Les différentes configurations du Chili Central

FIG. 3.6: Les différentes configurations atmosphériques et océaniques et leurs applications

La figure 3.6 schématise les différentes configurations que nous avons développées afin d’étudier les points suivants :

• Etude du CJ d’Octobre 2000 : Cette étude a pour but de compléter l’étude observa- tionnelle que nous avons présenté dans la section 3.3. En particulier, les simulations océaniques nous permettront d’accéder à des termes négligés dans notre bilan de chaleur précédent (comme le terme d’entraînement) et ainsi fermer le bilan.

• Tests de sensibilité à la résolution spatiale : Les simulations atmosphériques et océa- niques présentent elles une sensibilité à la résolution spatiale adoptée ? Du point de vue océanique, un forçage plus haute résolution entraîne-t-il des changements im- portants dans la réprésentation de l’upwelling ? En particulier, les résultats obtenus pour le CJ d’Octobre 2000 dépendent-ils de la résolution spatiale des modèles ?

3.4. Les Configurations des simulations atmosphériques et océaniques du Chili Central

• Tests de sensibilité à la topographie de WRF : Quel est l’impact de la topographie de WRF sur les simulations ? Un lissage de celle-ci entraîne de profonds changements dans la structure du vent et donc dans la réponse océanique ?

• Les solutions du modèle atmosphérique WRF convergent elles en augmentant la résolution spatiale du modèle atmosphérique ?

Historiquement, une première configuration du Chili Central (CHILI1) avait été déve- loppée, elle nous a permis de calibrer correctement les modèles pour finalement déboucher sur une configuration plus aboutie : CHILI2.

La configuration CHILI1

Lors de mon séjour à l’Université du Chili, à Santiago en début de thèse, j’ai mis en place une première configuration atmosphérique du Chili Central, que nous appellerons CHILI1_atm dans la suite de ce document. Comme le montre la figure 3.7, CHILI1_atm présente trois domaines imbriqués avec une résolution horizontale de 54km, 18km et 6km et verticale de 57 niveaux sigma. Le zoom à 6km correspond à la zone des Coastal Jet (cf. partie 3.3) que j’ai étudié à partir des observations. C’est essentiellement pour cette raison que j’ai mis en place le zoom dans cette région. Cette configuration a tourné sur le mois d’Octobre 2000 avec les trois domaines et de Janvier 2000 à Septembre 2000 seulement sur le domaine basse résolution. Le tableau 3.1 résume les caractéristiques de cette simulation ainsi que les options de paramétrisations choisies.

Une fois les champs de CHILI1_atm validés et analysés, j’ai développé avec Vincent Echevin une configuration du modèle océanique ROMS. Nous appellerons cette configu- ration ROMS CHILI1_ocean dans la suite de ce document. CHILI1_ocean présente deux domaines emboîtés avec une résolution horizontale au 1/6˚ et une au 1/18˚. La grille verti- cale présente 32 niveaux sigma. Le tableau 3.3 Des premiers tests ont été effectués, en utili- sant les vents de WRF et des champs climatologiques (flux, précipitations), puis avec une formulation BULK qui utilise uniquement des champs de WRF. C’est cette dernière mé- thode qui a été adoptée. Les conditions aux frontières sont issues d’une simulation ORCA (5 jours).

Nous appellerons l’ensemble du système CHILI1_atm et CHILI1_ocean CHILI1 par la suite. Le but de cette configuration était de reproduire de manière réaliste l’événement du Coastal Jet d’Octobre 2000 puis d’étudier la réponse océanique associée via les simulations ROMS. Cette simulation m’a servi de référence pour mettre en place des simulations de

Processus Schéma Référence Microphysique WSM 5-class scheme Hong et al., 2004

Cumulus Kain-Fritsch / implicite Kain et Fritsch (1990 et 1993)

Couche de surface Janjic Eta Janic, 2002

Surface terrestre Noah LSM Liu et al. 2004

PBL Mellor-Yamada-Janjic Janic, 2002

Radiations RRTM et Dudhia Mlawer et al., 1997 ; Dudhia, 1989 Caractéristiques

Niveaux verticaux 37 -> 57

Domaine 1 54km : [102W-48W x 52S-9S] Domaine 2 18km : [83W-63W x 40S-15S] Domaine 3 6km : [75W-69W x 35S-23S]

TAB. 3.1: La paramétrisation de WRF pour le Chili Central : CHILI1_atm.

FIG. 3.7: Les configurations CHILI1_atm et CHILI2_atm

plus longues durées. Nous ne présentetons pas ici les tests effectués avec cette simulation, car les dernières simulations reprennent les mêmes tests avec plus de réalisme.

La configuration CHILI2

La configuration CHILI1 m’a permis de réaliser nos premières expériences de forçage d’un modèle régional océanique par un modèle régional atmosphérique. Cependant, cette configuration, par sa courte durée, ne nous permettait pas d’analyser avec suffisament de significativité statistique l’impact de la mésoéchelle atmosphérique sur le système de courant du Humboldt. De plus, cette configuration s’avérait trop "gourmande" d’un point

3.4. Les Configurations des simulations atmosphériques et océaniques du Chili Central

FIG. 3.8: Les configurations CHILI1_ocean et CHILI2_ocean

de vue temps de calcul (avec 4 processeurs, 6 mois de calculs pour simuler une année de temps réel). Nous avons donc développé une nouvelle configuration comprenant deux domaines imbriqués et courant cette fois-ci sur l’année 2000 entière pour les deux domaines et sur la période 1996-2000 pour le domaine basse résolution. Cette nouvelle configuration sera naturellement appelée CHILI2 dans le reste du document.

