La stratégie de la participation au simulations CMIP5 (pour le rapport 5 du Giec) avec le modèle couplé de l'IPSL est basée sur l'utilisation de deux versions très différentes de la "physique" de LMDZ :
Le modèle sera décliné dans deux configurations horizontales :
Le modèle sera principalement décliné sous une forme L39 avec 39 niveaux sur la verticale. Par rapport à l'ancienne configuration à 19 niveaux, les 20 niveaux additionnels sont répartis en gros entre 6 niveaux "au-dessus" de l'ancien modèle, un niveau plus près du sol (33m) et une résolution plus fine d'un facteur environ 1.7 dans la masse de l'atmosphère.
Ce passage à 39 niveaux a nécessité un certain travail d'ajustement sur le modèle qui avait tendance à devenir instable. L'activation de certaines paramétrisations de la version stratosphérique (Lott et al., 2005) avec certaines adaptations a permis de résoudre ces problèmes.
Les otuils pour stabiliser le modèle consistent à
Les coefficients de relaxation de la couche éponge et la dépendance verticale des coefficients de la dissipation horizontale ont été revus à cette occasion comme on l'explique plus loin.
A noter un certain nombre d'évolutions depuis la version AR4. En particulier,
Des séries de tests sont en cours pour régler le modèle avec l'ancienne physique. C'est le cas notamment de la série de simulations réalisées par Sébastien Denvil pour laquelle on trouvera un tableau d'acces aux atlas et différents diagnostics
Les diagnostics, effectués avec les atlas de Patrick ont été enrichis récemment avec de nouvelles climatologies et nouveaux diagnostics par Ionela Musat et Abderrahmane Idelkadi.
Laurent Fairhead a également lancé un test en couplé
La discrétisation verticale des version standard du modèle est préscrite en calculant d'abord des niveaux de pression normalisée, où . On commence pour cela par calculer des épaisseurs de couches à partir d'une fonction analytique :
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A partir de là, on calcule les coefficients et des coordonnées hybrides qui donnent la pression à un point de pression de surface et au niveau sous la forme
. Les coefficients sont calculés selon les formules :
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On choisit pour la terre hPa=.
Pour l'extension à la stratosphère, l'Eq. 1 est modifiée selon
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Le facteur a été introduit (et sorti dans les fichiers .def) pour contrôler l'épaisseur de la première couche quand on est passé de la version non troposphérique à 19 couches utilisée pour l'exercice CMIP4 pour le rapport AR4 du GIEC à la version à 39 niveaux avec stratosphère utilisée pour CMIP5, pour la quelle on a fixée .
On compare sur la Fig. 1 ces deux configurations de référence, la version stratosphérique développé par Lott et al. (2005) ainsi qu'une version avec stratosphère à 39 niveaux pour la quelle on aurait fixé .
Dans le code, le calcul de la discrétisation verticale est effectué dans
dyn3d/disvert.F
Le passage de l'Eq. 1 à l'Eq. 7 se fait en passant la variable "ok_strato" de la valeur "n" à "y". En revanche pour le moment (juillet 2009), et en attendant un choix définitif sur la façon de le faire, le paramètre n'est pas contrôlable par les fichiers ".def". En pratique, pour tous les cas sauf pour "llm=39" et "ok_strato=y" où on impose =0.3".
On a applique trois opérateurs de dissipation différents, l'un sur la température (assimilé à la lettre pour enthalpie), l'un pour la divergence et le dernier pour le rotationnel du vent. On peut fixer dans "gcm.def" d'abord part les nombre d'itération avec les choix conseillés :
## nombre d'iterations de l'operateur de dissipation gradiv nitergdiv=1 ## nombre d'iterations de l'operateur de dissipation nxgradrot nitergrot=2 ## nombre d'iterations de l'operateur de dissipation divgrad niterh=2Les constantes de temps sont également contrôlées dans "gcm.def"
## temps (s) de dissipation des plus petites long.d ondes pour u,v (gradiv) tetagdiv=7200. ## temps (s) de dissipation des plus petites long.d ondes pour u,v(nxgradrot) tetagrot=7200. ## temps (s) de dissipation des plus petites long.d ondes pour h ( divgrad) tetatemp=7200.Ces constantes sont toujours de l'ordre de quelques dizaines de minutes à quelques heures dans les configurations classiques du modèle, mais dépendent davantage de la configuration (en général, on prend des constantes de temps un peu plus courte pour des grilles plus fines).
En fait, ces constantes de temps sont ensuite affectées d'un facteur qui dépend de la verticale afin de rendre la diffusion plus efficace dans la haute atmosphère.
Dans les versions d'origine du modèle, ce facteur était calculé comme
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Dans la version originale, .
Dans la nouvelle version, la formulation est changée pour
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Pour le moment (juillet 2009), pour éviter de trop brouiller les cartes et dans l'attente de généralisation dans le cadre de la convergence avec les versions planétaires, cette formule n'est active que pour "ok_strato=y" et "llm=39" (configuration de référence pour l'exercice CMIP5).
Dans ce cas, les paramètres de la fonctions sont contrôlables dans "gcm.def" grâce aux paramètres , et , respectivement
dissip_factz=4. dissip_deltaz=10. dissip_zref=30.avec leurs valeurs par défaut pour CMIP5. Avec ces valeurs, l'idée est qu'on dissipe 4 fois plus efficacement au-dessus de 30 km qu'à la surface, avec une transition sur 10 km.
Pour la stabilité numérique du schéma temporel explicite utilisé pour les opérateurs de dissipation, la fréquence à laquelle est appelée la dissipation est calculée automatiquement et est un multiple de "iperiod", fréquence à laquelle on effectue les pas "matsuno" dans le modèle. En général "iperiod=5". Le pas de temps d'appel à la dissipation ne peut donc descendre en-dessous de "iperiod dtvr", où "dtvr" est le pas de temps dynamique du modèle.
D'après la discussion ci-dessus, on voit qu'il faut que la constante de temps de dissipation soit plus grande que ce pas de temps minimum d'appel à la dissipation. En tentant compte du facteur sur la verticale, cette contrainte s'écrit
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La "couche en éponge" ou "sponge layer" en anglais, a pour but d'absorber les ondes au sommet du modèle. Les ondes qui se propagent vers le haut voient leur amplitude croître sous l'effet de la diminution de la masse volumique de l'air. Dans un modèle numérique limité en pression (à ), les ondes sont artificiellement réfléchies sur le sommet du modèle.
Dans la couche éponge du LMDZ, appelée "top_bound", on fait décroître la partie non-zonale de l'écoulement avec une constante de temps . Si on note la moyenne zonale d'un champ et la perturbation associée, on écrit simplement
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avec . Les constantes de temps sont d'autant plus grande qu'on s'approche du sommet du modèle.
Dans la version stratosphérique du modèle à 50 niveaux développée par Lott et al. (2005), la couche éponge est active seulement dans les 4 dernières couches avec , , , et pour . La valeur de était fixée à 10 s.
Cette formule a été un peu assouplie (des instabilités numériques apparaissaient juste sous la dernière couche affectée pour la couche éponge) en écrivant
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La couche éponge est contrôlée par un choix sur le calcul des constantes
# iflag_top_bound : 0 : pas d'action, 1: actif dans les 4 dernieres couches, 2 : nouveau iflag_tob_bound=2 # Inverse de la constante de temps de relaxation dans la couche la plus haure du modele. tau_top_bound=1.e-5
Rm : peut-être que ce serait mieux de mettre la constante en secondes ...
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Mathematics Department, Macquarie University, Sydney.
The command line arguments were:
latex2html -split 0 configurations_cmip
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