• Aucun résultat trouvé

Sensibilit´e du flux de chaleur net ` a la SST et r´etroactions

4.2 Sensibilit´e des flux bulks aux diverses variables

4.2.4 Sensibilit´e du flux de chaleur net ` a la SST et r´etroactions

Q (W/m 2) Ts (oC) bulk 10m bulk 2m analytique

a) ∆Q

net

(∆T

s

) : cas instable

-100 -50 0 50 100 -3 -2 -1 0 1 2 3 Q (W/m 2) Ts (oC) bulk 10m bulk 2m analytique

b) ∆Q

net

(∆T

s

) : cas stable

Fig. 4.17:

Forme des fonction ∆Qnet(∆Ts) analytiques et exactes pour une configuration atmosph´erique instable (a) et stable (b). L’´etat de surface test´e est caract´eris´e par Ts = 25C,U10 = 4 m/s,RHz = 70%,θz = 20C pour le cas instable et θz = 30C pour le cas stable. La param´etrisationbulk utilis´ee est LY04.

θ

10m

θ

10m

θ

2m

T

s

T

s

+∆T

s

Fig. 4.18:

Profils verticaux sch´ematiques de temp´erature `a la surface de l’oc´ean, d´eduits d’une temp´erature de l’air fournie `a 2 m avec une SST `aTS(courbe noire), d’une temp´erature fournie `a 2 m avec une SST `aTS+ ∆Ts(courbe rouge) et d’une temp´erature fournie `a 10 m avec une SST `aTS+ ∆Ts(courbe bleus).

4.2.4 Sensibilit´e du flux de chaleur net `a la SST et r´etroactions

Supposons un ´etat m´et´eorologique donn´e `a la surface de l’oc´ean :

- T

s

est la temp´erature de surface (SST)

- θ

z

,q

z

sont la temp´erature et l’humidit´e sp´ecifique de l’air `a une hauteur de r´ef´erence z

- U

10

est le vent scalaire `a 10 m

4.2. Sensibilit´e des flux bulks aux diverses variables 99

En utilisant la m´ethode de for¸cage choisie pour forcer le mod`ele (chap. 1.2.4), il est possible

d’exprimer le flux de chaleur net re¸cu par l’oc´ean dans les conditions pr´ecit´ees :

Q

net

(T

s

) =ρ

a

U

10

C

p

C

H

θ

z

−T

s

+L

v

C

E

q

z

−q

sat

(T

s

)

−σT

s4

+RAD

DW

(4.19)

En consid´erant une petite anomalie de SST ∆T

s

, la variation de flux net qui en r´esulte s’´ecrit :

∆Q

net

=Q

net

(T

s

+ ∆T

s

)−Q

net

(T

s

) (4.20)

En supposant maintenant que les coefficients de transfertC

H

etC

E

restent constants malgr´e la

variation de stabilit´e engendr´ee, on peut ´ecrire cette variation de flux comme suit :

∆Q

net

=−ρ

a

U

10

C

p

C

H

∆T

s

+L

v

C

E

q

sat

(T

s

+ ∆T

s

)−q

sat

(T

s

)

−σ

(T

s

+ ∆T

s

)

4

−T

s4

(4.21)

En utilisant un d´eveloppement de Taylor au premier ordre pour les termes non lin´eaires (en

∆T

s

) que sont le terme du flux de chaleur latente et celui de flux infrarouge ´emis, il est possible

d’obtenir la d´ependance lin´earis´ee de l’erreur sur le flux net en fonction de l’erreur en SST :

∆Q

ALnet

=−

ρ

a

U

10

C

p

C

H

+L

v

C

E

∂q

sat

∂T

Ts

+ 4σT

s3

∆T

s

(4.22)

o`u le terme ∂q

sat

/∂T est naturellement d´eductible de la formule empiriqueq

sat

(T) utilis´ee.

Correction r´etroactive du for¸cage bulk

La premi`ere chose importante `a noter est que le terme entre crochets de l’´equation (4.22) est

toujours positif puisque comme on le sait l’humidit´e sp´ecifique `a saturation augmente avec la

temp´erature. Cela signifie en d’autre termes, que l’erreur en flux net varie de mani`ere oppos´ee

`

a l’erreur de SST. On met donc ici en ´evidence, preuve analytique `a l’appui, le comportement

correctif r´etroactif de la formulation bulk. En effet une erreur du mod`ele conduisant, `a un pas

de temps donn´e, `a une augmentation de +∆T

s

de SST entraˆınera une estimation de flux net

diminu´ee par −∆Q

net

. Pour le pas de temps suivant l’oc´ean recevra donc moins de chaleur ce

qui aura pour effet de contribuer `a corriger l’exc`es de SST. Inversement, dans le cas o`u la SST

est anormalement diminu´ee de −∆T

s

, l’oc´ean se verra r´echauff´e par un exc`es de flux net re¸cu

de +∆Q

net

.

La d´ependance analytique lin´eaire ∆Q

net

(∆T

s

) que nous venons d’introduire est valable dans les

limites d’une petite variation de SST (∆T

s

) et pour des coefficients de transfert constants. Dans

le but de v´erifier sa validit´e, nous avons calcul´e, grˆace `a un algorithme num´erique, la v´eritable

forme de la fonction ∆Q

net

(∆T

s

). L’algorithme utilise un ´etat atmosph´erique fix´e, et grˆace `a une

discr´etisation fine en temp´erature autour d’une temp´erature de surface fix´ee T

S

, peut tester la

r´eponse `a chaque ∆T

s

sur le flux net. Les courbes ainsi construites seront qualifi´ees de “exactes”.

