Désagrégation du Bilan de Masse et du Bilan d’Energie en Surface de la calotte polaire Antarctique, application pour le 21ème siècle

(1)

1

AMA- 9 Février 2011

Cécile AGOSTA

Vincent Favier, Christophe Genthon, Hubert Gallée, Gerhard Krinner

de la calotte polaire Antarctique,

application pour le 21

ème

_siècle

(2)

,

1

AMA- 9 Février 2011

de la calotte polaire Antarctique,

application pour le 21

ème

_siècle

Cécile AGOSTA

(3)

3

Futur :

➥ _{Quelle augmentation des flux de glace ?}

➥ _{Quelle évolution du Bilan de Masse de Surface (BMS) ?}

Bilan de Masse Antarctique

(4)

Futur :

➥ _{Quelle évolution du Bilan de Masse de Surface (BMS) ?} Incertitudes importantes sur le Bilan de Masse

Bilan de Masse Antarctique

& Niveau des mers

(5)

3

Futur :

Rignot et al., 2008 _{2055 ± 122 Gt/an [ 5,7 ± 0,3 ]} 2193 ± 30 Gt/an [ 6,1 ± 0,1 ] -138 ± 92 Gt/an Année 2000 BMS Flux de glace Bilan net

[+0,4 ± 0,25 mm/an eq. océan ] Incertitudes importantes sur le Bilan de Masse. Exemple :

Bilan de Masse Antarctique

(6)

3

Futur :

BMS : contribution potentiellement importante au niveau des mers

Bilan de Masse Antarctique

(7)

3

Futur :

Krinner et al., 2007

[ - 1,2 mm/an eq. océan ] 2038 Gt/an [ 5,6 ]

2470 Gt/an [ 6,8 ]

+432 Gt/an BMS 1980-2000_2080-2100

21ème_siècle

BMS : contribution potentiellement importante au niveau des mers

Bilan de Masse Antarctique

(8)

4

Bilan de Masse de Surface Antarctique

Zones côtières

enneigée et ventées

Plateau intérieur

froid et aride

(van de Berg et al., 2006)

4000 2000 1000 700 500 300 200 100 50 20 0 -400 mm eq.e. a-1

(9)

4

Bilan de Masse de Surface Antarctique

(van de Berg et al., 2006)

4000 2000 1000 700 500 300 200 100 50 20 0 -400 mm eq.e. a-1

Importance de la zone côtière dans l’évolution du BMS

au cours des prochains siècles

Zones côtières

enneigée et ventées

Plateau intérieur

(10)

5

Caractéristiques des simulations

Résolution actuelle : ~ 60 km Résolution désirée : ≤ 15 km Domaine spatial

Antarctique (5600 km x 5600 km) Estimation du BMS

Précipitation, Sublimation, Fonte, Neige soufflée

➙_{Modèle à temps de calcul réduit} Echelle de temps

(11)

HiDEP

6

Le modèle HiDEP

High-Resolution Dowscaling of surface Energy balance and Precipitation

Sorties de Modèles de Circulation Atmosphérique : P, T, Qv, U, V, W Champs 3D Pdt : 6H Champs de surface Pdt : 3H Topographie Haute-Résolution Pluie_HIDEP Neige_HiDEP Sublimation_HIDEP Fonte_HiDEP Regel_HiDEP ENTRÉES SORTIES Précipitations

(12)

7 Ascendance ➙ Refroidissement adiabatique ➙ ρsat ↓

Intégration de Clausius-Clapeyron à saturation : Δρsat = F×WxΔt avec F=fonction(ρsat,T,P)

lorsque ρ≥ρsat et W vers le haut

ρ=ρsat(t1)

z

W

⇒

Δρsat = précipitation

ρ=ρsat(t2) Δρsat

Précipitation :

(13)

ρ=ρsat(t1)

z

W

⇒

Précipitation :

Modèle de précipitation orographique

➙

Rétroaction sur T,P (sous-pdt)

➙

Temps de formation des hydrométéores

➙

Advection pendant la chute

(14)

ρ=ρsat(t1)

z

W

⇒

➙

Rétroaction sur T,P (sous-pdt)

➙

Temps de formation des hydrométéores

➙

Advection pendant la chute

Précipitation :

(15)

8

Précipitation orographique :

Détermination du vent vertical W

W : nouvelle vitesse verticale WInt : vitesse verticale grande échelle interpolée

En surface : vent tangent à la topographie En surface : vent tangent à la topographie ➙_{nouvelle vitesse verticale en surface}

(16)

+ Hypothèses pour simplification et linéarisation des équations :

• Petites perturbations autour de l’équilibre hydrostatique • Vent horizontal >> Vent vertical

