Simulations de la Circulation Générale de l'Atmosphère
TMS de la Majeure SEISM (2007), François Lott et Lionel Guez


  Introduction:

Description de la circulation générale de l'atmosphère, des équations de la dynamique de l'atmosphère et des principes de base des modèles de circulation générale de l'atmosphère (télécharger)

Un exemple de simulation de la mise en route de l'atmosphère à l'aide de la version simplifiée du modèle de circulation générale de l'atmosphère lmdz (Mois d'été).

Sujet 1:

Circulation atmosphérique de grande échelle: simulation des jets d'ouest à l'aide d'un modèle simple


Résumé: La circulation atmosphérique sous nos latitudes est dominée en altitude par un régime permanent de vents d'Ouest. Ces vents transportent les dépressions qui se développent sur l'Atlantique et contrôlent la météorologie sur l'Europe du Nord-Ouest. L'établissement de ces vents d'ouest est lié au différentiel de température de surface entre l'équateur et les pôles, via un équilibre dans lequel la force de Coriolis joue un rôle central. A l'aide d'un modèle simple, résolvant les équations de St Venant (fluide à une couche avec surface libre et incompressible) sur la sphère, nous proposons d'étudier la formation de ces jets. Nous proposons aussi d'étudier la formation des jets dans la stratosphère, où le chauffage se fait directement par absorption des UV solaires par l'Ozone, plutôt que par que par le rayonnement infrarouge venant du sol. Les résultats obtenus seront comparés à des observations climatologiques de ces différents jets.

Logiciel concerné: Utilisation d'un code déjà écrit en Fortran; visualisations des résultats à l'aide de MATHLAB ou de Xmgrace:

Télécharger STVENANT.tar.gz, puis lancer les commandes (1) gunzip STVENANT.tar.gz, (2) tar -xvf STVENANT.tar.    Après cette opération, le dossier STVENANT que vous avez créé contient (1) quelques programmes en f77 (directory prog), (2) quelques scripts shell pour lancer le modèle (directory run), et (3) quelques scripts pour aider à tracer les résultats avec Xmgrace (stockés dans le dossier  xmgr).

Travail demandé:
1.Comprendre la physique du problème et en particulier la modélisation du chauffage dans un modèle de StVenant.
2.Spécifier un chauffage réaliste lié à la température des océans, étudier la réponse du modèle à ce chauffage.
3.Spécifier un chauffage réaliste lié à l'absorption des UV solaires par l'Ozone stratosphérique.
4.Interpréter les résultats en termes de conservation du moment angulaire.

Sujet 2

Mise en route de la circulation générale de l'atmosphère dans un modèle de prévision du climat

Résumé: La prévision du temps  à court terme ainsi que la prévision de l'évolution future du climat se font à l'aide de modèles de circulation générale de l'atmosphère d'une très grande complexité. Ceux-ci incluent la dynamique de l'atmosphère libre, son interaction avec la couche limite près du sol, ainsi que les forçâges thermodynamiques liés, entre autre, à l'absorption par les gaz à effet de serre du rayonnement infrarouge émis par la terre. Ce sont ces chauffages qui mettent l'atmosphère en mouvement.

A l'aide de l'un des modèles les plus utilisé en France pour prévoir
le climat, nous proposons d'étudier cette mise en route de l'atmosphère en imposant un écoulement initial au repos et en suivant son évolution sous l'influence des chauffages sus-mentionnés. Nous proposons aussi d'étudier les instabilités de ce mouvement, et d'analyser comment ces instabilités transportent de la chaleur depuis les régions équatoriales vers les pôles. Nous proposons aussi d'analyser la modification de ces réponses à une modification du contenu de l'atmosphère en gaz à effet de serre.

Logiciel concerné: Le modèle de Circulation Général de l'Atmosphère développé au LMD; Visualisation des résultats à l'aide de Grads (pour l'installation sur les PCs de l'école Polytechnique aller ici).

Telecharger LMDZ_TEST1.tar.gz
(à l'ENS, télécharger LMDZ_TEST0.tar.gz)
Travail demandé:
1.Comprendre les principes généraux sous-jacent à la modélisation de la Circulation Générale de l'Atmosphère.
2.Mettre en place une expérience dans laquelle l'état initial de l'atmosphère est au repos.
3.Interpréter la mise en route de l'atmosphère en faisant des bilans de production de vorticité par le
terme dit "barocline".
4.Décrire les mouvements ondulatoires se produisant aux moyennes latitudes lorsque les jets deviennent forts.
On analysera entre autre l'équilibre géostrophique entre la pression et les vents dans ces mouvements ondulatoires.
5.Analyser le transport de chaleur vers les pôles par ces mouvements ondulatoires.