Miss TERRE « Modélisation Intégrée du SyStème

TERRE »

Pascale Braconnot et Serge PlantonLEFE 27 mai 2009

Brest

Climat et perturbation anthropique : de nombreuses questions et de nombreux

interlocuteurs • Amplitude du réchauffement? • Principales rétroactions? • Incertitudes liées à la modélisation?• Risques de rupture? • Changement climatiques régionaux? • Variabilité et événements extrêmes? • Quels impacts?

IPCC2007, chap.1

Un projet sur 3 ans (septembre 2006 – septembre 2009)

Rassembler l’ensemble des actions de modélisation du climat (changement climatique) Fournir les simulations de référence et les versions de modèles qui permettent d’assurer la contribution de la communauté française au GIEC et, au-delà, des recherches dans le domaine de l’étude de la variabilité climatiqueRassembler l’expertise des modélisateurs (développement, analyse) pour comprendre le fonctionnement du système climatique, les échelles d’espace et de temps des différentes rétroactions, évaluer les résultats des modèles, et permettre une meilleure discussion des incertitudes attachées aux projections climatiques globales et régionales

Principaux axes développésa) assurer la valorisation de l’ensemble du travail effectué pour les

simulations du GIEC et à produire les simulations complémentaires permettant de mieux comprendre les principaux mécanismes et l’origine des différences entre les résultats de différents modèles

b) déterminer l’origine et si possible corriger les principaux biais des modèles

c) préparer la génération de modèles qui sera utilisée pour le prochain ensemble de simulations du GIEC en considérant à la fois l’introduction et l’amélioration de nouveaux couplages et l’amélioration des bases physiques de modèles d’océan et d’atmosphère.

d) Renforcer l’effort de physique commune entre le CNRM et l’IPSL

e) Préparer les nouveaux couplages, et avoir de modèles performants sur différentes machines et d’utilisation aisée pour les différents utilisateurs

Miss Terre : organigramme

Modélisation du système TerreNouveaux modèles

Couplages climat-cycles

ESCRIME

Etude des Scénarios ClimatiquesRéalisés par l’IPSL et Météo-France

ESCRIME

Etude des Scénarios ClimatiquesRéalisés par l’IPSL et Météo-France

Simulations de référence-pré-industriel-20ème siècle

-Projections 21ème siècle- paléoclimat

Régionalisation- Méthodologie

-Plusieurs régions d’intéret

Nouvelles paramétrisations-Physiques communes

-Autres modèles

Infrastructure- parallélisme

-Coupleur-Environnement de travail

Projets liés-FP7 ENSEMBLES-ANR Cycles-EU ou ANR ou LEFE des participants

-Récents : -Infra : IS-ENES-FP7 : Combine

Budget « consolidé » envoyé à LEFE

Budget effectivement utilisé au moment de la réponse

Des simulations de référence

2007 2008 2009Fin 2006Années du projet

Climat-carbone

Climat-land use-carbone

Climat-aérosols-chimie

Climat haute résolution

climat améliorée Tests climat

AR5 : climat-cyclesTests complexité climat -cycles

Nouvelle physique (atm, oce, cpl) Nouveau climat

AR5 : climat

Modèle génération suivant

Augmentation complexité (cycles)

Model OA actuelModel OA actuel amélioréModel OA nouveau

Tests aérosols

Fige physiquepour AR5

Fige cyclespour AR5

2007 2008 2009Fin 2006Années du projet

Climat-carbone

Climat-land use-carbone

Climat-aérosols-chimie

Climat haute résolution

climat améliorée Tests climat

AR5 : climat-cyclesTests complexité climat -cycles

Nouvelle physique (atm, oce, cpl) Nouveau climat

AR5 : climat

Modèle génération suivant

Augmentation complexité (cycles)