• Variables moyennes variant peu horizontalement

• 2D

• Paramètre de Scorer l(z)=f (T(z),P(z)) variant lentement

9

W : nouvelle vitesse verticale Conservation de la quantité de mouvement

+ Continuité

+ Conservation de l’énergie

+ Gaz Parfait, non rotationel, adiabatique

➙

_{Equation d’onde sur W (Ondes de gravité) : W}

_G

Précipitation orographique :

(17)

W : nouvelle vitesse verticale

Précipitation orographique :

Détermination du vent vertical W

W = W

Interpolé

- W

G(Topo Interpolée)

+ W

G(Topo Haute-Résolution)

9 Conservation de la quantité de mouvement

+ Continuité

• 2D

(18)

• 2D ➙ 3D (FFT + résolution numérique) EN COURS

Précipitation orographique :

Détermination du vent vertical W

W = W

Interpolé

- W

G(Topo Interpolée)

+ W

G(Topo Haute-Résolution)

9 Conservation de la quantité de mouvement

+ Continuité

(19)

10

Précipitation totale :

Méthode des anomalies

Grille ACM Grille HiDEP

Topographie ACM Topographie HiDEP Topographie ACM interpolée Précipitations ACM HiDEP ACM Interpolation

Précip. Oro. Basse Résolution

HiDEP

Précip. Oro. Haute Résolution Précip. Tot. Basse Résolution

(20)

11

Précipitation totale :

Méthode des anomalies

Précip. Totale Haute Résolution

Précip. Totale Basse Résolution (Interpolée)

+

Précip. Orographique Haute Résolution

Précip. NON Orographique

(21)

12

Bilan d’énergie de surface

×

z Var

×

Extrapolation des champs de surface avec la topographie

Schéma de surface

Sublimation

Fonte

(22)

12

Bilan d’énergie de surface

×

z Var

×

Extrapolation des champs de surface avec la topographie

Sublimation

Fonte

Regel

Actuellement : celui d’LMDZ4

Prochainement : SISVAT (MAR)

Schéma de surface

(23)

13

Interpolation horizontale

(24)

13 Modèle Grande-échelle : Maillage quelconque

Projection dans le plan stéréographique polaire

×

(25)

Triangulation de Delaunay

×

(26)

Interpolation barycentrique dans les triangles de Delaunay

×

Triangulation de Delaunay

(27)

Neige

Sublimation

Fonte

₁₄

Application à LMDZ4 : 1980-2007

4000 2000 1000 700 500 300 200 100 50 20 0 -400 mm eq.e. a-1

LMDZ4

Neige-Subl. (P-E)

(28)

Neige

Sublimation

Fonte

₁₅

Application à LMDZ4 : 1980-2007

4000 2000 1000 700 500 300 200 100 50 20 0 -400 mm eq.e. a-1

HiDEP-LMDZ4

BMS

(29)

1800 1600 1200 1000 800 600 400 200 0 -50 16

Law Dome

Climatologie SMB

van de Berg et al., 2006

mm eq.e. a-1

LMDZ4

(30)

1800 1600 1200 1000 800 600 400 200 0 -50 17

Law Dome

HiDEP-LMDZ4

SMB 1980-2007

Climatologie SMB

van de Berg et al., 2006

(31)

400 800 600 400 1000 ₁₈

Law Dome

Climatologie SMB

van Ommen et al., 2004

LMDZ4

(32)

19

Law Dome

Climatologie SMB

van Ommen et al., 2004

400 800 600 1000 600

HiDEP-LMDZ4

SMB 1980-2007

(33)

20

Bilan de Masse de Surface 1980-2007

208 mm/an = kg/m2/an

⇔

2410

Gt/an

⇔

6.7 mm/an équivalent niveau des mers

BMS Présent (1950-2000) :

‣

Gamme : 1475 à 2331 Gt/an [Monaghan et al., 2006]

175.2 mm/an = kg/m2/an

⇔

2159

Gt/an

⇔

6.0 mm/an équivalent niveau des mers

LMDZ4

P-E

HiDEP-LMDZ4

BMS

(34)

21

À venir

Validations :

• Mesures de BMS :

- Ligne de balise GLACIOCLIM-SAMBA (Terre Adélie)

- Lieux documenté à topographie complexe (LD, Amery ice-schelf) - Base de donnée BMS Antarctique (en cours de MAJ au LGGE)

• Comparaison à des runs RACM haute-résolution

Développement de code :

• Ondes de gravité 3D

• Schéma de surface SISVAT

Runs prévus :

• LMDZ4 21ème siècle et 22ème siècle

(35)

(36)

29

Limites du désagrégateur de précipitation

Pas de dynamique (coûteux en temps de calculs)

• Pas de rétro-action de la physique sur la dynamique • Pas de contournement du relief