Ateliers de Modélisation de l'Atmosphère 2013

Modélisation des surfaces continentales &
Variabilité et prévisibilité intrasaisonnières


  Modélisation du transport de la neige par le vent dans les Andes semi-arides du Chili : implications glaciologiques et hydrologiques
Simon Gascoin, Stefaan Lhermitte, Christophe Kinnard
Dans les Andes semi-arides (Chili, Argentine) la fonte du manteau neigeux est la première ressource en eau. Les glaciers sont petits mais contribuent à soutenir le débit d'étiage durant les années sèches.
  Boreal snow cover variations induced by aerosol emissions in the middle of the 21st century
Ménégoz, M., Krinner, G., Balkanski, Y., Cozic, A., Boucher, O., Ciais, P.
We used a coupled climate-chemistry model to quantify the impacts of aerosols on snow cover both for the present-day and for the middle of the 21st century. Black carbon (BC) deposition over continents induces a reduction in the Mean Number of Days With Snow at the Surface (MNDWS) that ranges from 0 to 10 days over large areas of Eurasia and Northern America for the present-day relative to the pre-industrial period. This is mainly due to BC deposition during the spring, a period of the year when the remaining of snow accumulated during the winter is exposed to both strong solar radiation and large amount of aerosol deposition induced themselves by a high level of transport of particles from polluted areas. North of 30°N, this deposition flux represents 222 Gg BC month-1 on average from April to June in our simulation. A large reduction in BC emissions is expected in the future in the Radiative Concentration Pathway (RCP) scenarios. Considering this scenario in our simulation leads to a decrease in the spring BC deposition down to 110 Gg month-1 in the 2050s in the RCP8.5 scenario. However, despite the reduction of the aerosol impact on snow, the MNDWS is strongly reduced by 2050, with a decrease ranging from 10 to 100 days from pre-industrial values over large parts of the Northern Hemisphere. This reduction is essentially due to temperature increase, which is quite strong in the RCP8.5 scenario in the absence of climate mitigation policies. Moreover, the projected sea-ice retreat in the next decades will open new routes for shipping in the Arctic. However, a large increase in shipping emissions in the Arctic by the mid 21st century does not lead to significant changes of BC deposition over snow-covered areas in our simulation. Therefore, the MNDWS is clearly not affected through snow darkening effects associated to these Arctic ship emissions. In an experiment without nudging toward atmospheric reanalyses, we simulated however some changes of the MNDWS considering such aerosol ship emissions. These changes are generally not statistically significant in boreal continents, except in the Quebec and in the West Siberian plains, where they range between -5 and -10 days. They are induced both by radiative forcings of the aerosols when they are in the atmosphere, and by all the atmospheric feedbacks. Climate change by the mid 21st century could also cause biomass burning activity (forest fires) to become more intense and occur earlier in the season. In an idealized scenario in which forest fires are 50% stronger and occur 2 weeks earlier than at present, we simulated an increase in spring BC deposition of 21 Gg BC month-1 over continents located north of 30°N. This BC deposition does not impact directly the snow cover through snow darkening effects. However, in an experiment considering all the aerosol forcings and atmospheric feedbacks, enhanced fire activity induces a significant decrease of the MNDWS reaching a dozen of days in Quebec and in Eastern Siberia.
  Soil moisture-temperature feedbacks at meso-scale during heat waves over Western Europe
Marc Stéfanon(1), Philippe Drobinski(2), Fabio D'Andrea(2), Cindy Lebeaupin-Brossier(3), Sophie Bastin(4) (1) Ecologie, Systématique et Evolution, CNRS and Université Paris Sud, Orsay, France (2) Institut Pierre Simon Laplace/Laboratoire de Météorologie Dynamique, CNRS and École Polytechnique, Palaiseau, France (3) CNRM-GAME, Météo-France and CNRS, Toulouse, France (4) Institut Pierre Simon Laplace/Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales, CNRS and Université Versailles Saint Quentin, Guyancourt, France
Heat waves and droughts are intrinsically linked through the strong coupling within the Earth's energy and water cycle, and the several mechanisms that compose them. At the mesoscale land-surface details are believed to strongly modify the influence of soil moisture on temperature, cloudiness and precipitations.
  Effects of interactive vegetation phenology on the 2003 summer
Marc Stéfanon, Philippe Drobinski, Fabio D'Andrea et Nathalie de
We investigate the impact of accounting for interactive plant phenology on the simulation of the June and August 2003 European heat waves. A sensitivity analysis is conducted here by using the WRF atmospheric model and the ORCHIDEE land-surface model over France with (1) a prescribed vegetation corresponding to year 2002 and (2) a dynamical vegetation model which leaves the vegetation freely evolving. It has been found that, accounting for the phenology dynamics has opposite effects on both events, it damps the temperature anomaly in June, while it amplifies the temperature anomaly in August.The evolution of leaf area index in the two simulations reveals the early and fast development of agricultural vegetation in the simulation with freely evolving vegetation. The vegetation also decays earlier in 2003 than during normal years. This behavior has two consequences. In June, the larger foliage development, caused by higher springtime insolation, contributes to enhanced evapotranspiration and therefore land surface cooling which limit the temperature anomaly during the heat wave. This effect is not as visible in mountainous regions where the presence of forest and the absence of agriculture do not lead to the same modulation of the local water cycle. In August, the early leave fall and the critical soil moisture stress contribute to largely suppress evapotranspiration and to enhance sensible heat flux thus amplifying the temperature anomaly. The modulation of the temperature anomaly caused by the effect of interactive vegetation phenology can reach 1.5°C for an average total anomaly of about 8°C (i.e. 20%).
