variabilité interannuelle et tendances. Comparaison aux ... - LMD

14 CHAPITRE 2. LES BASES THÉORIQUES ET LES OUTILS INFORMATIQUES
2.1.1 La dynamique
La partie dynamique du modèle traite les équations de conservation dans l’atmosphère à
l’échelle macroscopique (Holton, 1992). L’évolution au cours du temps de l’ensemble des variables
atmosphériques est calculée à partir du système d’équation primitive formé par les équations
régissant le mouvement d’un fluide en rotation :
– l’équation de conservation de la masse du fluide,
– l’équation de conservation de l’humidité,
– l’équation de conservation de l’énergie
– l’équation d’état de l’air,
– les équations du mouvement. Ces équations sont dérivées de la loi fondamentale de la
dynamique pour un fluide visqueux dans un repère tournant avec la Terre.
Ce système d’équation est simplifié par un ensemble d’approximations, dû aux spécificités
de l’atmosphère terrestre. L’équation d’état est représentée par la loi des gaz parfait. L’approximation
hydrostatique est appliquée en raison du faible rapport entre les vitesses verticales et
horizontales. L’épaisseur de l’atmosphère considérée (∼ 10 km) est faible devant le rayon de la
Terre (∼ 6370 km) : l’approximation de la couche mince peut être appliquée, ce qui élimine la
dépendance de certains paramètres à la dimension verticale.
2.1.2 La physique
La distinction entre la composante "physique" d’un MCG et sa composante "dynamique" qui
exprime évidemment des lois physiques est basée sur des considérations historiques (Peixoto and
Oort, 1992). Les premiers MCG ont été en effet dérivés de modèles numériques de prévision qui
résolvaient principalement la "dynamique". Les études du climat avec les MCG ont montré la
nécessité de prendre en compte de nombreux autres processus physiques, qui ne sont pas résolus
dans la dynamique. Ils constituent les termes sources des équations de conservation, les processus
radiatifs, les processus liés au cycle de l’eau, les processus de transfert turbulent et les processus
de dissipation. En général, leurs échelles spatiales sont bien inférieures à l’échelle résolue
explicitement par le MCG, celle-ci étant limitée par la puissance des calculateurs qui réalisent
les intégrations numériques. Ces processus ne sont pas résolus explicitement mais paramétrés.
LMDZ inclue aujourd’hui un jeu de paramétrisations physiques qui a connu des évolutions successives
au cours du temps :
– le transfert radiatif. Il implique les rayonnements solaire et terrestre, tenant compte de la
diffusion et l’absorption de l’air. Sont inclus : l’influence de l’albédo du sol, des nuages,
de la vapeur d’eau, du CO 2 , de l’ozone,
– les processus de surface et de couche limite. Ils décrivent les interactions entre le sol et l’atmosphère
tels que la couverture végétale du sol, sa rugosité, son humidité qui influencent
les échanges de chaleur sensible et latente ainsi que les échanges de quantité de mouvement
entre le sol et l’atmosphère,