Model OA actuelModel OA actuel amélioréModel OA nouveau

Tests aérosols

Fige physiquepour AR5

Fige cyclespour AR5

A2 B1

Simulations CMIP3

Nouveaux modèles

Intégration climat-cycle

Plan de marche tenant compte des différentes contraintes

Les modèles en question

11

LAND ATMOSPHERE OCEAN & SEA ICE

11

LAND ATMOSPHERE OCEAN & SEA ICE

water & energy carbon cycle

CO2

carbon cycle

CO2

Aerosols & chemistry

chemistry

Aerosols & chemistry

chemistry

Modèle de l’IPSL LMDZ-ORCHIDEE-ORCA-LIM-PISCES- INCA-REPROBUS

Modèle du CNRM ARPEGE-Climat-ISBA-TRIP-ORCA- GELATO-MOBIDIC

Des analyses considérant à la fois nos résultats et l’ensemble multi-modèle CMIP3

IPCC AR4 chap.8

Ex: Sensibilité climatique et nuages

Ex: Précipitation continentales

Bony et al. 2006

Douville et al. 200

Régionalisation: études méthodologiques …Impact du couplage

ARPEGE-Climat-Med8 sur le changement de température d’hiver (Somot et al, 2008)

Changement de température simulé

par LMDz en version « two-way nesting »

(Li, 2009)

global

régional

… et mise à disposition de scénarios désagrégés

Régionalisation (la suite)

• Principales conclusions de l’atelier WCRP de Toulouse (février 2009): les bases du projet d’intercomparaison CORDEX

– Définition d’un cadre général de référence pour la communauté, suivant l’exemple de CMIP mais impliquant un effort plus limité afin d’assurer un résultat en particulier sous la contrainte du calendrier de l’AR5.

– La résolution standard initiale sera de 50 km pour renforcer la faisabilité des simulations et l’implication d’une communauté plus large.

– Focus initial sur un domaine couvrant l’ensemble de l’Afrique.– Simulations en première priorité: historique (1950-2005) – scénarios RCP4.5 et

RCP8.5 (2005-2100)– …

De nombreuses actions de valorisation autour des résultats des simulations AR4

• Plaquettes et synthèses ESCRIME (livre blancs + articles dans « La Météorologie »)

• Projet ONERC : mise à disposition des résultats des projections climatiques

• Projet IDDRI : indices pour industriels• …

De l’étude des forçages aux couplages climat-cycles biogéochimiques : ex climat-

carbone

IPCC AR4 chap.10

Climat-cycle du carboneProjet C4MIP

CO

2 A

tmpp

mTe

mpé

ratu

re °

C

EvaluationDu global au local

Ex :Echelle locale, tour de Flux(Harvard Forest )

Flux de carbone de la biosphère continentale

GtC

/m2 /y

r

données

IPSL_CM4

IPSL_CM2

Hadley

Friedlingstein et al. 2006

Analyse de l’amplification liée au cycle du carbone (gain)

Evaluation : renforcement du lien modèles-données

Vers l’intégration de l’utilisation des sols

P. Cadule

De l’étude de la THC au couplage avec les calottes

Prise en compte de la fonte des calottes(scénario 1%CO2/an)

A1BS-CTL surface temperature

-10 -5 0 5 10 15 20 25

°C

A1BS barotropic streamfunction

A1BS-CTL wind stress

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8

SvGuemas and Salas-Mélia (2008)

Swingedouw et al. 2006,2007

Lien entre la THC, le réchauffement et la glace de mer (scénario A1B stabilisé)

Variabilité climatique : ex ENSO Analyse multi-modèles ENSO et convection atmosphérique

Modèle IPSLRôle et évaluation du couplage thermique et dynamique entre l’océan et l’atmosphère

Diversité de réponsePas d’accord pour les projections en 2100 Guilyardi et al. 2006, 2009

Cas Eurocs_Cu: Nébulosité (AMA 2008)

LMD_AR4 LMD_NEW

ARP_AR4 ARP_NEW

LES

« Physique commune »: un cadre commun d’évaluation des paramétrisations physiques

« Physique commune » (la suite)

• Principales conclusions de la réunion MISSTERRE de Paris (mai 2009): les bases d’un projet sur le développement des paramétrisations physiques des modèles atmosphériques

– Prendre en compte le rôle clé des processus physiques (sensibilité, impacts, couplage, prévisibilité)

– Prendre en compte l’arrivée de nouveaux outils (LES, satellites) – Afficher le besoin de travail autour de la physique des modèles– Valoriser les investissements faits pour l’observation (satellites, sites, campagnes)– Poursuivre et étendre le projet de « Physique commune » (latitude polaire,

communauté processus, prévision numérique, modélisation régionale)– Maintenir et renforcer une dynamique nationale sur ces sujets– …