  Variables bioclimatiques continentales simulées et observées par télédétection sur la région Euro-Méditerranéenne.
Szczypta, C., Lafont, S., Calvet, J.-C., Carrer, D., Maignan, F., Dorigo, W.
Le climat du bassin méditerranéen est caractérisé par un fort impact du déficit hydrique sur la croissance de la végétation. Dans ces régions fréquemment affectées par les sécheresses, l'humidité des sols est un facteur essentiel des processus hydrologiques et de la croissance de la végétation. Des études climatiques récentes ont montré qu'il est probable que le changement climatique accroîtra encore l'impact des sécheresses et la pression sur les ressources en eau. Le bassin méditerranéen peut donc être qualifié de « hot spot » du changement climatique. Dans ce contexte, il est important de construire des synergies entre les systèmes d'observation satellitaire et in situ des surfaces continentales et les plateformes de modélisation. En lien avec le programme international HyMEX (Hydrological cycle in the Mediterranean Experiment), une climatologie des variables biogeophysiques (humidité du sol, indice foliaire de la végétation ou LAI - Leaf Area Index -) a été construite sur la période 1991-2008, sur une zone couvrant l'Europe, le Moyen-Orient et l'Afrique du Nord. Pour cela, des simulations du modèle du système sol-plante ISBA-A-gs ont été réalisées. ISBA-A-gs a été piloté par les variables atmosphériques de surface de la réanalyse ERA-Interim du CEPMMT. Pour limiter les erreurs sur les simulations du modèle ISBA-A-gs, causées par la sous-estimation des précipitations ERA-Interim, un débiaisage préalable de ces données a été proposé à l'échelle de l'Europe et du bassin méditerranéen sur une base mensuelle à partir des précipitations du GPCC. Les simulations d'humidité du sol et du LAI ont été comparées aux données in situ et satellitaires disponibles durant la période 1991-2008 sur l'Europe et le bassin méditerranéen, ainsi qu'au modèle ORCHIDEE de l'IPSL. Un bon accord est observé entre (1) l'humidité superficielle du sol simulée par ISBA-A6gs et tirée des observations satellitaires micro-ondes par le projet ESA-CCI Soil Moisture, et (2) la variabilité interannuelle du LAI simulé et le LAI produit par le projet GEOLAND2. Les variations interannuelles de l'humidité du sol et du LAI sont corrélées lors de périodes clés, mais sur des zones plus étendues avec le modèle qu'avec les observations satellitaires.
  Downscaling West African climate: uncertainties, sensitivity to the model physics and regional variability
Benjamin Pohl, Johanna Ramarohetra, Benjamin Sultan, Arona Diedhiou, Gaëlle de Coëtlogon, Serge Janicot, Nadège Martiny, Alice Favre and Bernard Fontaine
We present here a set of regional climate simulations, complementary to the CORDEX-Africa modeling exercice, performed over West Africa during the 1989-2010 period using the non-hydrostatic model WRF. Lateral and SST forcings are provided by ERA-Interim reanalyses. The regional domain [45W 45E 10S 30N] encompasses West Africa and the nearby Atlantic Ocean and Gulf of Guinea. The grid resolution is moderate (80km, with 28 levels on the vertical) in order to reduce computational costs and multiply sensitivity experiments. A first set of fifteen 20-year long simulations addresses the influence of the model physics (convective, radiative and land surface schemes). A second set of simulations consists in perturbing the atmosphere initial conditions in order to obtain a fifteen-member ensemble experiment, allowing us to disentangle the reproducible (i.e. forced) and irreproducible (i.e. chaotic) components of the regional atmosphere variability. The respective weight of the model internal variability and the influence of its physical package will then be quantified. Eventually, two-way nested simulations during given years of interest will explicitly resolve atmospheric convection over the Niamey mesoscale site and its surroundings, enabling us to explore the simulation of meso-scale convective systems and their coupling with the surface. Although all sets of simulations are not completed yet, this presentation offers the opportunity to present the first results, rank uncertainties in the regional climate simulations, and document the capability of the WRF model in simulating the West African climate and its natural variability.
  Impact des batiments sur la formation du brouillard
T. Bergot
Le but de cette étude est d'étudier a tres fine échelle (1m) l'impact des batiments de l'aéroport de Roissy - Charles de Gaulle sur la formation du brouillard.