La configuration CHILI2_atm est présentée sur la figure 3.7. Elle a deux domaines emboî- tés avec une résolution horizontale de 40km et de 10km et verticale de 46 niveaux sigma. L’ensemble des Coastal Jets de l’année 2000 a ainsi été simulé. Le fait de n’avoir que deux domaines combinés au nombre de niveaux verticaux réduits permet de réduire fortement le temps de calcul (Avec 4 processeurs, moins d’un mois de calcul pour simuler une année de temps réel contre 6 mois pour la configurations CHILI1_atm). Le tableau 3.2 résume ses principales caractéristiques. CHILI2_atm a simulée l’année 2000 entière ainsi que la période 1996-1999 en basse résolution (40km). Cinq années de simulation basse résolution sont ainsi disponibles. Enfin, comme le présente le tableau 3.2, différents paramètres de lissage ont été testés sur le mois d’Octobre 2000 pour le domaine haute résolution.

La configuration océanique CHILI2_ocean est le pendant de la configuration atmosphé- rique CHILI2_atm. Le tableau 3.3 résume ses caractéristiques. Deux domaines ont été im- briqués avec une résolution horizontale au 1/3˚ et au 1/12˚ et verticale de 31 niveaux sigma. Deux paramétrisations de conditions aux frontières ont été utilisées : CLIM et BRY, mais, la paramétrisation BRY ne permet pas un rappel à la climatologie dans la couche éponge, ce qui engendrait des courants très fort aux frontières qui n’étaient pas réalistes et qui in- duisaient une circulation en boucle dans le domaine. Nous avons finalement opté pour la

Processus Schéma Référence Microphysique WSM 5-class scheme Hong et al., 2004

Cumulus Kain-Fritsch / rien Kain et Fritsch (1990 et 1993)

Couche de surface Janjic Eta Janic, 2002

Surface terrestre Noah LSM Liu et al. 2004

PBL Mellor-Yamada-Janjic Janic, 2002

Radiations RRTM et Dudhia Mlawer et al., 1997 ; Dudhia, 1989 Caractéristiques

Niveaux verticaux 46

Domaine 1 40km : [96W-64W x 39.8S-19S] Domaine 2 10km : [81.8W-68W x 37.7S-27S] Lissage Topographie topt=2 (4 ou 8)

TAB. 3.2: La paramétrisation de WRF pour le Chili Central : CHILI2_atm.

paramétrisation CLIM. Pour le forçage atmosphérique, nous avons utilisé la configuration BULK. Un Spinup8 _{de 2 ans en forçage climatologique suivi de 4 ans de simulation utili-}

sant le forçage CHILI2_atm basse résolution a d’abord été validé. Ensuite, l’année 2000 a été simulée à partir du dernier restart.

Ainsi, à partir de cette configuration, nous avons accès, comme schématisé sur la figure 3.9, à trois jeux de simulations différentes allant d’un forçage basse résolution sur une grille océanique basse résolution à un forçage haute résolution sur une grille océanique haute résolution.

FIG. 3.9: Les différentes simulations de la configuration CHILI2.

3.4. Les Configurations des simulations atmosphériques et océaniques du Chili Central

Paramètres Valeurs

Résolution horizontale

CHILI1_ocean 1/6˚et1/18˚

CHILI2_ocean 1/3˚et1/12˚

Nombre de points sur l’horizontale (Nx, Ny)

CHILI1_ocean domaine 1 N1x = 62etN1y = 139

CHILI1_ocean domaine 2 N2x = 79etN2y = 61

CHILI2_ocean domaine 1 N1x = 65etN1y = 135

CHILI2_ocean domaine 2 N2x = 134etN2y = 122

Niveaux sigma σ = 32

Fréquence des sorties journalière

Durée de la simulation

CHILI1_ocean Un mois + spinup de 2 ans

CHILI2_ocean Un ans + spinup clim. de 2 ans + 4 ans

Forçage aux frontières

CHILI1_ocean ORCA 05

CHILI2_ocean SODA5D

Forçage atmosphérique

CHILI1_ocean WRF 56km/18km/6km

CHILI2_ocean WRF 40/10km BULK

TAB. 3.3: La paramétrisation de ROMS pour le Chili Central pour les deux configurations CHILI1_ocean et

CHILI2_ocean.

Les configurations CHILI_VH

Le modèle WRF, comme nous l’avions précisé dans la partie A.1.1, permet de faire du downscaling offline. Les configurations CHILI_VH sont basées sur cet outil. A partir de la simulation CHILI2_atm, deux sous-domaines de résolution horizontale 5km et 2.5km ont été configurés (cf. figure 3.10). Ces régions sont alors considérées par WRF comme un domaine indépendant qui est forcé aux frontières par les champs atmosphériques de CHILI2_atm. Les caractéristiques de ces simulations sont précisées dans le tableau 3.4. La période du 1er janvier au 3 mars 2000 a été simulée.

FIG. 3.10: Amplitude moyenne du vent simulé par WRF du 1er Janvier 2000 eu 3 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 à 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.

Processus Schéma Référence

Microphysique WSM 5-class scheme Hong et al., 2004

Cumulus Résolution implicite //

Couche de surface Janjic Eta Janic, 2002

Surface terrestre Noah LSM Liu et al. 2004

PBL Mellor-Yamada-Janjic Janic, 2002

Radiations RRTM et Dudhia Mlawer et al., 1997 ; Dudhia, 1989 Caractéristiques

Niveaux verticaux 46

Domaine 5km [74.6W 70.93W - 36.15S 33.3S] Domaine 2.5km : [74.2W 71.3W 36.15S 33.8S]