L’objet de ce paragraphe n’est pas de détailler par avance les caractéristiques de l’ensemble des expériences conduites dans le cadre de ce travail de thèse ; celles-ci seront décrites au fur et à mesure (elles figurent également à l’annexe C). Il s’agit simplement de présenter les deux grands types d’expériences réalisées en climat présent, pour l’évaluation des capacités d’ALADIN-Climat à simuler les événements de précipitations intenses selon la configuration du modèle.
La dernière partie de ce travail de thèse présente les résultats d’un scénario de changement climatique réalisé avec ALADIN-Climat, tous les détails seront exposés en introduction du chapitre 5.
2.2.1 Simulations « hindcast »
Les modèles de prévision numérique déterminent, pour chaque simulation réalisée, un état initial de l’atmosphère comprenant les valeurs des paramètres météorologiques en chaque point de grille du modèle. Cet état initial, résultat de l’assimilation des observations disponibles, est appelé analyse. On appelle ré-analayse un ensemble d’analyses couvrant une longue période de temps, réalisées a posteriori avec une version figée d’un modèle glo- bal d’atmosphère, de façon à produire des données homogènes. Les ré-analyses constituent ainsi la meilleure estimation de la réalité passée à échelle globale qui soit à même de forcer un modèle de climat régional à aire limitée. Une telle simulation climatique régionale est appelée « hindcast ».
Dans la mesure où ce forçage rend compte a posteriori des situations météorologiques ob- servées au cours de la période considérée, il permet au modèle de suivre la chronologie réelle des événements, si la contrainte imposée à ses frontières est suffisante et la variabilité interne du modèle pas trop importante (voir chapitre 1, section 1.2.2).
Un GCM évoluant librement après qu’un état initial lui a été imposé oublie rapidement l’information qui lui a été transmise au démarrage. De ce fait, un LAM forcé à ses frontières par une simulation de ce type ne peut que produire une succession de situations météoro- logiques dont l’ensemble constitue une bonne représentation du climat étudié mais qui ne sauraient correspondre à la réalité observée passée ou future – ce que l’on attend pas d’un modèle de climat. Dans ce cas, la validation du modèle se fait au travers d’une comparaison statistiques aux données d’observation (moyennes, tendances, variabilité, etc.).
Cette approche s’avère toutefois limitée lorsque l’on s’intéresse à la modélisation de phé- nomènes rares. En effet, l’estimation d’une fréquence d’occurrence moyenne calculée à partir de quelques dizaines d’années d’observations est entachée d’une incertitude assez importante, et il en sera de même pour les caractéristiques de ces événements. Dans une simulation « hindcast », cette difficulté est contournée puisque l’on peut s’intéresser aux événements observés aux dates où ils se sont produits dans la réalité, et considérer ainsi les performances du modèle dans chaque situation réelle. Cet avantage a fait des simulations « hindcast » un cadre d’expérience assez populaire dans l’analyse des performances des RCM.
Les simulations « hindcast » réalisées pour ce travail sont forcées par la ré-analyse ERA-40 (Uppala et al., 2005), produite par le Centre Européen de Prévision (CEP, ECMWF en an-
Section 2.2 : Types de simulations ALADIN-Climat réalisées en climat présent39
glais) avec le modèle IFS, et couvrant la période 1958-2001. La communauté scientifique de modélisation du climat utilise également la ré-analyse développée par le National Center for
Atmospheric Research et le National Center for Environmental Prediction (NCEP/NCAR) (Kalnay et al., 1996; Kistler et al., 2001) disponible sur la période 1948-présent, ainsi que la nouvelle ré-analyse du CEP, ERA-Interim (Dee and Uppala, 2009), sur la période 1989- présent. ALADIN-Climat ne pouvant, à ce jour, être forcé que par des champs produits avec le code ARPEGE/IFS, seuls ERA-40 et ERA-Interim peuvent être utilisées pour le piloter. Ici, seule ERA-40 a été utilisée.
2.2.2 Expériences en modèle parfait
La comparaison de différentes configurations d’ALADIN-Climat au travers de simu- lations « hindcast » peut présenter un inconvénient : la possibilité d’une compensation d’erreurs entre les défauts des champs de forçage (ici ERA-40) et ceux du modèle à aire limitée (LAM), ce qui pourrait conduire à avantager à tort une des configurations testées. Cette éventualité est certes plus improbable que dans le cas où ALADIN-Climat serait piloté par un modèle de circulation générale (GCM) mais elle n’est pas exclue.
Le cadre d’étude habituellement désigné sous les termes de « Big Brother experiment » ou approche en « modèle parfait » permet de s’abstraire de cet inconvénient. L’idée consiste à prendre pour référence non plus la réalité observée mais les évolutions de l’état de l’at- mosphère simulées par une expérience ainsi considérée comme « réalité virtuelle ». Dans l’idéal, cette simulation de référence – le « Big-Brother » – est réalisée avec un GCM uti- lisé à la même résolution que celle du LAM. Sa petite échelle est ensuite filtrée afin de produire un forçage basse résolution à imposer aux frontières du LAM. Les résultats de la simulation régionale sont ensuite comparés non pas à des climatologies observées mais à la réalité virtuelle simulée par le « Big-Brother ».
Initialement proposé par Denis et al. (2002-b) et de Elía et al. (2002), ce protocole d’ex- périence était destiné en premier lieu à questionner les présupposés sur lesquels se basent l’emploi des modèles à aire limitée, tels que l’assomption selon laquelle ils devraient repro- duire la grande échelle de la simulation qui les pilote. Dans la comparaison des résultats obtenus avec différentes configurations d’un même LAM, il permet en outre d’isoler ri- goureusement les effets propres au seul changement de configuration. C’est dans cette perspective qu’il a été utilisé dans ce travail, en prenant ARPEGE-Climat pour réaliser la simulation « Big-Brother ». Le couple ARPEGE/ALADIN-Climat fournit en effet un outil particulièrement bien adapté à la conduite d’études en modèle parfait, étant donné que le GCM ARPEGE-Climat partage la physique et la dynamique du LAM ALADIN-Climat. Pour les études de sensibilité à la configuration d’ALADIN-Climat, ce cadre expérimental est plus rigoureux que celui offert par la comparaison de simulation « hindcasts ». Re- marquons cependant qu’il ne s’applique pas à tout test de sensibilité, car comme nous le verrons, la simulation « Big-Brother » de référence n’est pas toujours réalisable, ni même définissable.
Le choix de réaliser des simulations « hindcast » ou dans une approche modèle parfait prend en compte ces considérations, en fonction des tests de sensibilité conduits.