Ainsi sur les figures (4.17), on peut comparer pour un ´etat atmosph´erique et une SST fix´es (1

cas instable et un cas stable), la relation ∆Q

net

(∆T

s

) analytique donn´ee par l’´equation (4.21)

(droite avec les “x”), et celles donn´ees par notre algorithme (courbe en pointill´es avec le label

“bulk 10m”, nous aborderons par la suite la subtilit´e entre les labels “2m” et “10m”).

On peut ainsi constater que les erreurs dues `a la lin´earisation et au fait de prendre des coefficients

de transfert constants, tendent `a faiblement minimiser l’effet correctif de l’approche bulk. Ceci

s’av`ere cependant faux dans le cas d’une erreur n´egative de SST (∆T

s

<0) dans le cas stable

(fig. 4.17.b) o`u l’effet correctif pr´edit par le mod`ele analytique peut devenir plus important. Dans

une configuration stable l’effet correctif r´esultant d’une erreur de SST donn´ee est beaucoup plus

faible que dans le cas instable. Sur notre exemple le terme de correction ∆Q

net

est 2 fois moins

important pour l’´etat stable. Il est aussi int´eressant de constater que l’approche “r´ealiste” ne

m`ene pas `a une r´eponse sym´etrique par rapport `a 0, en effet, les erreurs chaudes m`enent `a un

plus grand d´esaccord avec l’approche analytique. On peut tout de mˆeme consid´erer, au regard

de ces r´esultats, que le mod`ele lin´eaire donne des r´esultat tr`es satisfaisants pour de variations

de SST de l’ordre du degr´e.

Sensibilit´e de la r´etroaction `a l’altitude des scalaires atmosph´eriques

Lors du for¸cage bulk turbulent de l’OGCM, pour g´erer le fait que la temp´erature et l’humidit´e

sont fournies `a 2 m contre 10 m pour le vent (chap. 3.5.3), deux possibilit´es s’offrent `a l’utilisateur.

La premi`ere, celle que nous utiliserons, est d´ecrite en 4.1.6 et appliqu´ee dans l’algorithme se

trouvant en annexe A. Elle consiste `a ajuster ces variables vers 10 m durant le processus de calcul

des coefficients de transfert bulk en utilisant la SST du mod`ele (SST=T

s

+ ∆T

s

en supposant

queT

s

est la SST observ´ee). Nous qualifierons cette approche deonline.

La deuxi`eme possibilit´e, en revanche, consiste `a d’abord ajuster la temp´erature et l’humidit´e de

l’air vers 10 m en utilisant une SST observ´eeT

s

, et ceci toujours grˆace `a la proc´edure d´ecrite en

(4.1.6). Une fois les champs scalaires construits `a 10 m et stock´es, l’OGCM fera simplement appel

`

a un algorithmebulkn’utilisant que des variables `a 10 m et n’ayant donc pas besoin de r´ealiser des

ajustement altim´etriques. C’est ce que nous appellerons l’approcheoffline, utilis´ee par exemple

par le for¸cage CORE (Large et Yeager, 2004). Les avantages d’une telle approche sont purement

calculatoires puisqu’elle simplifie l’algorithme et limiterait th´eoriquement le nombre n´ecessaire

d’it´eration pour la convergence.

Face `a ces deux approches on est en droit de s’interroger sur leur impact sur la fonction

∆Q

net

(∆T

s

) et donc sur la r´etroaction corrective. Nous les avons test´ees lors de la

construc-tion des courbes exactes repr´esent´ees sur les figures (4.17). Pour ce faire nous somme partis d’un

´etatA=[θ

2m

,q

2m

,U

10

,T

s

] pour en d´eduire, grˆace `a l’ajustement altim´etrique, l’´etatB= [θ

10m

,

q

10m

,U

10

,T

s

], illustr´e sur la figure (4.18) par la courbe noire. Cette op´eration ´equivaut `a la

pr´e-paration de l’approcheoffline. Il a ainsi ´et´e possible de tester une approche online en utilisant

l’´etat A, voir les courbes rouges (fig. 4.18 et 4.17) et l’approche offline en utilisant l’´etat B,

illustr´ee par les courbes bleues. Notons que l’approcheonline revient `a utiliser une temp´erature

θ

10m

et une humidit´eq

10m

diff´erentes de celles de l’´etat B (fig. 4.18).

L’´etude des figures (4.17) montre finalement que l’utilisation directe des variables scalaires `a

2 m (approche online) augmente l´eg`erement l’effet r´etroactif correctif des formules bulk. Cela

s’explique par le fait que comme le montre la figure (4.18) l’approche online a en quelque

sorte tendance `a ajuster les scalaires atmosph´eriques dans le sens oppos´e de l’erreur de SST (et

q

s

at(SST)), ce qui va amplifier la r´etroaction corrective. Sur la figure, le fait d’avoir une erreur

positive de SST m`ene `a unθ

10m

inf´erieur `a θ

10m

, le flux turbulent perdu par l’oc´ean sera donc

encore augment´e compar´e au casoffline o`u les diff´erences air-mer sont moins grandes.

Il est bon de faire remarquer que cet effet est d’autant plus marqu´e que la configuration est

stable (fig. 4.17.b).

Chapitre 5

Pr´eparation et interpolation des

champs de donn´ees

Sommaire

5.1 L’interpolation spatiale . . . 102

5.1.1 Choisir la m´ethode adapt´ee . . . 102