Enseigner les Sciences de la nature

logo ensl   Logo du ministère de l'éducation
logo CIRI logo Immuniser Lyon
logo LBMC logo Musée Mérieux
Logo Inserm igfl igfl logo CREATIS
Logo du Museum national des histoires naturelles
Logo du musée de Confluences
logo geo 3d
Logo de Lyon 1 logo lgltpe 
Logo du Museum national des histoires naturelles
Logo du musée de Confluences
logo LBMC
logo LBMC
logos composé logo COP In My City logo Investissement d'avenirLogo du musée de Confluences
logo Météo France Logo du musée de Confluences
logo EVSlogo Grand Lyon

Comprendre la modélisation du DMG - 1

comprendre_inv

LA MODELISATION DES CLIMATS DU PASSE :

La dernière glaciation et le dernier maximum glaciaire (- 21 000 ans)

 

1ère PARTIE :
Les données d'entrée pour la modélisation : des fichiers importants pour définir les conditions initiales et les conditions aux limites


EXEMPLE DE LA MODELISATION [Ice_Age_21kya] PROPOSEE PAR EdGCM :

Pour reconstituer le climat d’une époque donnée, il est essentiel de prendre en compte les paramètres de l'environnement. Ces paramètres sont définis par la disposition des masses continentales avec leur topographie, l’extension des calottes glaciaires ainsi que des banquises avec des paramètres d’épaisseur de glace, la  végétation, le niveau des mers....


Ouvrons le panneau de configuration des simulations [Setup Simulations]

  ecran ice_age_21k

et détaillons quelques aspects importants illustrant les conditions aux limites :
Ice_Age_21kyr-1.JPG



Avec la modélisation [Ice_Age_21kya] proposée par EdGCM, les paramètres de l’environnement sont définis dans les 2ème et 3ème volets du panneau de configuration (après le 1er volet présentant les Informations générales) :

A. La partie appelée « Input files » correspond aux données d’entrée du modèle :


- des fichiers "Initial conditions" déterminent les conditions initiales
- des fichiers "Boundary conditions" déterminent les conditions aux limites.

1. Le fichier Z8X10_PEL21K fournit au modèle les conditions paléogéographiques représentées par 3 ensembles de données :
1.1.  le 1er ensemble [topography] est constitué des données topographiques (altitudes continentales)

 topographie DMG equi-2 21k

L’image ci-dessus correspond à la représentation cartographique d’une matrice de 36x24 valeurs : le maillage utilisé par le modèle EdGCM est de 10° en longitude et de 8° en latitude.
Un affichage en projection Mollweide et en mode lissé donne davantage de vraisemblance mais il faut garder à l’esprit que toutes les données du modèle sont fixées maille par maille.

topographie equi-1 21k
 

1.2. Le 2ème ensemble [land coverage] donne la répartition des masses continentales et le niveau des océans (voir image ci-dessous)
Land coverage equi-2 21k
On peut comparer avec le fichier Z8X101 qui définit les paramètres actuels :

Land coverage equi-2 actuel

Le modèle, malgré son maillage grossier, prend en compte les différences de niveau marin.


1.3.  Le 3ème ensemble [ice and snow coverage] correspond à  la répartition des calottes glaciaires et des banquises (voir image ci-dessous)

Ice cover 21k

Et on peut comparer avec la situation actuelle :
Ice cover act

Ce fichier  Topography "Z8X10_PEL21K" impose l'extension des calottes polaires selon la situation connue il y a 21000 ans BP. Par conséquent, il n'est pas envisageable de reconstituer le retrait des calottes glaciaires au cours de la dernière déglaciation qui a eu lieu de -21ka à -11ka, car il faudrait alors pour chaque étape climatique (environ une par tranche de 1 ka) prendre en compte le plus fidèlement possible les nouvelles données pour construire un modèle conforme à la période considérée. Le travail du modélisateur devient alors vite fastidieux !

 2. Le fichier V8X10_21K.vegt fournit au modèle les conditions de végétation représentées par 8 biomes correspondant à 8 ensembles de données (à comparer avec la situation actuelle) :

Situation à -21ka
Situation actuelle

input deciduous_21k

input deciduous act

input desert_21k

input desert act

input evergreen_21k

input evergreen act

input grassland_21k

input grassland act

input grassshrub_21k

input grasshrub act

input grasstree_21k

input grasstree act

input rainforest_21k

input rainforest act

input tundra_21k

input tundra

On observe peu de différences entre les 2 situations. Pourtant chaque matrice de données (chaque biome) doit contribuer à la construction d’un modèle cohérent : si on utilise le fichier V8X10.vegt actuel avec le modèle Ice_Age_21kya, le modèle donne une erreur dès le départ !

3. Les autres fichiers comme CD8X10_21K définissent le coefficient de traînée (paramètres des courants-jet) et ceux comme RTAU et RPLK sont liés aux paramètres de radiations (données non précisées et qui restent énigmatiques).

4. Les fichiers rsf (NOV1910.rsfModern.ocean) et G8X10_21K fournissent au modèle les conditions initiales de l’état de l’atmosphère :
- un fichier rsf (GCM restart file) est construit en fonction des échanges océan-atmosphère ayant lieu à un moment donné définissant le comportement de l’océan : dans le cas d’un océan statique (c’est le cas de la modélisation Ice_Age_21K), ce fichier rsf n’a pas d’incidence ce qui explique le choix d’un fichier « moderne » par défaut.

- Pour comprendre l’influence des fichiers GCM restart, une comparaison de différentes situations est proposée dans le dossier :

  Réchauffement climatique : scénarios du GIEC


- Pour un modèle paléoclimatique, les données relatives au sol (Ground data) sont essentielles pour définir les conditions d’échanges sol-atmosphère au départ.

 
B. La partie appelée « Ocean model » correspond au choix du mode océanique :

- se reporter au dossier « Prise en main du modèle » pour avoir des informations sur les différents modes océaniques utilisés par EdGCM.
Le fichier [O8X10_21KY] fournit au modèle les températures de surface [SST]  fixées pour les 12 mois de l'année :
- exemple d'un maillage pour le mois d'avril

SST-21ka

- exemple d'un maillage pour le mois d'août :

Ocean SST 08 21k

On remarquera le maillage grossier mais aussi l’implantation de données SST au milieu de masses continentales : la répartition des SST prend en compte l’influence de l’océan surtout au niveau des marges continentales.

Ce fichier impose le comportement de l'océan considéré comme statique et justifie le choix du modèle "specified SST" dans le cas d'une modélisation paléoclimatique simplifiée : les flux océaniques sont ignorés et les échanges océan-atmosphère sont fixés par le mode « speSST ».

Par contre, chaque résultat de simulation peut apporter une réponse différente en fonction des conditions de forçage définies dans le volet « Forcings » du panneau de configuration.

 

Voir dossier Comprendre la modélisation DMG 2ème partie