Les simulations :Nous avons réalisé, courant 2008, un jeu cohérent de simulations à 6 différentes résolutions horizontales avec exactement le même modèle (IPSLCM4_v2).

La résolution 96x71 était la résolution de référence pour les simulations AR4. La résolution 44x43 correspond au Modèle Grande Vitesse ou MGV qui permet la réalisation de simulations millénaires.

Quatre résolutions en latitude ont été étudiées : 43, 71, 95(96) et 142. Quatre résolutions en longitude ont été étudiées : 44, 96, 144 et 192

Choix de la résolution horizontale atmosphérique du modèle climat IPSL

Marie-Alice Foujols1, Frédéric Hourdin2, Francis Codron2, Luc Gential3, Virginie Guemas2, Olivier Marti3, Jacques Bellier3, Laurent Bopp3, Pascale Braconnot3, Patrick Brockmann3, Patricia Cadule1, Arnaud Caubel3, Sébastien Denvil1, Jean-Louis Dufresne2, Laurent Fairhead2, Eric Guilyardi4,

Guillaume Lapeyre2, Claire Lévy4, Gurvan Madec4, Martial Mancip1, Yann Meurdesoif3, Juliette Mignot4, Ionela Musat2 et l’ensemble du pôle de modélisation de l’IPSL

1: IPSL, 2: LMD, 3: LSCE, 4: LOCEAN

Des études systématiques du modèle LMDZ (biblio 1) avec la dynamique seule (sans physique avec juste un rappel newtonien) ont montré qu'à coût informatique constant la représentation de la structure dynamique de l'atmosphère variait. Augmenter la résolution en longitude augmente la variance du jet à moyenne latitude. Augmenter la résolution en latitude déplace vers le pôle ce même jet. Cette analyse a entraîné la mise en place de plusieurs simulations avec exactement le même modèle climat et suivant le même protocole afin de choisir la résolution de base des simulations CMIP5 de l'IPSL.

Les points communs :• IPSLCM4_v2 (biblio 2 + Ensembles)• ORCA2• 30 mn pour le pas de temps de la physiqueLes différences :• la résolution horizontale• le pas de temps de la dynamique pour respecter le critère CFL• les temps de dissipation des plus petites longueurs d’ondes (teta)

Le point à l’équateurLa figure montre le maillage en latitude pour 71, 95, 96 et 142 points autour de l’équateur. Un nombre impair permet de minimiser l’écartement entre le premier point hors équateur, c’est le choix fait pour les petites résolutions. Un nombre pair permet d’avoir un point de calcul à l’équateur, c’est le choix fait pour les résolutions supérieures. Une simulation 96x95 et 96x96 a permis de valider ces choix.

L’équilibrage par pmagic : Le paramètre pmagic permet d’équilibrer la température moyenne. C’est unfacteur additif du calcul d’albedo : • Résolution 96x71 (à gauche) :• bleu, R97D, pmagic = 0.• orange, R97E, pmagic= 0.02• jaune, R97F, pmagic = 0.01 (10 ans, démarrage comme R97E)• vert, R97G, pmagic = 0.01 (démarrage après 10 ans de foré)• rose, R1414A, pmagic = 0.02, simulation cible de type Ensembles • Résolution 96x95 (à droite) :• bleu, R99A, pmagic = 0.02• orange, R99B, pmagic = 0.007 (10 ans, démarrage comme R99A)• jaune, R99C, pmagic = 0.007 (10 ans, démarrage 10 ans de forcé)• vert, R99D, pmagic = 0.011 , (démarrage comme R99C) • rose, R1414A, pmagic = 0.02, simulation cible de type Ensembles

La figure ci-jointe montre pour plusieurs décennies à chaque fois la différence entre la température de surface de la mer simulée et la température de la climatologie Levitus en moyenne zonale.Le biais froid diminue quand la la résolution augmente, avec une amélioration plus nette quand la résolution en latitude augmente sans changer la résolution en longitude. Ce changement du biais froid s'accompagne d'un réchauffement global du modèle comme déjà décrit par Marti et al. (biblio 3).

Position du jet atmosphérique de l’hémisphère Sud :La figure ci-jointe montre le déplacement du jet selon les résolutions. Elle est à rapprocher des études en dynamique seule de l’introduction.

Les simulations de changementclimatique :Les réponses de la température à 2 mètres en moyenne globale :• bleu, C97E, +1%CO2 à partir de 1930, pmagic=0.02• orange, C97G, +1%CO2, pmagic=0.01• jaune, C99D, +1%CO2, pmagic=0.011• vert, C1414A, +1%CO2, pmagic=0.02• rose, R97E, pmagic=0.02• jaune d'or, R97G, pmagic=0.01• violet, R99D, pmagic=0.011• jaune gris, R1414A, simulations cible de type Ensembles, stream2

Même réponse à l’augmentation de CO2 avec des pmagic différents, avec des résolutions différentes.

Ressources informatiques et Conclusion :La résolution 96x95 a été retenue comme résolution horizontale de l’atmosphère de base pour la version IPSLCM5 utilisée dans le cadre de CMIP5. Elle permet de répondre aux questions posées en limitant les ressources informatiques consommées.

Hourdin, F, Musat, I, Bony, S, Braconnot, P, Codron, F, Dufresne, J, Fairhead, L, Filiberti, M, Friedlingstein, P, Grandpeix, J, Krinner, G, LeVan, P, Li, Z, Lott, F, and (2006 ). The LMDZ4 general circulation model : climate performance and sensitivity to parametrized physics with emphasis on tropical convection Climate Dynamics, 27:787-813.

The new IPSL climate system model: IPSL-CM4 Note du Pôle de Modélisation n 26 ISSN 1288-1619 Marti O., P. Braconnot, J. Bellier, R. Benshila, S. Bony, P. Brockmann, P. Cadule, A. Caubel, S. Denvil, J.-L. Dufresne, L. Fairhead, M.-A. Filiberti, M.-A. Foujols, T. Fichefet, P. Friedlingstein, H. Gosse, J.-Y. Grandpeix, F. Hourdin, G. Krinner, C. Lévy, G. Madec, I. Musat, N. de Noblet, J. Polcher and C. Talandier

Key features of the IPSL ocean atmosphere model and its sensitivity to atmospheric resolution Revue Climate Dynamics ISSN 0930-7575 (Print) 1432-0894 (Online) Numéro Volume 34, Number 1 / janvier 2010 Olivier Marti , P. Braconnot, J.-L. Dufresne, J. Bellier, R. Benshila, S. Bony, P. Brockmann, P. Cadule, A. Caubel, F. Codron, N. de Noblet, S. Denvil, L. Fairhead, T. Fichefet, M.-A. Foujols, P. Friedlingstein, H. Goosse, J.-Y. Grandpeix, E. Guilyardi, F. Hourdin, A. Idelkadi, M. Kageyama, G. Krinner, C. Lévy, G. Madec, J. Mignot, I. Musat, D. Swingedouw and C. Talandier

Marie-Alice Foujols, IPSL, Janvier 2010

Différences de températures de surface de l’océan simulées et Levitus :

Les ressources informatiques ont été fournies par le CCRT et par l’IDRIS. Merci à l’ensemble des équipes de l’IDRIS et du CCRT..

Températures @ 2m, moyenne globale

Températures @ 2m, moyenne globale

Vitesse moyenne du vent zonal au dernier niveau

Latitudes des points de maillage autour de l’équateur