surfex
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SURFEXSURFEX
1. Genèse
2. Algorithme de Surfex
3. Interface avec l’atmosphère
4. Couplage avec l’atmosphère
Patrick Le Moigne, CNRM/GMME/MC2
GenèseGenèse
Développement d’un nouveau modèle atmosphérique AROME (depuis 2001) utilisant le chœur dynamique d’Aladin et la physique de Meso-NH, devant être opérationnel en 2008.
D’où la nécessité d’externaliser la surface de Meso-NH afin de la rendre disponible pour AROME.
Création de l’ensemble SURFEX (SURFace EXternalisée) capitalisant ainsi tous les travaux réalisés sur la surface au CNRM depuis de nombreuses années.
Chaque unité de surface est composite
Ftown Fnature Fsea Fwater
ftown fnature fsea fwater
Fsurface
F1
f1
Fnature
F2
f2
F12
f12…
Découpage de la végétation
4 tiles
Lake
Town
Sea / ocean
Soil and Vegetation
Prescribed temperature
TEB: Town Energy Balance (Masson 2000)
Prescribed temperature
ISBA: Interface Soil Biosphere Atmosphere (Noilhan-Planton 1989, Noilhan-Mahfouf 1996)
Modèles utilisés
Principe généralPrincipe général
Algorithme de SurfexAlgorithme de Surfex
Initialisation des champs physiographiques
Initialisation des variables prognostiques
Appel des paramétrisations physiques
Calcul de diagnostiques
Écritures dans les fichiers de sortie
Initialisation des champs physiographiques Algorithme de SurfexAlgorithme de Surfex
Climate map Land cover maps NDVI profiles
Texture: FAO
X j , f j
X j 1 , f j 1
Agrégation
Koeppe et de Lond 1958 1km: 16 classes
University of Maryland 1km: 15 classes
Corine land cover « 250m »: 44 cl.
215 écosystèmes
sur le globe
BASE DE DONNEES DES PARAMETRES DE SURFACE
Initialisation des variables pronostiques Algorithme de SurfexAlgorithme de Surfex
A partir de ECMWF, ARPEGE, ALADIN, MESONH, AROME, MOCAGE
Mer/océan:
SST
Lac:
température du lac
Nature:
profils de température
profil d’eau liquide et glace
contenu en eau du réservoir d’interception
caractéristiques du schéma de neige
Ville:
température des toits, routes et murs
réservoirs d’eau et de neige
Appel des paramétrisations physiques Algorithme de SurfexAlgorithme de Surfex
ISBA:Soil options: Force restore, 2 layers , temp, water, ice
Force restore, 3 layers , temp, water, iceDiffusion, N layers , temp, water, ice
Vegetation options:Noilhan and Planton 89 (~Jarvis)AGS (photsynthesis and CO2 exchanges)AGS and interactive vegetation
Hydrology options:no subgrid processsubgrid runoff, subgrid drainage
Snow options:Douville 95 (1 layer, varying albedo, varying density )Boone and Etchevers 2000 (3 layers, albedo, density, liquid water in snow pack)
TEB:Approche de type canyon: 1 toit, 1 route et 1 murLAC:Implémentation d’un modèle de lac: Flake (GMME/MC2)
MER/OCEAN:Développement d’un modèle 1d de CMO (GMME/MICADO)
Interface avec l’atmosphèreInterface avec l’atmosphère
1atmosphère
surface
interface
Normalisation des échanges entre l’atmosphère et la surface:
ALMA (Assistance for Land-Surface Modelling Activities)
ALMA dans SURFEXALMA dans SURFEXhttp://www.lmd.jussieu.fr/~polcher/ALMA/convention_2.htmlhttp://www.lmd.jussieu.fr/~polcher/ALMA/convention_2.html
Le forçage atmosphérique
LacVilleMerNature
Méso-NH AROME Arpège / Aladin
SURFACE
Quantités échangées à chaque pas de temps du modèle entre la surface et l’atmosphère:
Forçage atmosphérique flux radiatifs coefficients A et B pour les variables d’état
albédo spectral direct albédo spectral diffus émissivité température radiative
flux de quantité de mvt flux de chaleur flux de vapeur d'eau flux de CO2 flux chimiques
Ces quantités servent de conditions à la limite pour le schéma de rayonnement et la turbulence.
Principe de l’interfacePrincipe de l’interface
atmosphère
coupling_surf_atmn
coupling_naturencoupling_sean coupling_townncoupling_inland_watern
Flux radiatifsPosition du soleilForçage atm.pluie, neige coef. A et B
Albedo, Emissivité,Température radiative
Flux de quantité de mvtFlux de chaleurFlux de vapeur d’eauFlux de CO2Flux chimiques
Physique: lacs Physique: mer Physique: nature Physique: ville
coupling_surf_atmn
Distribution sur les tilesDistribution sur les tiles
coupling_naturen
coupling_sean
coupling_townn
coupling_inland_watern
Traitement:
tiles
Couplage avec l’atmosphèreCouplage avec l’atmosphère
♦ lors d’un couplage explicite, les conditions atmosphériques anciennes servent pour calculer les nouvelles variables de surface: l’hypothèse étant une faible variation du forçage atmosphérique dans le pas de temps
=> bien adapté aux courts pas de temps
♦ lors d’un couplage implicite, les conditions atmosphériques nouvelles servent pour calculer les nouvelles variables de surface:
=> pas de temps plus longs => schéma plus stable
RADIATION
TURBULENCE
CONVECTION
SURFACE
MICRO PHYSICS
AROME
ADJUSTMENT
TURBULENCE 2
TURBULENCE 1
SURFACE
ARPEGE / ALADIN
A and B coefficients for T, q, u and v
SURFEX
T, q, u, v, P, Sw, Lw, rain, snow
Momentum, Heat, Water vapour fluxesalbedo, emissivity and radiative temperature
Appel de la surface dans le Appel de la surface dans le modèle atmosphériquemodèle atmosphérique
Couplage explicite Couplage implicite
Couplage avec l’atmosphèreCouplage avec l’atmosphère
FX,i
FX,i-1
Xi
δi
Xi+1
Diffusion verticale turbulente
&
Xi : variable d’état u,v,θ,q
FX,i : flux de X entre les niveaux i et i+1
Xi-1
Δi
Expression du flux
Système tridiagonal
N
1
N-1
atm
osph
ere
surf
ace
Neuman closure
Surface Tsfluxes for momentum, heat, water vapour
Solve vertical profiles of atmospheric quantities
N
1I
II
III
Diffusion verticale et fermeture de Neuman
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