Le modèle Wavewatch III et les configurations côtières Atlantique et Méditerranée

1. Le modèle Wavewatch III et les configurations côtières Atlantique et Méditerranée Héloïse Michaud, Caroline Bru, Didier Jourdan heloise.michaud@shom.fr

2. Plan • Le modèle WW3 • Présentation • Processus physiques pris en compte • Les configurations Atlantique et Méditerranée • Maillage • Configurations de référence • Validation des configurations sur des rejeux de tempêtes • les tests de validation aux bouées et altimètres • les tests de sensibilité • Les sorties du modèle disponibles

3. Le modèle Wavewatch III (WW3) • Modèle développé par H. Tolman (modèle Wavewatch I et II développé à TU Delft et NASA/GSFC), importé et amélioré au NCEP depuis 1993 • Différences avec WAM : • équation de l'action et non l'énergie, sur le système de grille (nombre d'onde vs fréquence), • numérique • paramétrisation physique • Modèle utilisé dans Prévimer et en opérationnel au NCEP

4. bathymétrie & trait de côte Champs spectral des vagues en tout point WAVEWATCH III MODEL Vents à 10m,courant, niveau d’eau, (SST, Tair, carte des glaces) Autres sorties Spectre local Paramètre moyen Physique du modèle croissance (input du vent) décroissance (déferlement) interaction vague-vague Propagation isotrope réfraction dispersion

5. Pour le monde entier Pour l'ouest de l'Atlantique Figures issues de http ://www.jcomm-services.org/Wave-Forecast-Verification-Project.html pour novembre 2013 En Méditerranée occidentale

6. Configurations utilisées au NCEP

7. Les processus physiques pris en compte • Equation de conservation de la densité de l'action (taux de densité d’énergie E par pulsation relative ) résolue dans l'espace Redistribution de l’énergie à travers le spectre Terme source Variation locale de la densité d’action Propagation spatiale avec shoaling

8. Les paramétrisations des processus physiques incluent : • La croissance des vagues due à l'action du vent (formulation linéaire et exponentielle) • Les interactions non linéaires vague-vague (résonance) Snl3 (entre triplet de vagues, non inclus dans cette version de ww3) et entre quadruplet de vague Snl4 • La dissipation des vagues liée : • Aux interactions avec le fond • Le moutonnement • Le déferlement bathymétrique

9. Numérique • Discrétisation directionnelle constante et fréquentielle logarithmique. • 30 fréquences et 24 directions pour la discrétisation spectrale = 720 équations d’advection couplées. Problème à plusieurs millions d’inconnues  2 solutions : – Une résolution globale de l’équation par une méthode itérative (modèle SWAN) – Une séparation des équations en advection puis intégration des termes source, qui sont intégrés séquentiellement (WW3).

10. Les configurations et les tests

11. La configuration Méditerranée • 200 m de résolution à la côte et 10 km au large • Maillage plus dense autour du littoral français grâce à l’utilisation de polygones et de critères de raffinement différents • 92667 nœuds, • bathymétrie du SHOM

12. La configuration Méditerranée

13. 93787 nœuds Créé à partir du maillage de prévimer pour l’Atlantique 10 km au large -> 400-200 m à la côte Utilisation de polygones La configuration Atlantique

15. La configuration de référence • Forcages atmosphériques : Aladin 0,1° ou Ecmwf 0,1° ? • TEST 451 en Atlantique et 405 en Méditerranée (Ardhuin et al. 2010) • Dissipation sur le fond avec une taille de sédiment médian D50=0,2 mm uniforme partout • Réflexion côtière liée à la pente du fond. • Spectre de vague discrétisé sur 24 directions (15° de résolution) et 30 fréquences entre 0,0345 Hz et 0,547 Hz

16. Les tests 5 tempêtes en Atlantique depuis 2007 3 tempêtes en Méditerranée depuis 2003 Un rejeu d’un an (juillet 2011-juin 2012) sur les deux façades

17. Méthode et instruments de validation 62304 62305 62103 62068 62052 Cap Ferret Bilbao • Instruments de mesure pour la validation • Bouées Météo-France, Cetmef (réseau Candhis) et des pays voisins. • Mesures altimétriques sur le rejeu long (2011/2012 : Jason 1/2, ERS 2, Envisat) • Méthode d'évaluation • Séries temporelles aux bouées et statistiques (rmse, si, biais, cor, erreur max) • Statistiques sur les traces altimétriques (en cours)