  Suivi de l'évapotranspiration et des flux énergétiques d'une surface agricole à partir des données satellitaires Landsat-7 ETM+ et d'un modèle spatialisé
MEHOR Mekki, HAMIMED Abderrahmane, BENSLIMANE Mohamed, KHALDI Abdelkader
Le suivi des transferts de masse et d'énergie au niveau d'une surface est prépondérant pour la gestion des ressources hydriques et végétales. Il est également nécessaire à la bonne compréhension des systèmes hydrologiques et climatiques, ainsi qu'au suivi et à la prévision de leurs évolutions. La télédétection est un outil privilégié pour la réalisation de ce suivi, car elle fournit des informations liées aux transferts de masse et d'énergie, et en particulier aux processus d'évapotranspiration. L'évapotranspiration est l'un des phénomènes fondamentaux contrôlant l'équilibre de notre planète. Elle constitue le lien entre l'équilibre hydrique et énergétique à l'interface sol-plante-atmosphère. Sa connaissance est indispensable pour les études climatiques et agrométéorologiques. L'objectif de notre travail est l'utilisation des données multispectrales du capteur Landsat-7 ETM+ pour l'estimation des flux énergétiques de surface à partir de la résolution de l'équation du bilan d'énergie par le modèle SEBAL. Ce modèle est alimenté principalement par les données de télédétection qui sont l'albédo, l'indice de végétation et la température de surface. Il permet d'estimer les termes du bilan énergétique, à savoir le rayonnement net, le flux de chaleur dans le sol, le flux de chaleur sensible. Le flux de chaleur latente, qui représente l'équivalent énergétique de l'évapotranspiration, est obtenu comme le terme résiduel de l'équation du bilan d'énergie. Différents indices d'humidité, dérivés de l'évapotranspiration, peuvent être calculés : la fraction d'évaporation, le paramètre de Priestley-Taylor et la résistance de surface à l'évaporation. Ces indices calculés autorisent le diagnostic quantitatif de l'état hydrique du pixel. Le site pilote choisi correspond à une région dans la plaine agricole de la Habra dans l'ouest algérien. Il s'étend sur une superficie de 364 Km2. Le jeu de données utilisé est constitué de quatre images du capteur ETM+, acquise durant l'année 2002, et des mesures agrométéorologiques de terrain. Les résultats obtenus confirment les possibilités offertes par les données de télédétection à haute résolution spatiale, telles que ETM+ de Landsat ou Aster, pour résoudre l'équation du bilan d'énergie, évaluer le degré de stress hydrique et bien différencier les parcelles soumises à différentes conditions d'eau. Cependant, les estimations de l'évapotranspiration et des flux énergétiques de surface ne peuvent être considérés comme très précises par rapport aux mesures de terrain. Une comparaison entre les valeurs du flux de chaleur latente estimées à partir de l'image par SEBAL et celles estimées au sol par le rapport de Bowen montre un écart significatif, avec une RSME de 42 W.m-2 et un coefficient de corrélation de 0,70. Cet écart peut être expliqué par les imprécisions des variables intermédiaires utilisées par le modèle METRIC, tels que l'émissivité de surface, le flux de chaleur dans le sol, les longueurs de rugosité, etc. Malgré ces imprécisions, l'approche utilisée apparaît assez indiqué pour une réelle exploitation des données satellitaires pour l'estimation d'un certain nombre de paramètres à l'interface sol-plante-atmosphère. Ces paramètres ont l'avantage d'être spatialisés et d'offrir une couverture spatio-temporelle plus satisfaisante que les données ponctuelles mesurées opérationnellement. Ils posent par contre le problème d'être indirectes et nécessitent d'avoir recours à des modélisations du transfert radiatif au sein de l'atmosphère et au niveau de la surface pour leur interprétation en termes de variables physiques.
  Un nouveau schéma optique pour le modèle de neige Crocus
Quentin Libois (1) Marie Dumont (2) Ghislain Picard (1) Laurent Arnaud (1) Samuel Morin (2) Matthieu Lafaysse (2) Carlo Carmagnola (2) (1)Météo France CRNS, CNRM GAME URA 1357, CEN, Grenoble, France(2)Université Joseph Fourier CNRS, LGGE UMR 5183, Grenoble, France
Le modèle de neige détaillé Crocus (CNRM-GAME, Vionnet et al., 2012) est maintenant intégré au sein du schéma de surface SURFEX. Ce modèle simule l'évolution d'un manteau neigeux multicouche en fonction des variables météorologiques d'entrée. Ce modèle inclut un schéma optique pour l'absorption du rayonnement solaire par chaque couche de neige et pour le calcul de l'albédo de surface. Ces grandeurs sont actuellement calculées sur trois bandes spectrales. Dans ce travail, nous présentons un nouveau schéma optique pour Crocus possédant de nombreuses améliorations par rapport à l'ancien schéma, entre autres, une résolution spectrale à 10 nm, une prise en compte explicite des impuretés et de l'angle zénithal solaire ainsi qu'un calcul radiatif prenant en compte l'intégralité de la stratification du manteau neigeux. Ce schéma est tout d'abord évalué grâce à un modèle de transfert radiatif complet pour la neige et pour l'atmosphère. Par la suite, les deux schémas optiques sont comparés en terme d' albédo et d'énergie absorbée par chaque couche du manteau neigeux. La stratégie de validation par des mesures terrain est également décrite. Ce travail nous laisse donc entrevoir le potentiel de ce nouveau schéma pour l'amélioration des simulations du manteau neigeux ainsi que pour l'assimilation de réflectances satellitaires.
  Le schéma de neige Crocus dans SURFEX : aperçu des principaux usages et développements en cours ou prévus
S. Morin1, M. Lafaysse1, E. Brun2 1. Météo-France CNRS, CNRM-GAME, CEN, Grenoble. 2. Météo-France CNRS, CNRM-GAME, Toulouse.
