mémoire - Centre National de Recherches Météorologiques

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4.1.2. Nature du couplage avec l’atmosphère
Nous avons au chapitre 2.1 que la variabilité temporelle haute-fréquence des variables
continentales, notamment de la température de surface, ne permet pas de prescrire une climatologie
mensuelle à la limite inférieure des modèles atmosphériques à l’instar de ce qui est couramment utilisé
pour les conditions aux limites océaniques. Le mode couplé est donc un passage quasi-obligé pour
gérer les interactions continent-atmosphère de manière réaliste. La nature des interactions océanatmosphère
et continent-atmosphère est-elle pour autant fondamentalement différente ?
Pour répondre à cette question, il faut sans doute distinguer l’usage de la théorie. En pratique,
rien n’empêche de prescrire l’évolution des variables continentales dans un modèle atmosphérique.
Nous avons déjà évoqué le projet d’inter-comparaison GLACE au cours duquel de telles expériences
ont été réalisées. Le protocole expérimental initial (Koster et al. 2002) consistait à prescrire à chaque
pas de temps l’ensemble des variables de surface issues d’une simulation de référence. Peut-être à la
suite des remarques que j’avais formulées sur cet article, des expériences complémentaires ont été
proposées dans lesquelles seules les variables lentes sont prescrites. Je n’ai pas été surpris de
constater que ceux sont les résultats de ces dernières expériences qui ont été publiés (Koster et al.
2004). En effet, quel sens y’a t’il à prescrire des variables de surface telles que la température ou
l’humidité du sol superficiel qui sont intimement liées au forçage atmosphérique ? Cela revient à
calculer des flux de surface aberrants car on supprime alors la cohérence spatio-temporelle entre les
surfaces continentales et la couche limite atmosphérique (Douville 2003, Fig. 4.2). C’est pourquoi la
relaxation des variables hydrologiques « lentes » (humidité de sub-surface et/ou contenu équivalent en
eau du manteau neigeux) me paraît une meilleure solution pour contrôler les flux. C’est aussi la raison
pour laquelle le sol superficiel ne fait pas l’objet d’une analyse dans les modèles de prévision
numérique. A quoi bon initialiser des variables qui, après quelques pas de temps, s’ajusteront de toute
façon aux contraintes exercées par l’atmosphère ?
Notons au passage que les problèmes techniques liés au couplage continent-atmosphère ne
sont pas aussi spécifiques qu’il peut sembler de prime abord. Ainsi, les TSM montrent également une
variabilité haute-fréquence non négligeable, qui est généralement ignorée lorsqu’un modèle
atmosphérique est forcé avec des températures observées. Ce forçage prend généralement la forme de
moyennes mensuelles, mais en pratique il est possible d’appliquer un forçage hebdomadaire voire
quotidien (ce protocole a notamment été testé avec Arpège-Climat en collaboration avec F. Chauvin).
Une telle expérience n’a cependant pas plus de sens que de prescrire les fluctuations haute-fréquence
des variables continentales. Elle tend en effet à augmenter la variabilité des flux de surface de manière
irréaliste et ne permet pas de mieux reproduire la variabilité atmosphérique observée. Dans les MCG
couplés, les TSM sont en général calculées une fois par jour. Certains travaux récents visent
aujourd’hui à accroître la fréquence de couplage de manière à mieux représenter le cycle diurne de la
température dans la couche de mélange océanique. Les observations indiquent en effet que l’amplitude
de ce cycle peut atteindre en surface plusieurs dixièmes de degré sous les Tropiques (Clayson et
Weitlich 2007). Des tests de ce type sont notamment en cours d’analyse au LOCEAN et au CERFACS
et semblent révéler des impacts non négligeables, que ce soit sur la persistance des anomalies de TSM
dans l’Atlantique Nord ou sur la variabilité inter-annuelle du Pacifique Tropical. Ainsi, la progression des
moyens de calcul et de nos exigences quant à leur précision pourrait rapidement rendre caduque
l’approximation consistant à négliger le cycle diurne du couplage océan-atmosphère, à l’instar de ce qui
s’est passé quelques décennies auparavant en ce qui concerne le couplage continent-atmosphère.