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Miss TERRE « Modélisation Intégrée du SyStème
TERRE »
Pascale Braconnot et Serge PlantonLEFE 27 mai 2009
Brest
Climat et perturbation anthropique : de nombreuses questions et de nombreux
interlocuteurs • Amplitude du réchauffement? • Principales rétroactions? • Incertitudes liées à la modélisation?• Risques de rupture? • Changement climatiques régionaux? • Variabilité et événements extrêmes? • Quels impacts?
IPCC2007, chap.1
Un projet sur 3 ans (septembre 2006 – septembre 2009)
Rassembler l’ensemble des actions de modélisation du climat (changement climatique) Fournir les simulations de référence et les versions de modèles qui permettent d’assurer la contribution de la communauté française au GIEC et, au-delà, des recherches dans le domaine de l’étude de la variabilité climatiqueRassembler l’expertise des modélisateurs (développement, analyse) pour comprendre le fonctionnement du système climatique, les échelles d’espace et de temps des différentes rétroactions, évaluer les résultats des modèles, et permettre une meilleure discussion des incertitudes attachées aux projections climatiques globales et régionales
Principaux axes développésa) assurer la valorisation de l’ensemble du travail effectué pour les
simulations du GIEC et à produire les simulations complémentaires permettant de mieux comprendre les principaux mécanismes et l’origine des différences entre les résultats de différents modèles
b) déterminer l’origine et si possible corriger les principaux biais des modèles
c) préparer la génération de modèles qui sera utilisée pour le prochain ensemble de simulations du GIEC en considérant à la fois l’introduction et l’amélioration de nouveaux couplages et l’amélioration des bases physiques de modèles d’océan et d’atmosphère.
d) Renforcer l’effort de physique commune entre le CNRM et l’IPSL
e) Préparer les nouveaux couplages, et avoir de modèles performants sur différentes machines et d’utilisation aisée pour les différents utilisateurs
Miss Terre : organigramme
Modélisation du système TerreNouveaux modèles
Couplages climat-cycles
ESCRIME
Etude des Scénarios ClimatiquesRéalisés par l’IPSL et Météo-France
ESCRIME
Etude des Scénarios ClimatiquesRéalisés par l’IPSL et Météo-France
Simulations de référence-pré-industriel-20ème siècle
-Projections 21ème siècle- paléoclimat
Régionalisation- Méthodologie
-Plusieurs régions d’intéret
Nouvelles paramétrisations-Physiques communes
-Autres modèles
Infrastructure- parallélisme
-Coupleur-Environnement de travail
Projets liés-FP7 ENSEMBLES-ANR Cycles-EU ou ANR ou LEFE des participants
-Récents : -Infra : IS-ENES-FP7 : Combine
Des simulations de référence
2007 2008 2009Fin 2006Années du projet
Climat-carbone
Climat-land use-carbone
Climat-aérosols-chimie
Climat haute résolution
climat améliorée Tests climat
AR5 : climat-cyclesTests complexité climat -cycles
Nouvelle physique (atm, oce, cpl) Nouveau climat
AR5 : climat
Modèle génération suivant
Augmentation complexité (cycles)
Model OA actuelModel OA actuel amélioréModel OA nouveau
Tests aérosols
Fige physiquepour AR5
Fige cyclespour AR5
2007 2008 2009Fin 2006Années du projet
Climat-carbone
Climat-land use-carbone
Climat-aérosols-chimie
Climat haute résolution
climat améliorée Tests climat
AR5 : climat-cyclesTests complexité climat -cycles
Nouvelle physique (atm, oce, cpl) Nouveau climat
AR5 : climat
Modèle génération suivant
Augmentation complexité (cycles)
Model OA actuelModel OA actuel amélioréModel OA nouveau
Tests aérosols
Fige physiquepour AR5
Fige cyclespour AR5
A2 B1
Simulations CMIP3
Nouveaux modèles
Intégration climat-cycle
Plan de marche tenant compte des différentes contraintes
Les modèles en question
11
LAND ATMOSPHERE OCEAN & SEA ICE
11
LAND ATMOSPHERE OCEAN & SEA ICE
water & energy carbon cycle
CO2
carbon cycle
CO2
Aerosols & chemistry
chemistry
Aerosols & chemistry
chemistry
Modèle de l’IPSL LMDZ-ORCHIDEE-ORCA-LIM-PISCES- INCA-REPROBUS
Modèle du CNRM ARPEGE-Climat-ISBA-TRIP-ORCA- GELATO-MOBIDIC