Le modèle détaillé de manteau neigeux Crocus a été implémenté récemment dans le modèle de surface continentale ISBA au sein de SURFEX (Vionnet et al., 2012). Il vient compléter la panoplie unique au monde de schémas de neige de complexité variable incorporés dans ISBA, rejoignant ainsi deux modèles monocouches (D95 et EBA) et le modèle de complexité intermédiaire ISBA-ES. Après une brève présentation des principes et particularités de Crocus, en particulier sa gestion interactive et lagrangienne des couches de neige et sa description du métamorphisme de la neige, cette contribution a pour objectif de donner un aperçu de la vitalité scientifique de ce modèle à vocation communautaire et en particulier des nouvelles applications autorisées par son intégration à SURFEX. Le modèle Crocus au sein de la chaîne de simulation numérique opérationnelle SAFRAN Crocus MEPRA (SCM) utilisée pour la prévision du risque d'avalanches (PRA) dans les Alpes, les Pyrénées et la Corse, sera remplacé à courte échéance par SURFEX/ISBA-Crocus. Les premières évaluations font état de performances comparables entre les deux chaînes. La meilleure prise en compte des échanges thermiques à l'interface sol-neige permet dans certaines situations de début de saison d'améliorer la stratigraphie simulée du manteau neigeux. Elle permet également d'envisager l'extension de cette chaîne à des massifs d'altitude plus modeste (Vosges, Jura, Massif Central), où le manteau neigeux parfois intermittent est davantage influencé par les flux d'énergie entre le sol et neige. Pour les mêmes raisons, l'application de SURFEX/ISBA-Crocus aux zones de plaine devient également envisageable et pourrait permettre par exemple une estimation en temps réel de l'équivalent en eau du manteau neigeux en place (enjeux hydrologiques, résistance du toit des bâtiments). L'utilisation de SURFEX/ISBA-Crocus est également à l'étude pour un système émergent de PRA en Norvège. Plus généralement, SURFEX/ISBA-Crocus est utilisé dans les Alpes et en régions polaires, à l'échelle locale (ponctuelle) comme à l'échelle continentale, en tant qu'outil d'investigation des processus physiques dans le manteau neigeux (notamment évolution de la masse volumique, de la surface spécifique, et de la perméabilité de la neige), des interactions physiques neige/sol, des processus responsables de l'évolution des bilans de masses des glaciers et des calottes polaires. Le couplage de Crocus avec le schéma de sol ISBA-DIF permet également de simuler explicitement le devenir des écoulements liés à la fonte nivale ou glaciaire (ruissellement, infiltration, etc.), et en conséquence d'étudier le fonctionnement de bassins versants partiellement englacés en régions tempérées ou tropicales. Par ailleurs, le couplage de SURFEX/ISBA-Crocus avec les modèles atmosphériques permet la simulation des interactions neige/atmosphère pour l'étude du transport de neige par le vent en zones de relief (couplage avec Méso-NH) ou du bilan d'énergie de surface (couplage avec AROME Dome C, Antarctique). Outre les perspectives de développement internes à Crocus (évolution de la représentation du métamorphisme des grains ; modernisation du schéma de transfert radiatif, y compris l'amélioration de la prise en compte des impuretés), l'intégration de Crocus à SURFEX ouvre également vers de nouvelles perspectives : - la meilleure prise en compte des interactions neige-végétation par le portage dans Crocus de l'approche Multiple-Energy-Budget MEB, en cours d'implémentation dans SURFEX avec le schéma de neige ISBA-ES ; - l'assimilation de données au sol (hauteur de neige, équivalent en eau de la neige) ou télédétectées (micro-ondes passifs et actifs, visible/proche infrarouge, infrarouge thermique), une problématique commune avec la plupart des autres schémas de surface ; SURFEX offre un cadre d'intégration très solide qui permet de conduire dans des configurations strictement identiques des simulations du manteau neigeux en off-line à partir de forçages météorologiques prescrits et en on-line avec le couplage avec l'atmosphère. Cette fonctionnalité est indispensable pour bien comprendre l'impact des interactions neige/atmosphère. Les travaux menant à des développements du code sont actuellement coordonnés par le CNRM-GAME/CEN et l'équipe de suivi et de support de SURFEX (CNRM-GAME/GMME). L'objectif est de donner aux développements de ce code une vraie dynamique communautaire internationale, s'appuyant sur les outils de suivi de version mis en place dans SURFEX (svn) et un fort engagement humain dans les relations avec les utilisateurs/développeurs/contributeurs. Vionnet, V., Brun, E., Morin, S., Boone, A., Faroux, S., Le Moigne, P., Martin, E., and Willemet, J.-M.: The detailed snowpack scheme Crocus and its implementation in SURFEX v7.2, Geosci. Model Dev., 5, 773-791, doi:10.5194/gmd-5-773-2012, 2012.
  Calculs et propriétés de l'enthalpie de l'air humide.