18. Méthode et instruments de validation • Instruments de mesure pour la validation • Bouées Météo-France, Cetmef (réseau Candhis) et des pays voisins. • Mesures altimétriques sur le rejeu long (2011/2012 : Jason 1/2, ERS 2, Envisat) • Méthode d'évaluation • Séries temporelles aux bouées et statistiques (rmse, si, biais, cor, erreur max) • Statistiques sur les traces altimétriques (en cours)

19. Tempête de novembre 2007 Vent par Arpège le 08/11/07 12h Vague par WW3 le 08/11/07 12h Vent par Arpège le 09/11/07 0h Vague par WW3 le 09/11/07 0h Vague par WW3 le 09/11/07 12h Vent par Arpège le 09/11/07 12h

20. Hauteurs significatives des vagues (en m, en haut) et profondeur (en dans la baie du Mont St Michel

26. Tests de sensibilité • Forçages atmosphériques : Aladin, Ecmwf, CFSR • Résolution du maillage • Schéma numérique • Dissipation sur le fond • Le forçage du vent global • Le modèle de vague global • L'ajout des courants et niveaux d'eau issus de Hycom • Le coefficient de couplage entre vent et vague

28. Tests de sensibilité sur le forçage de vague global : MFWAM ou WW3

29. Test de sensibilité sur la résolution du maillage (tempête février 2009 en Méditerranée) Maillage à 200 m de résolution à la côte Maillage à 500 m de résolution à la côte

30. Test de sensibilité sur la résolution du maillage (tempête février 2009 en Méditerranée)

33. Les sorties du modèle • Série temporelle des caractéristiques des vagues en un point (Spectre 3D, Hs, Tp, …) • En ascii ou Netcdf

34. Les sorties du modèle • Cartes 2D : caractéristique des vagues (Hs, Tp, Direction, vitesse de stokes, ...), sur plusieurs partitions : mer de vent, houle primaire, secondaire, … sur grilles non structurées ou bien sur une grille régulière de résolution définie. • En ascii ou Netcdf

35. $ (1) Forcing fields DPT CUR WND DT WLV ICE IBG D50 $ (2) Standard mean wave Parameters HS LM TZ TE TM FP DIR SPR DP $ (3) Frequency-dependent parameters EF TH1M STH1M TH1M STH1M WN $ (4) Spectral Partition Parameters PHS PTP PLP PTH PSP PWS WSF PNR $ (5) Atmosphere-waves layer UST CHN CGE FAW TAW NWS WCC WCF WCH WCM $ (6) Wave-Ocean layer SXY TWO BHD FOC TUS USS P2S U3D P2L $ (7) Wave-bottom layer ABR UBR BED FBB TBB $ (8) Spectrum parameters MSS MSC $ (9) Numerical diagnostics DTD FC CFX CFD CFK

36. Hs (m) le 8/11/07 à 18h Possibilité de sortir les résultats sur des grilles régulières à 1 km de résolution (3 en Atlantique)

37. Résultats sur la grille non structurée vs Résultats sur des grilles régulières à 1km de résolution Hs (m) le 8/11/07 à 18h

38. Hs (m) de la mer de vent le 8/11/07 à 18h Hs (m) de la houle primaire le 8/11/07 à 18h Hs (m) de la houle secondaire le 8/11/07 à 18h

39. Hs (m) le 06/02/09 à 18h Possibilité de sortir les résultats sur des grilles régulières à 1 km de résolution (2 en Méditerranée)

40. WW3 avec Aladin comme forçage Biais 0.1090 Cor 0.9463 RMSE 0.2630 SI 0.2976 WW3 avec Arome comme forçage Biais 0.1346 Cor 0.9351 RMSE 0.26 SI 0.304 Moyennes des statistiques sur le rejeu d’un an en Méditerranée sur 9 bouées

41. Ce qu’il nous reste à faire • Comparaisons avec mesures altimétriques à finir • Comparaison avec l’existant MFWAM sur les rejeux

42. Résultats sur la grille non structurée vs AJOUTER LA MEME CARTE SORTIE MFWAM SI POSSIBLE Résultats sur des grilles régulières à 1km de résolution Hs (m) le 8/11/07 à 18h

43. Merci