^oE 40^oE 50^oE 60^oE 70^oE 80^oE 90^oE 100^oE 110^oE 120^oE 70^oS 65oS 60^oS 55oS 50^oS 45^oS 40oS 35^oS 30^oS −1 −0.5 0 0.5 1 1.5 2

Climatologic bottom temperature (WGHC)

−0.5 −0.5 0 0.5 −0.5 1 0.5 1.5 0.5 0 0 0.5 0 0.5 0.5 0.5 0.5 20^oE 30^oE 40^oE 50^oE 60^oE 70^oE 80^oE 90^oE 100^oE 110^oE 120^oE 70^oS 65oS 60^oS 55oS 50^oS 45^oS 40oS 35^oS 30^oS −1 −0.5 0 0.5 1 1.5 2

Bottom temperature anomaly 2001 (KAB−std minus WGHC)

20^oE 30^oE 40^oE 50^oE 60^oE 70^oE 80^oE 90^oE 100^oE 110^oE 120^oE 70^oS 65^oS 60^oS 55^oS 50^oS 45^oS 40^oS 35^oS 30^oS −1 −0.8 −0.6 −0.4 −0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Figure 4.10: Comparaison des températures potentielles au fond entre (en haut à gauche) la simulation KAB-std et (en haut à droite) la climatologie WGHC. Le diérence entre KAB-std et WGHC est d'autre part présenté sur la gure du bas. La température du modèle correspond à la 21i`eme année de simulation.

des profondeurs etopo2 comprises dans la cellule associée. La topographie ainsi obtenue est ensuite lissée à l'aide d'un ltre de Shapiro uniforme appliqué deux fois. Ce lissage a été appliqué an de supprimer l'essentiel des structures topographiques à l'échelle de la grille. En eet, ces petites structures sont susceptibles de générer des circulations à l'échelle de la maille qui doivent ensuite être éliminées par les opérateurs de diusion pour des raisons de stabilité numérique. Ainsi, lisser la bathymétrie évite un surcroît de diusion.

Pourtant, lisser la bathymétrie peut aussi avoir des eets pervers, ayant tendance à combler les cols et à éroder les pics. L'exemple le plus frappant dans notre domaine concerne l'île d'Amsterdam (40°S, 79°E) qui, à cause du lissage, est représentée par un plateau sous-marin à plus de 1000 m de profondeur. Or la première fonction de la bathymétrie dans l'océan, la plus fondamentale, est de bloquer ou non le passage des masses d'eau. Ainsi, une mauvaise représentation de la bathymétrie peut avoir des conséquences désastreuses sur la circulation simulée.

BATHYMEDIAN 20^oE 30^oE 40^oE 50^oE 60^oE 70^oE 80^oE 90^oE 100^oE 110^oE 120^oE 70^oS 65^oS 60^oS 55^oS 50^oS 45^oS 40^oS 35^oS 30^oS 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Figure 4.11: Nouvelle bathymétrie utilisé dans la simulation KAB-bathymedian. Cette bathy-métrie n'a pas été lissée contrairement à la bathybathy-métrie de référence (comparer avec Fig. 4.1).

An de tester la sensibilité de la simulation au lissage, nous avons utilisé une topographie non lissée dans la simulation KAB-bathymedian (Fig. 4.11). Comme pour la bathymétrie ORCA025, cette topographie a été obtenue en prenant la médiane des points etopo2 de la cellule T, mais sans appliquer de lissage. Cette nouvelle bathymétrie est plus chahutée que celle utilisée dans G70 et KAB-std (Fig. 4.1), avec en particulier la présence de nombreuses structures à l'échelle de la maille le long des dorsales. En outre, le Chun Spur, cette crête très longiligne partant du plateau nord de Kerguelen vers le Bassin Australo-Antarctique, a été retravaillée à la main pour être ramenée à 1000 m de profondeur, d'après les résultats d'une recherche bathymétrique menée pendant la campagne TRACK.