Si l'énergie interne est bien adaptée à l'étude des systèmes fermés, isolés et immobiles, l'enthalpie est la variable d'état qui intervient naturellement dans l'étude des systèmes ouverts et des fluides en mouvement : c'est le cas de l'atmosphère.Concrètement, l'enthalpie massique de l'air humide est égale à la somme de l'énergie interne massique et d'un terme local formé par la pression divisée par la densité, ou encore, d'après la relation des gaz parfaits, du produit de R par T (où R est la constante du gaz parfait considéré). Si on admet que les trois composants majoritaires de l'atmosphère (O2, N2 et H20) sont des gaz parfaits, et si on reste dans la gamme des températures et pressions usuelles, on peut considérer avec une très bonne approximation que l'énergie interne, comme l'enthalpie, ne dépendent que de la température, et pas de la pression. Plus précisément, pour un gaz parfait donné, la variation de l'enthalpie est proportionnelle à la variation de température. Le coefficient de proportionnalité étant égal à la "chaleur spécifique à pression constante" : il est notée Cp. Il ne faut en aucun cas en déduire que l'utilisation de l'enthalpie suppose que le fluide évolue à pression constante, de même que l'étude de l'énergie interne ne suppose pas que le fluide évolue à volume constant. Au même titre que l'entropie, l'enthalpie comme l'énergie interne constituent les variables de base qui peuvent décrire l'ensemble des propriétés thermodynamiques de l'air humide.Pour calculer l'enthalpie d'un des gaz composant l'atmosphère, on peut simplifier la situation en observant que dans la gamme usuelle des températures observées dans l'atmosphère, disons entre 200 K et 330 K, Cp est une constante pour ce gaz (en étant bien sûr différents d'un gaz à l'autre). On peut alors déduire, par une simple intégration autour d'une température moyenne T0, que l'enthalpie massique d'un gaz est donnée par la formule h(T) = Cp (T-T0) + h0, où h0 est une constante d'intégration qui s'interprète comme l'enthalpie de ce gaz à la température constante T0. Ces considérations très générales ne sont pas anodines lorsqu'il s'agit de calculer l'enthalpie de l'air humide. En effet, pour l'air humide qui est en première approximation un mélange des trois gaz O2, N2 et H20, l'enthalpie est tout simplement égale à la somme pondérée de l'expression donnée ci-dessus. La conséquence immédiate est une multiplication des constantes d'intégrations h0 par des coefficients variables, comme la concentration en H20 qui dépend directement de l'humidité de l'air. Ainsi, il n'est pas possible négliger ces constantes d'intégration qui peuvent acquérir un sens physique. C'est le cas pour un milieu ouvert comme celui de l'air humide, par exemple en cas de remplacement d'air sec par de la vapeur d'eau. C'est ce qui se produit, en particulier, dans les processus d'entrainement et de détrainement au bords des nuages. Cette communication aux AMA présentera une partie des résultats qui sont décrits dans un papier soumis en août 2012 au QJRMS. Il s'agit d'une part de déterminer ces constantes d'intégration h0, ceci à travers l'intégration des valeurs des Cp entre 0 K et les températures ambiantes et pour chacun des trois gaz O2, N2 et H20. On peut alors montrer que la somme du géopotentiel et de l'enthalpie de l'air humide ainsi obtenue est presque égale à la quantité appelé Energie Statique Humide ou "MSE" (pour "Moist Static Energy" en anglais). Mais on ne retrouve pas exactement la MSE. Il semble que l'approche présente, basée sur la détermination des constantes h0 à partir des données cryogéniques de O2, N2 et H20, apporte une justification inédite aux résultats publiés par Dufour et van Mieghem (1975), Betts (1974-75), Emanuel (1994) ou encore Ambaum (2010), entre autres, qui sont tous parti des équations différentielles de l'entropie et de l'enthalpie (équation de Gibbs) et qui ont été obligé de faire différentes approximations afin de pouvoir évaluer les fonctions entropie ou enthalpie elles mêmes. En profitant de l'expression de l'entropie de l'air humide obtenue précédemment (Marquet, AMA 2011, QJRMS 2011), il est possible de tracer des diagrammes de Mollier, avec l'entropie de l'air humide en abscisse et son enthalpie en ordonnée. Il aussi possible d'étudier les propriétés de l'enthalpie utilisable (Marquet, AMA 1990, QJRMS 1993), qui est une combinaison à la fois de l'enthalpie de l'air humide, de son entropie et de son contenu total en eau. Enfin, on peut tracer les profils verticaux des différentes propriétés thermodynamiques de l'air humide (MSE, enthalpie, entropie, enthalpie utilisable, ...) pour différents strato-cumulus et cumulus, afin de pouvoir vérifier les aspects plus ou moins conservatifs de ces différentes propriétés.Ambaum., 2010. "Thermal physics of the atmosphere". RMetS. Advancing Weather and Climate Science. Willey-Blackwell.Chichester, UK. Betts 1974. "Further coments on "A comparison of the equivalent potential temperature and the static energy"". J. Atmos. Sci. 31 (6), p1713-1715. Betts, 1975. "Parametric interpretation of Trade-Wind cumulus budget studies". J. Atmos. Sci. 32 (10), p1934-1945. Dufour et van Mieghem, 1975. "Thermodynamique de l'atmosphère". Institut Royal météorologique de Belgique. Emanuel, 1994. "Atmospheric convection". Oxford University Press. New York and Oxford. Marquet, 1990. "L'exergie de l'atmosphère. Définition et propriété de l'enthalpie utilisable humide". Ateliers de modélisation de l'atmosphère. Toulouse. Marquet, 1993. "Exergy in meteorology: definition and properties of moist available enthalpy". Q. J. R. Meteorol. Soc., 119 (511), p567-590. Marquet, 2011. "Une étude de l'entropie humide en météorologie". Ateliers de modélisation de l'atmosphère. Toulouse. Marquet, 2011. "Definition of a moist entropic potential temperature. Application to FIRE-I data flights". Q. J. R. Meteorol. Soc., 137 (656), p768-791. Marquet, 2012. "Computations of moist air thermal enthalpy. Plotting of Mollier, Bernoulli and available enthalpy diagrams". Soumis au Q. J. R. Meteorol. Soc. en août 2012. Mollier, 1927. "The Molier steam tables and diagrams Extended to the critical pressure". Translated by H. Moss, Pitman, London (1st German ed. published in 1906)
  Calculs et interprétations du Tourbillon Potentiel de l'air humide.
