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Journée de rencontre Météo France/Mecator/Océan 14 Juin 2010 1 Activités de la modélisation de la banquise à Mercator G. Garric (Mercator Océan) et R. Bourdallé-Badie (CERFACS) The Model LIM2 in the Mercator systems. Current status of sea ice in the global ¼°operational system Recent advances The update LIM2_EVP Diurnal cycle (and ERAinterim) Tests of LIM2_EVP in the global eddy-resolving model (1/12°) Conclusions and Plans

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Journée de rencontre Météo France/Mecator/Océan 14 Juin 2010

1

Activités de la modélisation de la banquise à Mercator

G. Garric (Mercator Océan) et R. Bourdallé-Badie (CERFACS)

The Model LIM2 in the Mercator systems. Current status of sea ice in the global ¼°operational system Recent advances

The update LIM2_EVPDiurnal cycle (and ERAinterim)

Tests of LIM2_EVP in the global eddy-resolving model (1/12°) Conclusions and Plans

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Global systems 2° Low resolution (PSY2G2). Last release in June 2008 (ON since September 2003)

(target : IC for seasonal prediction, reanalysis). ¼° Eddy permitting (PSY3V2). Last release in February 2008 (ON since October 2005)

(target MYOcean, reanalysis, climate monitoring, sea ice, biogeochemistry…) Sea ice forecasts.

1/12° Eddy resolving (PSY4). Demonstration phase in April 2008 for MERSEA. (target : MYOcean, biogeochemistry) Sea ice forecasts.

North Atlantic and Mediterranean Sea systems 1/12° Eddy resolving (PSY2V3) Last release in July 2008 (ON since September 2003)

(target: mesoscale upper ocean, downscaling to regional and coastal systems) Sea ice forecasts.

1/12° Eddy resolving (PSY2Q1). Operated daily. ON since June 2008 (target : navy) Sea ice forecasts.

IBI (Iberian, Biscayan and Irish) system 1/36° Eddy resolving + tides (PSY ??) Still in development R&D part. (target: backup

MYOcean, tides)

Current status of Mercator systems

Several model configurations operated for several uses

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The Thermodynamic-Dynamic model LIM2Collaboration with UCL, Louvain-la-Neuve, Belgium

3-layers model (Semtner, 1976)- 1D vertical diffusion of heat

- Surface temperature, brine pockets,

snow/iceformation …

- Leads parameterisation

Transport : Advective scheme from Prather (1986)

- Viscous-Plastic rheology from Hibler (1979)

- Ice/ocean drag damping necessary (1/4° and 1/12°)

THERMODYNAMICSDYNAMICS

Fichefet and Maqueda,Sensitivity of a global sea ice model to the treatment of ice thermodynamics and dynamics, JGR (1997).

Fichefet and Maqueda, Modelling the influence of snow accumulation and snow-ice formation on the seasonal cycle of the Antarctic sea ice cover, Clim. Dyn. (1999).

Goosse and Fichefet, Importance of ice-ocean interactions for the global ocean circulation: a model study, JGR (1999).

Timmermann et al., On the representation of high latitude processes in the ORCA-LIM global coupled sea ice-ocean model, Ocean Modelling, (2005).

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Current status of sea ice in operationnal systems Global ¼° configuration (no assimilation of sea ice)

AGU fall meeting 2008

Global ¼° configuration Operationnal system

IFREMER/CERSATSatellite data

Slight overestimationin winters

September 2008

March 2007

March 2007

September 2008

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AGU fall meeting 2008

September 2008 March 2007

Overestimationin summers

Current status of sea ice in operationnal systems Global ¼° configuration (no assimilation of sea ice)

Global ¼° configurationOperationnal system

IFREMER/CERSATSatellite data

September 2008 March 2007

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Current status of sea ice in operational systems Global ¼° configuration (no assimilation of sea ice)Ice Speed

IFREMER/CERSATGlobal ¼° operational system

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Recent advances - The update LIM2_EVP

- Newly sea ice formed in leads set to 0.6m in NH and 0.5m in SH

- Less snowfalls during NH summertime.

- EVP (Hunke and Dukowicz,1997) (time scale for elastic waves : 3600s and 360 nbr of iterations for subcycling.

- Refreshed ice/ocean drag at each oceanic time step

THERMODYNAMICS DYNAMICS

Bouillon et al., An elastic-viscous-plastic sea ice model formulated on Arakawa B and C grids, Ocean Model., (2009).

