IMPRESSION-ESM
Mieux représenter les processus physiques dans les modèles du Système Terre

Aperçu

Améliorer le cœur physique des modèles du Système Terre à partir des dernières avancées scientifiques.

Romain ROEHRIG (Météo-France)

Le projet ciblé IMPRESSION-ESM vise à améliorer la représentation de la physique du climat dans les deux modèles Modèles de Système Terrestre (ESMs) français, en travaillant sur les processus déjà traités dans ces modèles et en ajoutant ceux encore manquants, et à former la prochaine génération de professionnels du climat.

Le PC7 IMPRESION-ESM se focalise sur les processus essentiels à la physique du climat : la convection atmosphérique profonde, le rôle des hétérogénéités des surfaces continentales dans le cycle de l’eau et ses interactions avec l’atmosphère, les processus neigeux aux hautes latitudes et au-dessus des calottes polaires, les processus de mélange dans l’océan, la thermodynamique multiphasique et la rhéologie de la glace de mer, et enfin les interactions air-mer.

Afin de mieux comprendre le système climatique, accroître la confiance dans les projections du climat futur, et fournir des informations climatiques de haute qualité, les travaux de recherche fondamentale d’IMPRESSION-ESM impliquent plusieurs types d’activités :

• Le développement de modèles théoriques, numériques et informatique ;
• L’analyse de simulations numériques de référence, généralement à haute résolution, et d’observations ciblées ;
• L’exploration de techniques basées sur l’Intelligence Artificielle (IA).

Mots-clefs : processus physiques, paramétrisations, atmosphère, surfaces continentales, océan, glace de mer, neige, couplages

Les tâches

Nos recherches

Améliorer la représentation des orages et leurs interactions avec les cycles de l’eau et de l’énergie

Exploiter des simulations à fine résolution spatiale (typiquement 100 m) pour développer les modèles conceptuels à la base de la paramétrisation de la convection profonde, depuis son déclenchement via la phase de congestus jusqu’aux impacts radiatifs des enclumes et effets liés à l’organisation spatiale et temporelle des cellules convectives.

Davantage tenir compte des hétérogénéités des surfaces continentales pour la représentation du cycle de l’eau

Revisiter les algorithmes de couplage entre modèles d’atmosphère et de surface pour mieux prendre en compte les hétérogénéités du paysage, et introduire une représentation plus fine de la ressource en eau du sol et du sous-sol, notamment en lien avec les activités anthropiques.

Construire une représentation cohérente et performante des processus neigeux aux moyennes latitudes et sur les calottes polaires

Développer un modèle de neige de plus haute complexité, tenant compte à la fois des spécificités de la neige sur les continents et sur les calottes et capable d’intégrer les processus clefs gouvernant les couplages entre transfert radiatif, contenu en aérosols, structure microphysique de la neige et processus d’ablation tels que la fonte et l’érosion éolienne.

Améliorer la représentation des processus de mélange dans l’océan

Travailler sur la paramétrisation des effets des tourbillons de méso-échelle dans le cadre de l’approche innovante GEOMETRIC.

Revisiter les interactions entre le fluide océanique et la bathymétrie

Implémenter et évaluer des méthodes numériques avancées concernant la manière dont la condition à la limite au fond de l’océan est prise en compte dans la résolution des équations du fluide océanique.

Améliorer les processus thermodynamiques de la glace de mer

Reformuler la thermodynamique des glaces de mer, permettant la représentation des types de glace à forte fraction d’eau liquide et la prise en compte rigoureuse et cohérente des propriétés thermiques de leurs éléments fondamentaux (glace, eau salée, gaz).

Améliorer la représentation des processus de déformation et de fracture de la glace de mer

Implémenter deux nouvelles représentations de la déformation et des fractures de la banquise, les tester et les améliorer à l’aide des apports de la modélisation en éléments discrets.

Construire une représentation numériquement et physiquement cohérente et efficace du couplage océan-atmosphère

Introduire les effets de rafales à petites échelles sur les flux à l’interface océan-atmosphère et explorer l’apport d’approches numériques adaptées au couplage asynchrone des composantes atmosphérique et océanique utilisé dans les deux modèles de climat français, tout en les rendant efficaces.

Améliorer la représentation du continuum calotte-glace de mer-iceberg

Introduire les effets d’échouage des icebergs en eaux peu profondes ou sur les côtes, mieux représenter leurs interactions avec la glace de mer et les polynies, tout en accroissant l’efficacité informatique du module d’iceberg.