Simulateurs Calipso-Parasol

Simulateurs d’observables : simulateur lidar Calipso et simulateur Parasol

Les simulateurs d’observables sont des outils développés pour diagnostiquer à partir des modèles des quantités directement comparables aux observations. Leur utilisation est indispensable pour évaluer des variables telles que la couverture nuageuse ou la structure verticale des nuages simulée par les modèles. Elle est utile également pour évaluer l'épaisseur optique des nuages, le contenu en vapeur d’eau de l’atmosphère ou les quantités d’aérosols. Outre leur intérêt pour la comparaison des simulations de modèles aux observations actuellement disponibles, les simulateurs permettent aussi de tester le potentiel de nouvelles observations pour l'évaluation des modèles.

Le simulateur lui-même contient trois modules :

• un module de sous échantillonnage spatial permettant de projeter les sorties du modèle à une échelle sous maille pertinente pour l’objet visé (taille typique des cellules nuageuse, des panaches d’aérosols) tout en respectant les hypothèses contenues dans le modèle (i.e. recouvrement nuageux, contenu en eau total dans la maille)

• un module de simulation d’observables (radiances, profils lidar, réflectivité radar, réflectance), qui contient l’équation de transfert radiatif correspondant au signal observé et intègre les hypothèses physiques contenues dans le modèle (i.e. microphysique)

• un module de diagnostics géophysiques dans lequel les observables simulées sont traduites en grandeurs géophysiques (couverture nuageuse, occurrence de poussières)

Ce dernier module « diagnostics géophysiques » est en général également appliqué aux observations pour construire des jeux de données complètement comparables à ceux qui sont obtenus à partir de l'ensemble "modèle+simulateur" observés aux mêmes échelles. Ces traitements sont effectués au laboratoire.

Le simulateur lidar Calipso du laboratoire existe en une version opérationnelle dédiée à l’étude des nuages à l’échelle climatique. Il est inclus dans le Cosp (CFMip Observation Simulator Package) aux cotés des simulateurs ISCCP (Haddley Center) et radar CloudSat (Université du Colorado). Le laboratoire est en charge du développement et de l’évolution du simulateur lidar, et fournit aux utilisateurs les diagnostiques Calipso directement comparables aux sorties du simulateur (http://www.cfmip.net). Cosp a été distribué à de nombreux groupes de modélisation climatique (une douzaine actuellement). Afin de permettre une évaluation rigoureuse des nuages simulés par les modèles et le développement de « métriques », une recommandation de WGCM/WCRP imposera l'utilisation de Cosp à l'ensemble des modèles participant au prochain rapport du Giec.

Des versions recherche, dédiées aux études des aérosols désertiques et des nuages à l’échelle régionale, du simulateur lidar ont été développées pour évaluer les transports de poussières représentés par Chimère-Dust et la couverture nuageuse simulée par WRF en Europe et sur le bassin méditerranéen. Ils seront vraisemblablement utilisés de manière plus systématique dans les années à venir en interne au laboratoire et en collaboration avec d’autres équipes de l’IPSL.

Le simulateur Parasol simule la réflectance directionnelle dans une seule direction de visée constante pour tout le globe, afin d’évaluer la quantité d’eau dans les nuages (ou épaisseur optique). Il est actuellement en cours d'incorporation dans Cosp et devrait ainsi être utilisé par l'ensemble des modèles climatiques participant au prochain rapport du Giec.