Les algorithmes d'inversion du tourbillon potentiel (noté "PV", pour "Potential Vorticity", en anglais) sont basés sur des formes exactes ou approchées du PV défini précisément par Ertel dans sa série des 4 articles de 1942 (voir Schubert et al., 2004). C'est le cas pour l'outil opérationnel "CTPini" (Arbogast et al., QJRMS 2008) qui permet d'analyser certains des champs initiaux de ARPEGE à travers une interface qui contrôle et organise la modification de certains champs comme le géopotentiel à 1.5 PVU, la température à 850 hPa ou la pression réduite au niveau de la mer. Cette interface permet ensuite de générer un nouveau champ initial après inversion du champs de PV modifié par la procédure, pour conduire au final à une relance du modèle ARPEGE en utilisant les champs initiaux ainsi modifiés. De manière générale, PV(Psi) a été défini par Ertel en 1942 par le produit scalaire du vecteur tourbillon par le gradient d'une certaine quantité conservative Psi, le tout divisé par la masse volumique. La quantité Psi est supposée ne dépendre que de la pression et de la densité. En notation standard, on obtient PV(Psi) = Vort . Grad(Psi) / rho. Ertel a montré dès son premier article que la température potentielle theta est un choix judicieux pour Psi, car assurant la conservation pour les mouvements particulaires adiabatiques et sans frottement de la quantité PV(theta). C'est à travers des papiers comme Hoskins (1974) et surtout la synthèse Hoskins et al. (1985) que l'intérêt météorologique du PV défini par Ertel a été démontré et popularisé, essentiellement à travers la possibilité de pouvoir représenter l'ensemble des propriétés du fluide par la seule connaissance du champs scalaire PV et avec la mise au point de méthodes d'inversions. Il est mentionné dans cette synthèse Hoskins et al. (1985, p 881) que la variable Psi pourrait être remplacée par n'importe quelle fonction de theta, et en particulier par la fonction entropie qui est du type s = s0 + Cp ln(theta / theta0) pour l'air sec, où s0 et theta0 sont des constantes. Il va de soi que les processus liés aux changements d'état de l'eau au sein de l'atmosphère ont des impacts considérables, voire prépondérants, en particulier pour les aspects convectifs ou encore la frontologie. La question de savoir s'il est possible de généraliser le PV(Psi) de Ertel aux cas de l'air humide a donc rapidement été abordée, avec toute une suite de différents choix possibles pour la variable Psi. Les conséquences du choix Psi = theta'w ont été étudiées dans Bennetts et Hoskins (1979) pour analyser le réalisme (ou pas) de l'instabilité barocline symétrique. Celles du choix Psi = "température potentielle entropique" définie par Hauf et Höller (1987) ont été étudiées dans Rivas Soriano et Garcia Diez (1997), le but étant de pouvoir prendre en compte les effets de la phase glace. Celles du choix Psi = thetae = "température potentielle équivalente" ont été étudiées dans Emanuel et al. (1987), toujours dans le but de trouver des critères pour l'instabilité barocline en lien avec la "convection en pente" pour l'air humide, cette variable thetae étant alors sensée représenter l'entropie de l'air humide. Contrairement au choix Psi = theta qui est effectivement pertinent pour l'air sec, les différentes températures potentielles de l'air humide rappelées ci-dessus souffrent d'un même défaut : elles ne conduisent pas à des principes de conservation de PV(Psi) et/ou il n'est pas possible de construire un principe d'inversion pour les PV(Psi) ainsi définis. En fait, il semble d'après Schubert et al. (2001) que la seule possibilité d'avoir un PV(Psi) qui puisse vérifier un principe d'inversion pour l'air humide soit de prendre Psi = thetav, c'est à dire la "température potentielle virtuelle", précisément celle qui intervient dans l'étude des processus liés à la flottabilité. Mais le défaut de ce choix est que thetav n'obéit pas à une loi de conservation pour des évolutions adiabatiques et sans frottement d'une particule d'air humide... Cette communication aux AMA présentera une partie des résultats qui sont décrits dans un papier soumis en août 2012 au QJRMS. La motivation initiale était de pouvoir définir un tourbillon potentiel de l'air humide qui pourrait permettre de mieux comprendre les impacts de l'humidité sur le champ de PV (aspect diagnostique) mais aussi de pouvoir manipuler les champs 3D des modèles en modifiant ce PV de l'air humide à travers le champs d'humidité et après inversion (aspect CTPini). Cet article soumis reprend les résultats de Schubert et al. (2001), avec une méthode d'inversion qui est appliquée non plus à PV(thetav), mais à PVv = PV[Cp log(thetav)]. C'est toujours une fonction de thetav, mais mise sous une forme "entropique". Il s'agit ensuite de définir PVs = PV(s), où "s" est l'entropie de l'air humide qui a été définie précédemment (Marquet, AMA 2011, QJRMS 2011). Il est alors possible de définir la quantité PVq par la différence PVs - PVv. Ces quantités PVs et PVv dépendent de quantités Psi de type entropique en Cp log(thetas) et Cp log(thetav), respectivement, la différence PVq correspondant à un Psi du type Cp log(thetas/thetav). Il apparaît que PVq ne dépend - en première approximation - que du contenu en eau, avec de fort signaux de PVq négatifs localisés dans les basses couches (sous le niveau 700 hPa). Ces signaux de PVq négatifs se répercutent sur le champs PVs de l'entropie de l'air humide, mais avec fort heureusement des valeurs plus faiblement négatives pour PVv (des signaux trop fortement négatifs pouvant rendre instable l'algorithme d'inversion). La partition PVs = PVv + PVq permet d'imaginer un contrôle séparé 1) de la dynamique d'altitude à travers le premier terme PVv, qui possède les mêmes propriétés que le PV(theta) de Ertel au dessus du niveau 500 hPa ; 2) de l'aspect humidité dans les basses couches à travers PVq, avec des signaux clairement associés aux zones frontales sous le niveau 700 hPa. Arbogast et al., QJRMS, 2008. "Ertel potential vorticity inversion using a digital filter initialization