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SURFEX. Genèse Algorithme de Surfex Interface avec l’atmosphère Couplage avec l’atmosphère. Patrick Le Moigne, CNRM/GMME/MC2. Genèse.

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Presentation Transcript

  1. SURFEX Genèse Algorithme de Surfex Interface avec l’atmosphère Couplage avec l’atmosphère Patrick Le Moigne, CNRM/GMME/MC2

  2. Genèse Développement d’un nouveau modèle atmosphérique AROME (depuis 2001) utilisant le chœur dynamique d’Aladin et la physique de Meso-NH, devant être opérationnel en 2008. D’où la nécessité d’externaliser la surface de Meso-NH afin de la rendre disponible pour AROME. Création de l’ensemble SURFEX (SURFace EXternalisée) capitalisant ainsi tous les travaux réalisés sur la surface au CNRM depuis de nombreuses années.

  3. Chaque unité de surface est composite Fsurface Modèles utilisés Fnature Fsea Fwater Ftown ISBA: Interface Soil Biosphere Atmosphere (Noilhan-Planton 1989, Noilhan-Mahfouf 1996) Soil and Vegetation 4 tiles Prescribed temperature Sea / ocean fnature fwater ftown fsea Town TEB: Town Energy Balance (Masson 2000) Lake Prescribed temperature Découpage de la végétation Fnature F1 F2 F12 … f1 f2 f12 Principe général

  4. Algorithme de Surfex • Initialisation des champs physiographiques • Initialisation des variables prognostiques • Appel des paramétrisations physiques • Calcul de diagnostiques • Écritures dans les fichiers de sortie

  5. Texture: FAO Agrégation • Initialisation des champs physiographiques Algorithme de Surfex Climate map Land cover maps NDVI profiles University of Maryland 1km: 15 classes Koeppe et de Lond 1958 1km: 16 classes Corine land cover « 250m »: 44 cl. 215 écosystèmes sur le globe BASE DE DONNEES DES PARAMETRES DE SURFACE

  6. Initialisation des variables pronostiques Algorithme de Surfex A partir de ECMWF, ARPEGE, ALADIN, MESONH, AROME, MOCAGE Mer/océan: SST Lac: température du lac Nature: profils de température profil d’eau liquide et glace contenu en eau du réservoir d’interception caractéristiques du schéma de neige Ville: température des toits, routes et murs réservoirs d’eau et de neige

  7. Appel des paramétrisations physiques Algorithme de Surfex ISBA: Soil options: Force restore, 2 layers , temp, water, ice Force restore, 3 layers , temp, water, ice Diffusion, N layers , temp, water, ice Vegetation options: Noilhan and Planton 89 (~Jarvis) AGS (photsynthesis and CO2 exchanges) AGS and interactive vegetation Hydrology options: no subgrid process subgrid runoff, subgrid drainage Snow options: Douville 95 (1 layer, varying albedo, varying density ) Boone and Etchevers 2000 (3 layers, albedo, density, liquid water in snow pack) TEB: Approche de type canyon: 1 toit, 1 route et 1 mur LAC: Implémentation d’un modèle de lac: Flake (GMME/MC2) MER/OCEAN: Développement d’un modèle 1d de CMO (GMME/MICADO)

  8. Interface avec l’atmosphère Normalisation des échanges entre l’atmosphère et la surface: ALMA (Assistance for Land-Surface Modelling Activities) atmosphère 1 interface surface

  9. ALMA dans SURFEXhttp://www.lmd.jussieu.fr/~polcher/ALMA/convention_2.html Le forçage atmosphérique

  10. Quantités échangées à chaque pas de temps du modèle entre la surface et l’atmosphère: Méso-NH AROME Arpège / Aladin albédo spectral direct albédo spectral diffus émissivité température radiative flux de quantité de mvt flux de chaleur flux de vapeur d'eau flux de CO2 flux chimiques Forçage atmosphérique flux radiatifs coefficients A et B pour les variables d’état SURFACE Lac Ville Mer Nature Ces quantités servent de conditions à la limite pour le schéma de rayonnement et la turbulence.

  11. Flux radiatifs Position du soleil Forçage atm. pluie, neige coef. A et B Albedo, Emissivité, Température radiative Flux de quantité de mvt Flux de chaleur Flux de vapeur d’eau Flux de CO2 Flux chimiques Principe de l’interface atmosphère coupling_surf_atmn coupling_inland_watern coupling_sean coupling_naturen coupling_townn Physique: lacs Physique: mer Physique: nature Physique: ville

  12. Traitement: coupling_inland_watern coupling_sean coupling_naturen coupling_townn Distribution sur les tiles coupling_surf_atmn tiles

  13. Couplage avec l’atmosphère ♦ lors d’un couplage explicite, les conditions atmosphériques anciennes servent pour calculer les nouvelles variables de surface: l’hypothèse étant une faible variation du forçage atmosphérique dans le pas de temps => bien adapté aux courts pas de temps ♦ lors d’un couplage implicite, les conditions atmosphériques nouvelles servent pour calculer les nouvelles variables de surface: => pas de temps plus longs => schéma plus stable

  14. ADJUSTMENT RADIATION T, q, u, v, P, Sw, Lw, rain, snow TURBULENCE 1 CONVECTION A and B coefficients for T, q, u and v SURFACE SURFACE SURFEX TURBULENCE 2 TURBULENCE Momentum, Heat, Water vapour fluxes albedo, emissivity and radiative temperature MICRO PHYSICS AROME ARPEGE / ALADIN Appel de la surface dans le modèle atmosphérique Couplage implicite Couplage explicite

  15. Couplage avec l’atmosphère Xi : variable d’état u,v,θ,q FX,i : flux de X entre les niveaux i et i+1 Diffusion verticale turbulente Xi+1 Expression du flux δi FX,i Δi Xi FX,i-1 Système tridiagonal & Xi-1

  16. III I 1 1 N-1 N N Surface Ts fluxes for momentum, heat, water vapour II Diffusion verticale et fermeture de Neuman Solve vertical profiles of atmospheric quantities atmosphere Neuman closure surface

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