Le suite : simulations CMIP5-WGCM pour préparer le 5eme rapport du GIEC

Echelle de temps longues

Echelles de temps courtes

Ensembles d’intégrations de 10ans

initialisées en 1960, 1965, …

2005

AutresStratégies

D’initialisation

Ensembles d’intégrations de 30ans

initialisées en 1960, 1965, …

2005

CM3.3 ARPEGE-Climat v4-Nouvelle dynamique-Effet indirect aérosols-Volcans -Schéma linéaire ozoneISBA-Utilisation des sols-Conservation revue

IPSLCM4_v2

LMDZ4 144x143x19-Sulfates lus-Volcans-Cte solaireORCHIDEE-Biophysique-Utilisation des sols+ conservation couplages revue

Quoi de neuf pour les modèles utilisés?

2004-2006AR4

IPSLCM4

LMDZ3.3 96x71x19-Sulfates lusORCHIDEE- biophysiqueORCA2 (OPA9)LIM2

CM3.1 ARPEGE-ClimatISBA- biophysiqueOPA8GELATOTRIP

LOOP

IPSL_CM4 +

ORCHIDEE -carbonePISCES-Biogéochimie marine

2007-2008ENSEMBLES

2009-2010AR5

Vers CM5 ARPEGE-Climat v5 (physique en cours définition)SURFEX (surface externalisée)NEMO3 1°GELATOTRIP

+ CERFACS pour projection décennales

IPSLCM5LMDZ4 96x95x39 et 144x143x39-Version // -Aérosols prescrits par INCA (SO4, BC, POM, poussières, sels de mer)-Ozone prescrit par Reprobus-Transport CO2-ORCHIDEE1.9.4-Utilisation des sols + carbone-NEMO 2° tests physique en cours-LIM2+ quelques simulations aérosols interactifsIPSLCM6 : nouvelle physique atmosphérique

Etudes de sensibilité à la résolution Ex: modèle IPSL, tests systématiques résolution horizontale

Ex: modèle CNRM avec stratosphère « nudgée » ERA40

Performances et informatique

ParallélisationEffort important de réaliséBenchs sur différents calculateursQuestion gestion des I/O

Environnement de travail

Etre prêts par rapport à la diffusion données pour l’AR5

Activités demandant des liens forts avec les centres de calcul pour -Charge calcul sur le machines-stockage données-Installation logiciels spécifiques-Interconnexion des centres

Conclusion

• Projet structurant permettant, au-delà de l’étude du changement climatique, de croiser le comportement des modèles dans différentes configurations

• Echanges sur le développement, les biais et la gestion des simulations lourdes (IPCC)

• De plus en plus de processus fins pris en compte, augmentation de la complexité des couplages

• Réflexion sur l’évaluation : mieux bénéficier des études à différentes échelles d’espace et de temps

• Coordination indispensable pour les exercices IPCC (ESCRIME)

Conclusion des journées MISSTERRE des 12-13 mai 2009

• Besoin de garder un chapeau « Modélisation climat et changement climatique »• Préparation et soumission d’un projet dédié à la physique commune DEPHY• Démarrage des projections à échelle de temps courte sous MISSTERRE• AR5 : énorme mobilisation et quelques difficultés à anticiper (sous bannière

ESCRIME) – Gestion des nombreuses simulations – Gestion et diffusion des données– Evaluation (retour d’expertise, utilisation pour comprendre origine des biais, établir la

validité des résultats)– Analyse des différents scénarios climatiques – Lien avec les nombreux interlocuteurs

• Faire valoir les besoins spécifiques à cette activité de modélisation – Formation pour le développement des modèles et des couplages– Trop peu d’appel d’offre permettant de focaliser sur la compréhension système, l’ analyse

des rétroactions et leur évaluation / l’accroissement de l’offre pour des projets transdisciplinaires (ex: ANR CEP)

– Besoin de renforcer la réflexion sur les métriques et diagnostiques évolués, renforcer l’activité de détection/attribution

• Interface avec les utilisateurs : – Journée dédiée communauté « impact » (non réalisé en 2008). – Réflexion / service climatique