mémoire - Centre National de Recherches Météorologiques

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30 Fig. 2.9: Anomalies mensuelles d’humidité du sol dans la zone racinaire (kg/m²) et d’évapo-transpiration (mm/j) moyennées sur l’Afrique sub-Saharienne (en haut) et sur l’Inde (en bas) sur la période 1986-1995. Comparaison de la simulation GSWP obtenue avec la version standard du schéma ISBA (en bleu clair) au multi-modèles GSWP (en bleu foncé) et à la ré-analyse ERA40 (en magenta). De l’autre côté de la Manche (UK) et de l’Atlantique (USA), les efforts ont surtout porté sur l’analyse des précipitations, rendant possible une analyse « off-line » de l’HS. Le principe est de forcer le schéma de surface par une analyse atmosphérique aussi réaliste que possible, avant de réinjecter les contenus en eau ainsi obtenus dans le modèle de prévision. Dans un premier temps, cette technique ne corrige pas les biais systématiques du schéma et une analyse multi-modèles peut être envisagée pour limiter ce problème (Rodell et al. 2004). Dans une seconde étape, les simulations forcées permettront d’assimiler des mesures satellitaires d’humidité superficielle à moindre coût et ainsi de produire des analyses d’humidité du sol profond sans avoir recours à des observations in situ (Calvet et al. 1998, Muñoz-Sabater et al. 2007). La technique d’analyse « off-line » est également mise en oeuvre à Météo-France sur le territoire métropolitain. L’analyse atmosphérique Safran à 8km permet en effet de bénéficier d’un forçage météorologique de bonne qualité et d’une analyse de précipitations basées sur de nombreuses mesures in situ qui seront prochainement complétées par des observations radar. Le système, connu sous le nom de SIM 32 , permet non seulement le suivi de l’HS, mais également la simulation des débits grâce au modèle d’écoulement Modcou. Il permettra à terme d’initialiser les champs de surface du modèle de prévision non hydrostatique AROME. Il contribue d’ors et déjà au système de prévision des crues mis en place par le SCHAPI 33 . 32 Safran-ISBA-Modcou 33 Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations, http://www.vigicrues.ecologie.gouv.fr
2.4. Bilan et perspectives 31 Les schémas de surface ont d’abord été développés pour résoudre les équations de diffusion de la chaleur et de conduction de l’eau au sein d’une colonne idéalisée de sol dont les hétérogénéités horizontales étaient ignorées. L’influence de la végétation sur le bilan d’énergie et le bilan d’eau a fait l’objet de nombreux développements, nécessitant une description de plus en plus fine des paramètres du couvert végétal voire la mise en œuvre d’une végétation interactive aux échelles de temps les plus longues. Aux hautes latitudes et en altitude, des développements supplémentaires ont été nécessaires pour rendre compte du caractère original et changeant des propriétés physiques du manteau neigeux, ainsi que des changements de phase en surface et dans le sol, avec une incidence possible sur la conductivité hydraulique. Outre le sol et la neige, d’autres réservoirs continentaux commencent à voir le jours dans les modèles climatiques. Il s’agit notamment des zones inondées (Decharme et al . 2008) et des aquifères (Niu et al. 2007) dont l’importance reste difficile à quantifier à l’échelle globale. Une modélisation du pergélisol (Nicolsky et al. 2007), mais aussi des glaciers et des calottes polaires, devient également essentielle dès que l’objectif des simulations est d’étudier des climats relativement lointains de la période actuelle. Considérant le cas particulier du modèle ISBA, les travaux importants réalisés au sein de l’équipe MC2 ont permis d’étoffer le schéma initial proposé par Noilhan et Planton (1989). Les principaux développements ont concerné l’eau sous forme solide et le couplage de la transpiration à la photosynthèse. L’équipe UDC à laquelle j’appartiens n’a pas pour principale vocation de développer des paramétrisations, mais elle est intervenue à différentes reprises soit pour palier une insuffisance passagère du schéma (développement d’une paramétrisation simplifiée du manteau neigeux dans le cadre de ma thèse), soit pour s’attaquer à des questions plus spécifiques de la grande échelle (développement d’une hydrologie sous-maille dans le cadre de la thèse de B. Decharme). Le dialogue qui s’est ainsi progressivement mis en place entre les deux groupes est l’un des points forts du CNRM. La plupart des développements mis en œuvre à grande échelle ont préalablement été testés à petite échelle. Réciproquement, certaines paramétrisations pensées pour la grande échelle peuvent aussi s’avérer bénéfiques pour des utilisations à plus fine échelle. Il est cependant important d’élargir le cercle des collaborations au delà des murs du CNRM. Un rapprochement avec l’IPSL est notamment essentiel pour combler notre retard sur la partie lente du cycle du carbone. Par ailleurs, les discussions avec les hydrologues de terrain (G.M. Saulnier ou P. Kosuth par exemple) ou les spécialistes de la télédétection (A. Cazenave, C. Prigent, F. Aires, ou N. Mognard par exemple) sont toujours instructives et cruciales pour évaluer le modèle ou susciter de nouveaux développements. La résolution horizontale limitée des modèles de climat justifiera, pendant encore de nombreuses années, de rendre compte de la variabilité sous-maille des processus hydrologiques. A terme, l’utilisation d’une grille plus fine pour les calculs de surface imposant des interpolations à chaque pas de temps est une solution techniquement simple, mais dont le rapport efficacité sur coût reste discutable. Il existe en effet une certaine invariance d’échelle dans la répartition des pluies, comme dans celle du relief ou de la végétation. Ainsi, il est sans doute plus efficace de subdiviser la maille en sous-régions de taille variable mais homogènes du point de vue de ces paramètres, plutôt qu’en pavés réguliers mais dont les hétérogénéités ne seront que partiellement réduites par rapport à celles de la maille initiale. Notons ainsi que la version ISBA-SGH proposée par Decharme et Douville (2006a) permet de produire à 1° des débits plus réalistes que la version de base à 8 km sur les principaux affluents du Rhône. Elle peut cependant encore être affinée. Les sources de variabilité sous-maille y sont en effet croisées de manière indépendante. Ainsi, qu’elles soient réparties sur l’ensemble de la maille ou concentrées sur une fraction μ, les précipitations produisent par exemple la même quantité de ruissellement sur surface saturée. Tenir compte de l’influence de la topographie sur la répartition sousmaille de la végétation et du forçage atmosphérique permettrait d’obtenir une réponse moins linéaire et certainement plus physique.
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certains problèmes (dérive, rétr
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