mémoire - Centre National de Recherches Météorologiques

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Ces différents développements ont pu être testés sur quelques sites instrumentés (Douville et
al. 1995a, cf. chapitre 2.3.2), puis validés à l’échelle globale sans calibration particulière. Les résultats
se sont avérés globalement positifs malgré la simplicité de la paramétrisation proposée (Douville et al.
1995b). Cependant, le cas particulier du bilan d’énergie de la neige en présence de végétation restait
un problème épineux. Les observations montraient en effet que l’albédo d’une forêt fraîchement
enneigée n’excède guère 0.2 ou 0.3, contre une valeur de 0.8 à 0.9 pour une surface dépourvue de
végétation. Cet effet masque ne peut cependant être pris en compte simplement dans un modèle à un
seul bilan d’énergie. En effet, la diminution de l’albédo se traduit alors immédiatement par une fonte
prématurée du manteau neigeux. La solution proposée a consisté à répartir l’énergie absorbée en
surface entre réchauffement de la végétation et fonte de la neige. Cette répartition est très empirique
puisqu’elle repose sur une température diagnostique de la neige, définie comme une combinaison
linéaire de la température de surface (c’est à dire du couvert végétal en présence d’une forêt
relativement dense) et de la moyenne quotidienne de cette température (calculée classiquement selon
la méthode force-restore de Deardorff et plus représentative du sous-bois). Pour qu’il y ait fonte, il faut
alors que cette température diagnostique devienne positive, ce qui permet à la végétation de se
réchauffer et de restituer à l’atmosphère une part de l’énergie incidente sous forme de chaleur sensible
et de rayonnement infra-rouge. C’est seulement à cette condition que le schéma devient capable de
simuler grosso modo l’effet du couvert végétal sur la fonte observée sur un site forestier en
comparaison d’un site découvert soumis au même forçage atmosphérique.
Le problème de l’interaction neige-végétation (sur lequel nous reviendrons au chapitre 2.3.2)
est assez révélateur des difficultés rencontrées par les modélisateurs du climat, qui se voient parfois
critiqués pour la simplicité de leurs paramétrisations par des spécialistes dont les modèles sont en effet
beaucoup plus sophistiqués, mais qui oublient parfois qu’une maille de GCM représente non pas une
colonne de neige idéalisée mais une surface hétérogène recouverte de végétation et présentant un
relief plus ou moins marqué. Reconnaissons cependant que les paramétrisations du manteau neigeux
rencontrées dans de nombreux MCG sont aujourd’hui plus complexes que la version simplifiée du
schéma ISBA. Les profils d’énergie, de densité et d’eau liquide au sein du manteau neigeux sont bien
souvent décrits de manière explicite. La température de surface du manteau neigeux est parfois
distinguée de celle du reste de la maille, afin de calculer plus précisément le terme de fonte. Le schéma
ISBA utilisé à méso-échelle par l’équipe MC2 a suivi cette évolution avec le développement d’une
paramétrisation à 3 couches proposée par Boone et Etchevers (2001). Bien qu’elle soit plus physique
que le schéma simplifié de Douville et al. (1995a), cette paramétrisation n’est pas encore utilisée dans
les simulations Arpège-Climat, essentiellement pour des raisons techniques puisqu’elle nécessite
notamment de distinguer deux bilans d’énergie en surface dans le calcul de la diffusion verticale.
2.2.2. Paramétrisation de l’hydrologie sous-maille
Les schémas de surface ont d’abord été développés selon une approche verticale qui s’avère
insuffisante lorsqu’ils sont utilisés dans des modèles climatiques dont la résolution horizontale est
typiquement de 20 à 500 km. L’hypothèse d’une colonne de sol plane et homogène devient alors peu
réaliste et la partition des précipitations entre ET et ruissellement dépend fortement de la prise en
compte de divers processus hydrologiques se produisant à des échelles spatiales beaucoup plus fines.
Cette variabilité dite « sous-maille » est due à plusieurs sources, telles que la répartition des propriétés
du sol et de la végétation, de la topographie, ainsi que du forçage atmosphérique (Fig. 2.3). Lorsque
ces effets ne sont pas pris en compte, le bilan hydrique simulé dépend sensiblement de la résolution de
la grille de calcul (Boone et al. 2004). C’est pourquoi il m’a paru urgent de doter ISBA d’un jeu cohérent
de paramétrisations de l’hydrologie sous-maille et de réfléchir à la stratégie de validation de ces
développements (chapitre 3.2). Cette nouvelle version du modèle développée à l’occasion de la thèse
de B. Decharme sera notée ISBA-SGH 9 dans la suite de ce mémoire.
9 Sub-Grid Hydrology