LMDZ

LMDZ, modèle  de circulation générale atmosphérique

Le modèle de circulation générale atmosphérique LMDZ, dans ses versions terrestre et planétaires est utilisé dans les laboratoires de l'IPSL (une soixantaine d’utilisateurs), ailleurs en France (LGGE) et à l'étranger (Inde, Chine, Sénégal, une cinquantaine d’utilisateurs).

LMDZ est un modèle de circulation générale atmosphérique développé depuis les années 70 au Laboratoire de Météorologie Dynamique, avec des variations donnant des versions terrestres et planétaires (Mars, Titan, Vénus, exo-planètes). (LMD est le sigle du laboratoire, le "Z" de LMDZ est pour "zoom".)

Dans sa version terrestre, LMDZ est la composante atmosphérique du "Modèle intégré de climat" de l'IPSL, dont le développement est coordonné par le "pôle modélisation" et qui est impliqué dans l'énorme effort de recherche international sur l'évolution future du climat.

Du côté des planètes, les versions de LMDZ ont été développées en grande partie en lien avec l'exploration spatiale du système solaire, et plus récemment avec la recherche de planètes extra-solaires.

LMDZ est avant tout un outil de recherche. Un souci récurrent dans le développement de LMDZ est le fait de privilégier la légèreté et la souplesse.

Un travail constant est effectué sur l'évaluation des performances climatiques du modèle. LMDZ permet aussi la simulation d'observations par satellites (RTTOV, ISCCP, CALIPSO …) et il peut être utilisé en mode semi-opérationnel : versions zoomées guidées temps réel ou non, transport de polluant et rétro-transport, etc.

Pour les 4 ans qui viennent les enjeux principaux identifiés sont les suivants.

Physique terrestre – Une refonte des paramétrisations du bloc couche limite – convection - nuages (“modèle du thermique”, représentation des poches froides sous la convection, couches de réchauffement diurne océaniques, etc.) a été entreprise ces dernières années, en parallèle de la constitution du modèle couplé atmosphère – océan – biosphère - chimie par le pôle de modélisation de l'IPSL. Il s'agit pour les années qui viennent, d'asseoir, d'exploiter (pour l'étude de la sensibilité du climat notamment) et de poursuivre ces développements (représentation des différents régimes de nuages, propagation des poches froides, etc.) ou encore d'utiliser ces nouvelles paramétrisations dans les couplages avec les autres composantes du système (transport des espèces chimiques, couplages avec les surfaces océaniques et continentales). Ces développements seront effectués en partie en collaboration avec le CNRM dans le cadre du projet « physique commune ».

Nouvelles dynamiques – La version actuelle de LMDZ permet de viser des configurations globales à une cinquantaine de kilomètres de résolution avec un parallélisme “gros grain”. Au-delà, la réécriture de cœurs dynamiques adaptés à la parallélisation massive (utilisant des grilles sans filtrage polaire) est nécessaire. À cette fin, nous testerons d'un côté des cœurs dynamiques existants et nous développerons de l'autre des approches originales (cf. Section II-1-5). Nous nous engageons à disposer à 4 ans de cœurs dynamiques massivement parallèles utilisables pour les applications climatiques (l'enjeu sans doute encore plus limitant pour la parallélisation de la gestion des entrées-sorties est pris en charge au niveau du pôle modélisation).

Modèle multi-configurations - Le modèle LMDZ est utilisable dans de multiples configurations : modèle global en mode climatique ou versions zoomées et guidées par les analyses ; versions avec nichage (aller simple ou aller-retour) de modèles régionaux ou de LMDZ (version zoomée) ; versions couplées ou idéalisées comme les aqua-planètes ; versions transports branchées, débranchées ou rétro-transport ; versions uni-colonne ; versions destinées aux centres de calculs versus versions Linux/G95. Un effort important sera fait pour asseoir ces configurations et faire de LMDZ un laboratoire d'expérimentation numérique sur les processus physiques et climatiques, que puissent s'approprier facilement les chercheurs du domaine, avec également des visées pédagogiques.

Version stratosphérique – Couplé avec des modules de physico-chimie interactive, le réalisme des simulations permet d’effectuer des tests de sensibilité aux différentes paramétrisations. La résolution verticale du modèle sera considérablement améliorée, ce qui permettra d'y analyser l'apparition d'instabilités inertielles sur le vent moyen, sur les ondes de Rossby gravité, et de reproduire une Oscillation Quasi-Biennale. Étendu jusqu'à 90-100km d'altitude il permettra de mieux représenter la mésosphère pour l’étude de la structure des marées atmosphériques.

Version isotopique – Une version du modèle incorporant une représentation du cycle des isotopes stables de l'eau (oxygène 18, oxygène 17, deutérium) a été développée ces dernières années. Cette version permet de simuler des grandeurs pour lesquelles nous disposons : soit de très longues séries de données (données isotopiques enregistrées dans la précipitation ou les glaciers climatiques permettant d'étudier la variabilité décennale de la température et des précipitations et les changements climatiques passés) soit de données de campagnes terrestres ou aéroportées permettant de faire des études de processus (cycle de l'eau en Afrique de l'Ouest pendant Amma, étude de la TTL pendant Crystal-Face ou CR-AVE, etc.).

Versions planétaires – De nombreux développements seront poursuivis spécifiquement pour les atmosphères planétaires (cf. Section III-4), avec notamment les développements importants entrepris en collaboration avec le laboratoire Laplace de Toulouse et le LOA de Lille sur les codes radiatifs. Le prochain recrutement d'un ingénieur dédié aux aspects planétologiques permettra de renforcer la cohérence et la distribution des versions terrestre et planétaires de LMDZ.

Un outil pour la communauté – Le moment est venu pour LMDZ de se doter d'un mode d'organisation qui permette d'agréger davantage de forces et d'asseoir son développement dans le temps. Les structures (comité de pilotage restreint, GROupe de Suivi des Applications Climatiques, Boites à Outils LMDZ, Courriers électroniques, web : http://lmdz.lmd.jussieu.fr) sont en train de se mettre en place grâce à un effort sur les aspects de coordination et communication. Suivant l'évolution du contexte, nous déposerons prochainement un projet de labellisation comme outil national.