Des analyses considérant à la fois nos résultats et l’ensemble multi-modèle CMIP3
IPCC AR4 chap.8
Ex: Sensibilité climatique et nuages
Ex: Précipitation continentales
Bony et al. 2006
Douville et al. 200
Régionalisation: études méthodologiques …Impact du couplage
ARPEGE-Climat-Med8 sur le changement de température d’hiver (Somot et al, 2008)
Changement de température simulé
par LMDz en version « two-way nesting »
(Li, 2009)
global
régional
… et mise à disposition de scénarios désagrégés
Régionalisation (la suite)
• Principales conclusions de l’atelier WCRP de Toulouse (février 2009): les bases du projet d’intercomparaison CORDEX
– Définition d’un cadre général de référence pour la communauté, suivant l’exemple de CMIP mais impliquant un effort plus limité afin d’assurer un résultat en particulier sous la contrainte du calendrier de l’AR5.
– La résolution standard initiale sera de 50 km pour renforcer la faisabilité des simulations et l’implication d’une communauté plus large.
– Focus initial sur un domaine couvrant l’ensemble de l’Afrique.– Simulations en première priorité: historique (1950-2005) – scénarios RCP4.5 et
RCP8.5 (2005-2100)– …
De nombreuses actions de valorisation autour des résultats des simulations AR4
• Plaquettes et synthèses ESCRIME (livre blancs + articles dans « La Météorologie »)
• Projet ONERC : mise à disposition des résultats des projections climatiques
• Projet IDDRI : indices pour industriels• …
De l’étude des forçages aux couplages climat-cycles biogéochimiques : ex climat-
carbone
IPCC AR4 chap.10
Climat-cycle du carboneProjet C4MIP
CO
2 A
tmpp
mTe
mpé
ratu
re °
C
EvaluationDu global au local
Ex :Echelle locale, tour de Flux(Harvard Forest )
Flux de carbone de la biosphère continentale
GtC
/m2 /y
r
données
IPSL_CM4
IPSL_CM2
Hadley
Friedlingstein et al. 2006
Analyse de l’amplification liée au cycle du carbone (gain)
Evaluation : renforcement du lien modèles-données
Vers l’intégration de l’utilisation des sols
P. Cadule
De l’étude de la THC au couplage avec les calottes
Prise en compte de la fonte des calottes(scénario 1%CO2/an)
A1BS-CTL surface temperature
-10 -5 0 5 10 15 20 25
°C
A1BS barotropic streamfunction
A1BS-CTL wind stress
-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8
SvGuemas and Salas-Mélia (2008)
Swingedouw et al. 2006,2007
Lien entre la THC, le réchauffement et la glace de mer (scénario A1B stabilisé)
Variabilité climatique : ex ENSO Analyse multi-modèles ENSO et convection atmosphérique
Modèle IPSLRôle et évaluation du couplage thermique et dynamique entre l’océan et l’atmosphère
Diversité de réponsePas d’accord pour les projections en 2100 Guilyardi et al. 2006, 2009
Cas Eurocs_Cu: Nébulosité (AMA 2008)
LMD_AR4 LMD_NEW
ARP_AR4 ARP_NEW
LES
« Physique commune »: un cadre commun d’évaluation des paramétrisations physiques
« Physique commune » (la suite)
• Principales conclusions de la réunion MISSTERRE de Paris (mai 2009): les bases d’un projet sur le développement des paramétrisations physiques des modèles atmosphériques
– Prendre en compte le rôle clé des processus physiques (sensibilité, impacts, couplage, prévisibilité)
– Prendre en compte l’arrivée de nouveaux outils (LES, satellites) – Afficher le besoin de travail autour de la physique des modèles– Valoriser les investissements faits pour l’observation (satellites, sites, campagnes)– Poursuivre et étendre le projet de « Physique commune » (latitude polaire,
communauté processus, prévision numérique, modélisation régionale)– Maintenir et renforcer une dynamique nationale sur ces sujets– …
Echelles de temps courtes
Ensembles d’intégrations de 10ans
initialisées en 1960, 1965, …
2005
AutresStratégies
D’initialisation
Ensembles d’intégrations de 30ans
initialisées en 1960, 1965, …
2005
CM3.3 ARPEGE-Climat v4-Nouvelle dynamique-Effet indirect aérosols-Volcans -Schéma linéaire ozoneISBA-Utilisation des sols-Conservation revue
IPSLCM4_v2
LMDZ4 144x143x19-Sulfates lus-Volcans-Cte solaireORCHIDEE-Biophysique-Utilisation des sols+ conservation couplages revue
Quoi de neuf pour les modèles utilisés?