method". Q.J.R. Meteorol. Soc., 134 (634), p1287-1296. Bennetts and Hoskins, 1979. "Conditional symmetric instability. A possible explanation for frontal rainbands". Q. J. R. Meteorol. Soc., 105 (446), p945-962. Emanuel et al., 1987. "Baroclinic instability in an environment of small stability to slantwise moist convection. part I: two-dimensional models". J. Atmos. Sci. 44 (12), p1559-1573. Hauf and Höller, 1987. "Entropy and potential temperature". J. Atmos. Sci., 44 (20), p2887-2901. Hoskins et al., 1985. "On the use and significance of isentropic potential vorticity maps". Q. J. R. Meteorol. Soc., 111 (470), p877-946. Hoskins, 1974. "The role of potential vorticity in symmetric stability and instability". Q.J.R. Meteorol. Soc., 100 (425), p480-482. Marquet, 2011. "Une étude de l'entropie humide en météorologie". Ateliers de modélisation de l'atmosphère. Toulouse. Marquet, 2011. "Definition of a moist entropic potential temperature. Application to FIRE-I data flights". Q. J. R. Meteorol. Soc., 137 (656), p768-791. Marquet, 2012. "On the definition of a moist-air potential vorticity". Soumis au Q. J. R. Meteorol. Soc. en août 2012.Rivas Soriano and Garcia Diez, 1997. "Effect of ice on the generation of a generalized potetial vorticity". J. Atmos. Sci., 54 (10), p1385-1387. Schubert et al., 2001. "Potential vorticity in a moist atmosphere". J. Atmos. Sci., 58 (21), p3148-3157. Schubert et al., 2004. "English translation of Twenty-one of Ertel's papers on geophysical fluid dynamics". Meteorologische Zeitschrift, 13 (6), p527-576.
  Multi-year assessment of soil-vegetation-atmosphere transfer (SVAT) modeling uncertainties over a Mediterranean agricultural site
Garrigues S (1), Olioso A (1), Calvet J-C (2), Lafont S (2), Martin E (2), Chanzy A (1), Marloie, O (1), Desfonds V (1) , Bertrand N (1), Renard D (1)
Vegetation productivity and water balance of Mediterranean regions will be particularly affected by climate and land-use changes. In order to analyze and predict these changes through land surface models, a critical step is to quantify the uncertainties associated with these models (processes, parameters) and their implementation over a long period of time. Besides, uncertainties attached to the data used to force these models (atmospheric forcing, vegetation and soil characteristics, crop management practices...) which are generally available at coarse spatial resolution (>1-10 km) and for a limited number of plant functional types, need to be evaluated. This paper aims at assessing the uncertainties in water (evapotranspiration) and energy fluxes estimated from a Soil Vegetation Atmosphere Transfer (SVAT) model over a Mediterranean agricultural site. While similar past studies focused on particular crop types and limited period of time, the originality of this paper consists in implementing the SVAT model and assessing its uncertainties over a long period of time (12 years), encompassing several cycles of distinct crops (maize, wheat, sorghum, sunflower, peas) and bare soil periods in between crop cycles. The SVAT model being analyzed in this paper is the ISBA model in its a-gs version which simulates the photosynthesis and its coupling with the stomata conductance, as well as the time course of the plant biomass and the Leaf Area Index (LAI). The model is evaluated over the INRA-Avignon (France) crop site, for which 12 years of energy and water fluxes, soil moisture profiles, vegetation measurements, agricultural practises as well as detailed soil hydrodynamic properties are available. The model is continuously implemented over this site from May 2001 up to November 2012, accounting for the succession of crop and bare soil periods. The uncertainties in evapotranspiration estimated from ISBA are analyzed according to two simulation scenarios: - In the scenario 1 the simulations are achieved in the context of the operational application of the SVAT model using the SAFRAN re-analysis atmospheric dataset, a global map of texture (BDGSF INRA dataset) and the ECOCLIMAP land surface parameter global database. - In the scenario 2, the model is run using local atmospheric forcing, in situ soil (texture, hydrodynamic properties) and vegetation (LAI time course for each crop cycle) parameters. This scenario aims at evaluating the capacity of the model to accurately describe the physical processes. The analysis mainly focuses on the impact of uncertainties in both soil hydrodynamic and vegetation (photosynthesis, water stress) parameters. The uncertainties in evapotranspiration and energy flux estimates are quantified from both 12-year trend analysis and selected daily cycles spanning a range of atmospheric conditions and phenological stages. Regarding the operational use of the model, while little differences are observed in the simulations based on the local atmospheric measurements and those using the SAFRAN reanalysis dataset, errors in both the global map of soil texture and the ECOCLIMAP LAI time course lead to larger discrepancies in evapotranspiration estimate. Results of scenario 2 indicate that while the net radiation flux is correctly simulated, the cumulated latent heat flux is under-estimated for both crop and bare soil periods. This latter finding is consistent with the over-estimation of the root-zone soil moisture. The comparison of the soil hydrodynamic properties retrieved from the ISBA pedotransfert function and those derived from in situ measurements highlights that the underestimation of the maximum water content available for the crop is the main source of uncertainties. Besides, discrepancies between the wilting point soil moisture retrieved from the soil water retention curve and that derived from the soil moisture vertical profiles (which substantially varies with crop cycles) as well as the variability in the root-zone-depth, increase the uncertainties in the maximum extractable amount of water by the plant. The impact of the uncertainties in vegetation parameters (mesophyllian conductance, water stress modelling) is less important compared to soil hydrodynamic properties.