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Sea ice thickness(March 2007)

Closer agreement in summer Expected thickness distribution

Sep

t 20

07

IFREMER/CERSAT Satellite Data

Global ¼° configurationOperationnal system

Global ¼° configurationLIM2_EVP

Recent advances - The update LIM2_EVP

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Arctic ice coverage anomaly wrt mean seasonal cycle 2001-2007

2001 2008 2001 2008 2001 2008

-175 800 km2/yr-159 400 km2/yr -173 900 km2/yr

Better capture of the recent trend

IFREMER/CERSATSatellite Data

Global ¼° configuraitionLIM2_EVP

Global ¼° configurationOperationnal system

Recent advances - The update LIM2_EVP

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Recent advances - The update LIM2_EVPIce Speed

Slight increase of Ice speed with LIM2_EVP.IFREMER/CERSAT LIM2

LIM2_EVP

February 2002

LIM2_EVP

IFREMER/CERSAT LIM2

November 2002

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- Correlation of 0.66- CERSAT (2002-2008): +2.7.10-2 km/day/year - LIM2_EVP (2002-2008): +1.5 .10-2 km/day/year - IABP (1979-2007): +5.6 .10-2 km/day/year (Rampal et al., 2009)

Recent advances - The update LIM2_EVPIce Speed.

Monthly mean ice speed (CERSAT region) (km/day)

CERSAT

LIM2_EVP

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AntarcticArctic

Sea ice extent monthly anomalies

Pb with Initial Conditions

Pb with the seasonal cycle:too much sea ice in summer

Correlation: 0.8

GLORYS with LIM2_EVP

IFREMER/CERSAT

Recent advances - The update LIM2_EVP

Mercator reanalysis GLORYS1V1 (no sea ice assimilation)Interannual variability 2002-2007

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3h forcing (ECMWF)

Recent advances - Impact of diurnal cycle (3H)

RMS of the wind zonal stress over y2003

Daily forcing (ECMWF)Daily3h

20/09/2003 25/10/2003

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CERSAT Data Daily Forcing

Sea Ice FractionMarch 2003

3H Forcing

Ice Thickness

Ice FractionIce Fraction

Ice Thickness

Recent advances - Impact of diurnal cycle (3H)

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IFREMER/CERSAT LIM2

LIM2_EVP

February 2002

LIM2_EVP 3H Forcing

Recent advances – Impact of diurnal cycle (3H) Tests with ECMWF ERAinterim

Large increase of ice speed.

LIM2_EVP

IFREMER/CERSAT LIM2

November 2002

LIM2_EVP 3H Forcing

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Monthly mean ice speed (CERSAT region) (km/day)

Recent advances – Impact of diurnal cycle (3H) Tests with ECMWF ERAinterim

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Tests with the global eddy-resolving model (1/12°). LIM2_EVP/3H Forcing

IFREMER/CERSAT Old ORCA12 New ORCA12

16th March 2002

Insufficient sea ice during summer

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Tests with the global eddy-resolving model (1/12°).LIM2_EVP/3H Forcing

IFREMER/CERSAT Old ORCA12 New ORCA12

11th September 2002

Insufficient sea ice during summer

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Plans

Implementation of LIM2_EVP in the real time operational systems. Work on the impact of the Diurnal Cycle (3H) in ¼° and 1/12° to be

continued. Correction of summer bias : use of ERAinterim reanalysis for reanalysis

purposes. Use of Thermodynamics of LIM3 in 2011? with melting ponds? Dynamics (rheology + sea ice drag) in ¼ and 1/12°: rheology EVP at 1/12°

? Use of sea ice data delivered by MyOcean for validation.

2012 (target V2 MyOcean): Global 1/12° with LIM2_EVP or LIM3

Seasonal forecasts with atmospheric forcing from Meteo France? Sea ice reanalysis as a reference for recent years?

Thank you!!

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AntarcticArctic

Sea ice extent monthly anomalies

Pb with Initial ConditionsCorrelation: 0.8

GLORYS with LIM2_EVP

IFREMER/CERSAT

Recent advances – Initial conditions (for sea ice mass)

Mercator reanalysis GLORYS1V1 (no sea ice assimilation)Interannual variability 2002-2007

Pb with the seasonal cycle:too much sea ice in summer

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Control (model)Reconstructionfrom concentration

Example : Thickness=f(Ice Surf. Temperature)

Th

ick

nes

s

Reconstructionfrom temperature

Application to observation of temperature and concentration

Recent advances - Initial conditions (for sea ice mass) Get an initial sea ice mass already in equilibrium with the model.

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Arctic AntarcticSea ice extent monthly anomalies

No noticeable spin up

IFREMER/CERSAT

Global ¼° experiment

Recent advances - Initial conditions (for sea ice mass) Get an initial sea ice mass already in equilibrium with the model.

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Needs of accurate high resolution of sea ice data…

Tests with the global eddy-resolving model (1/12°).

1/12° resolution in Antarctica

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The model configurations

► 1 code : NEMO (LIM)

► 1 grid : all the configurations are on the same ORCA (tripolar) grid

► One single input dataset : initialization and forcing (ECMWF analysis and forecasts)

► Some of these configurations are shared with the scientific and operational community ORCA025: Drakkar and

Glorys Project, Barnier et al. UKMO, CMCC, EC, DFO, …

ORCA025 ¼°

1 point sur 12

ORCA12 1/12°ATL12 1/12°NEATL36 1/36°