2004-2006AR4
IPSLCM4
LMDZ3.3 96x71x19-Sulfates lusORCHIDEE- biophysiqueORCA2 (OPA9)LIM2
CM3.1 ARPEGE-ClimatISBA- biophysiqueOPA8GELATOTRIP
LOOP
IPSL_CM4 +
ORCHIDEE -carbonePISCES-Biogéochimie marine
2007-2008ENSEMBLES
2009-2010AR5
Vers CM5 ARPEGE-Climat v5 (physique en cours définition)SURFEX (surface externalisée)NEMO3 1°GELATOTRIP
+ CERFACS pour projection décennales
IPSLCM5LMDZ4 96x95x39 et 144x143x39-Version // -Aérosols prescrits par INCA (SO4, BC, POM, poussières, sels de mer)-Ozone prescrit par Reprobus-Transport CO2-ORCHIDEE1.9.4-Utilisation des sols + carbone-NEMO 2° tests physique en cours-LIM2+ quelques simulations aérosols interactifsIPSLCM6 : nouvelle physique atmosphérique
Etudes de sensibilité à la résolution Ex: modèle IPSL, tests systématiques résolution horizontale
Ex: modèle CNRM avec stratosphère « nudgée » ERA40
Performances et informatique
ParallélisationEffort important de réaliséBenchs sur différents calculateursQuestion gestion des I/O
Environnement de travail
Etre prêts par rapport à la diffusion données pour l’AR5
Activités demandant des liens forts avec les centres de calcul pour -Charge calcul sur le machines-stockage données-Installation logiciels spécifiques-Interconnexion des centres
Conclusion
• Projet structurant permettant, au-delà de l’étude du changement climatique, de croiser le comportement des modèles dans différentes configurations
• Echanges sur le développement, les biais et la gestion des simulations lourdes (IPCC)
• De plus en plus de processus fins pris en compte, augmentation de la complexité des couplages
• Réflexion sur l’évaluation : mieux bénéficier des études à différentes échelles d’espace et de temps
• Coordination indispensable pour les exercices IPCC (ESCRIME)
Conclusion des journées MISSTERRE des 12-13 mai 2009
• Besoin de garder un chapeau « Modélisation climat et changement climatique »• Préparation et soumission d’un projet dédié à la physique commune DEPHY• Démarrage des projections à échelle de temps courte sous MISSTERRE• AR5 : énorme mobilisation et quelques difficultés à anticiper (sous bannière
ESCRIME) – Gestion des nombreuses simulations – Gestion et diffusion des données– Evaluation (retour d’expertise, utilisation pour comprendre origine des biais, établir la
validité des résultats)– Analyse des différents scénarios climatiques – Lien avec les nombreux interlocuteurs
• Faire valoir les besoins spécifiques à cette activité de modélisation – Formation pour le développement des modèles et des couplages– Trop peu d’appel d’offre permettant de focaliser sur la compréhension système, l’ analyse
des rétroactions et leur évaluation / l’accroissement de l’offre pour des projets transdisciplinaires (ex: ANR CEP)
– Besoin de renforcer la réflexion sur les métriques et diagnostiques évolués, renforcer l’activité de détection/attribution
• Interface avec les utilisateurs : – Journée dédiée communauté « impact » (non réalisé en 2008). – Réflexion / service climatique