A partir d'un état initial, le modèle calcule l'évolution de ces variables, pas de temps après pas de temps :
L'essentiel du modèle consiste donc à calculer les tendances dues aux divers phénomènes paramétrés.
En pratique, le modèle 3D fonctionne en deux parties:
- d'une part la partie dynamique contenant la résolution
numérique des équations
générales de la circulation atmosphérique.
Cette partie est (y compris au niveau informatique)
commune au modèle terrestre et martien, et plus
généralement à
toutes les atmosphères de type terrestre.
- d'autre part la partie
physique propre à la planète considérée, qui calcule le forçage de
la circulation et le détail du climat en chaque point.
Les calculs concernant la partie dynamique sont réellement effectués sur une grille 3D avec des échanges horizontaux entre mailles, alors que la partie physique peut être vue informatiquement comme une juxtaposition de "colonnes" d'atmosphère n'interagissant pas entre elles (schéma 2.1).
Les parties dynamiques et physiques traitent des variables de nature différente, sur une grille informatiquement différente. L'intégration temporelle des variables se fait selon un schéma numérique différent (simple comme ci-dessus pour la physique, plus élaboré, Schéma ``Matsuno-Leapfrog'', pour la dynamique. Les pas de temps sont aussi différents. Le pas de temps physique est fois plus long que le pas de temps dynamique, car la résolution des équations de la dynamique réclame un pas de temps plus court que le calcul du forçage par la physique.
En pratique, le programme principal
( gcm.F
) effectue un certain nombre d'initialisation
(lecture des fichiers de configuration, lecture de l'état initial,
calculs realtifs à la définition de la grille, etc.) puis
appeller le sous-programme ( leapfrog.F
), qui gère l'intégration
temporelle du modèle.
Lors du déroulement du calcul de l'évolution temporelle,
à chaque pas de temps dynamique, ce programme effectue les appels
suivants:
caldyn.F
)
integrd.F
)
calfis.F
) avec le modèle physique
( physiq.F
),
qui calcule
l'évolution de certaines variables purement physiques (ex: Tsurf)
et retourne les tendances
dues à la physique
addfi.F
)
Remarque: On peut faire tourner la partie physique seule pour un
calcul 1-D pour une seule colonne avec le programme
testphys1d.F
.
[1.4][c] |
On utilise pour chaque partie une grille différente. On a représenté figure 2.2 la numérotation des grilles physiques et dynamiques ainsi que les différentes positions possibles des variables sur ces grilles. Afin de repérer les coordonnées d'une variable (sur un point de grille, au dessus, en dessous, à droite, ou à gauche), on utilise les coordonnées rlonu, rlatu, rlonv et rlatv (longitude et latitude, en radian).
Pour la grille dynamique, on répète en i=IM+1 les valeurs de i=1 (périodicité en longitude). Les valeurs aux pôles sont quant à elles dupliquées IM+1 fois. En revanche, pour la grille physique, il n'y a qu'une valeur aux pôles et pas de périodicité en longitude. En pratique, les calcul se font pour une suite de NGRID colonnes atmosphériques avec NGRID=IM(JM-1) +2
Le GCM a été écrit originellement sur des coordonnées qui présentent l'avantage d'avoir un domaine constant (1 à la surface et 0 au sommet de l'atmosphère) quelque soit le relief sous-jacent. Pourtant, il est vite apparu que de telles coordonnées perturbent de façon significative la représentation de la dynamique stratosphérique dans la mesure òu le relief est visible dans le système de coordonnées jusqu'au sommet du modèle. Une solution élégante a été trouvée à ce problème: l'emploi de coordonnées hybrides équivalentes près de la surface et plus haut. La figure 2.3 illustre l'interêt de l'utilisation des coordonnées hybrides comparée à l'utilisation de coordonnées classiques. La répartition des couches verticales est irrégulière, afin de permettre notamment une plus grande précision au niveau du sol. On décrit généralement à l'aide de 25 couches l'atmosphère jusqu'à une hauteur de l'ordre de 80 km, ou 32 couches pour des simulations jusqu'à 120 km. La première couche décrit alors les quelques premiers mètres au dessus du sol, tandis que les dernières décrivent plusieurs kilomètres. La figure 2.4 décrit les variables du maillage vertical.
|
La figure 2.4 décrit les variables du maillage vertical.
ucov = cu * u
et vcov = cv * v
, avec
cu
et cv
des constantes qui ne dépendent que de la latitude
(cf. Annexe A).
ucov et vcov, variables "vectorielles", sont stockées
respectivement sur les grilles u et v "décalées" de la dynamique
(voir section 2.2).
theta, q01, ps, masse variables scalaires, sont
stockées sur la grille dite "scalaire" de la dynamique.
Dans la physique, les variables d'états de la dynamique sont transmises via une interface qui interpole les vents sur la grille scalaire (qui correspond à la grille physique) et transforme les variables dynamiques en variables plus ``naturelles''. On retrouve ainsi les vents u et v (m.s), la température T (K), le champ de pression au milieu des couches play et aux niveaux intercouches plev (Pa), les traceurs q01, q02, etc... (kg/kg).
De plus, la partie physique gère en plus l'évolution de variables d'états internes comme la température du sol, la couverture de neige, .... Ces variables ne sont jamais remontées dans le moniteur dynamique.
Par défaut, dans le modèle terrestre, les deux premiers traceurs sont l'eau vapeur et l'eau liquide. Le nom des traceurs peut etre modifié au moyen du fichier traceur.def A completer