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.

Responsable :
Romain ROEHRIG (Météo-France – CNRM)

Co-responsables :
Martin VANCOPPENOLLE (CNRS – LOCEAN-IPSL)
Nicolas JOURDAIN (CNRS – IGE)

Le projet IMPRESSION-ESM (PC7) vise à améliorer la représentation des processus physiques climatiques dans les deux modèles du système terrestre (ESM) français, à savoir le CNRM-ESM et l’IPSL-ESM, en affinant les processus existants au sein de ces modèles et en y intégrant ceux qui font encore défaut.

IMPRESSION-ESM se concentre sur les processus clés essentiels à la physique du climat terrestre, notamment la convection atmosphérique profonde, le rôle des hétérogénéités de la surface terrestre dans le cycle de l’eau et leurs interactions avec l’atmosphère, les processus liés à la neige aux hautes latitudes et au-dessus des calottes glaciaires, les processus de mélange océanique, la thermodynamique multiphase et la rhéologie de la glace de mer, et enfin, les interactions air-mer.

Afin d’améliorer notre compréhension du système climatique, de renforcer la fiabilité des projections climatiques futures et de fournir des informations climatiques de haute qualité, les activités de recherche fondamentale d’IMPRESSION-ESM s’articulent autour de plusieurs axes clés :

●    Le développement de modèles théoriques, numériques et de calcul ;

●    L’analyse de simulations numériques de référence, généralement à haute résolution, associées à des observations ciblées et actualisées ;

●    L’exploration de techniques basées sur l’intelligence artificielle (IA).

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

Objectifs

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.