  Détection des changements de débits à l'échelle globale
Lisa Marchand, Aurélien Ribes, Ramdane Alkama, Bertrand Decharme
Peut-on considérer que les débits des grands fleuves à l'échelle globale ont changé récemment ? Pour répondre à cette question, une méthode de détection statistique est appliquée à des données de débits observés (couverture spatiale limitée) et reconstruits (meilleure couverture, mais incertitudes liées à la technique de reconstruction). Les résultats sont contrastés et dépendent notamment du nombre de données reconstruites utilisées. Ils suggèrent que les changements de débits à l'échelle globale demeurent peu clairs. La même technique est ensuite appliquée aux débits simulés par 14 modèles couplés de l'exercice CMIP5. Les résultats sont plutôt cohérents avec les observations, et indiquent que les changements deviennent généralement détectables entre 2016 et 2040.
  Suivi par télédétection du risque de dégradation des sols par érosion hydrique, Cas du bassin versant d'oued Fergoug dans les monts des Béni-chougrane en Algérie
HAMIMED Abderrahmane, KHALDI Abdelkader, BENSLIMANE Mohamed, BENARICHA Boumedienne
En Algérie du Nord, le phénomène d'érosion hydrique présente la forme de dégradation physique des sols la plus sérieuse affectant les reliefs. Ce phénomène est lié au contexte socio-économique de l'utilisation des ressources naturelles au-delà de leur capacité de restauration, aggravé souvent par les fluctuations des conditions climatiques. Il conduit à un déclin permanent des activités économiques, enracinant la population locale dans la pauvreté et les poussant à un exode massif. Pour suivre la progression de ce phénomène insidieux et pour évaluer les résultats des actions de lutte, les outils spatiaux, tels que la télédétection et les systèmes d'informations géographiques (SIG), semble être privilégiés, car ils permettent d'élaborer des cartes précises sur la progression de la dégradation à partir des indicateurs écologiques qui mettent en évidence les transformations du milieu. Ces indicateurs sont très corrélés aux paramètres radiométriques de surface, tels que l'albédo, l'indice de végétation (NDVI) et la température de surface. L'objectif de cette étude est de développer une méthodologie pour la cartographie du risque de dégradation par utilisation combinée de l'information acquise par les capteurs satellitaires et des variables dérivées du modèle numérique de terrain (MNT). Le site pilote retenu est un écosystème montagneux très vulnérable à l'érosion hydrique, situé dans les monts des Béni-chougrane (nord-ouest de l'Algérie). Il correspond au bassin versant d'oued Fergoug d'une superficie d'environ 170 km². Le jeu de données est constitué de douze images satellitaires Landsat acquises durant l'année 2002, d'un MNT et des mesures météorologiques et pédologiques de terrain. La méthodologie présentée consiste à développer un indice quantitatif de dégradation des sols en fonction de deux paramètres : la fraction d'évaporation (EF), déduite parle modèle S-SEBI(Simplified Surface Energy Balance Index), qui discrimine l'état hydrique de surface, et l'indice de couleur (IC) qui reflète le statut organique des sols. La synthèse de l'ensemble des informations dans un SIG, ainsi que leurs confrontations avec les données géomorphologiques, ont permis de dresser des cartes de sensibilité à l'érosion hydrique selon cinq degrés (végétation très dense, végétation dense, état critique, état dégradé et état très dégradé), dans lesquelles, les zones en état dégradé et très dégradé couvrent 29% de la superficie du bassin versant contre 43% des terres à couvert végétal dense ou très dense. Le reste (28%) étant en état critique. Les résultats obtenus et leurs validations avec la réalité terrain montrent l'intérêt de l'intégration des informations radiométriques et géomorphologiques dans un SIG pour l'analyse et le suivi du risque de dégradation par érosion hydrique dans le bassin versant d'oued Fergoug.
  Modélisation des effets de la végétation et de l'humidité du sol sur les émissions biogéniques d'oxyde d'azote par les sols en milieu Sahélien.
Claire Delon, Eric Mougin, Manuela Grippa, Corinne Galy-Lacaux, Dominique Serça, Pierre Hiernaux, Laurent Kergoat, Mamadou Diawara.
Les émissions naturelles (biogéniques) d'oxyde d'azote (NO) par les sols dépendent fortement de l'humidité des sols, particulièrement au Sahel où l'humidité du sol est très basse en fin de saison sèche (aux alentours de 2%). Lorsque les premières pluies tombent au démarrage de la saison des pluies, l'humidité du sol augmente brusquement et atteint le seuil nécessaire à la réactivation de l'activité microbienne dans le sol. Cette activité microbienne, par le biais de la décomposition de la matière organique, est à l'origine des émissions de NO vers l'atmosphère, émissions qui présentent par conséquent des pics importants au début de la saison des pluies. La décomposition de la matière organique est d'autant plus intense qu'une partie de la végétation (litière) présente sur les sols Sahéliens a été enfouie pendant la saison sèche par le piétinement du bétail, et qu'elle se décompose lorsque l'humidité du sol est suffisante. L'objectif du travail présenté ici est de modéliser les émissions de NO par les sols à l'aide d'une paramétrisation élaborée à partir d'un réseau de neurones, et implantée dans un modèle couplé de végétation (STEP) et de décomposition de la litière (GENDEC), sur le site d'Agoufou (15.1°N, 1.7°W, Gourma malien, super site du réseau AMMA-CATCH). Ce modèle couplé (STEP-GENDEC) permet de modéliser la croissance de la végétation de façon dynamique, et de calculer la quantité d'azote apportée au sol à partir de la décomposition de la végétation, et de la quantité de bétail présente sur le site (qui participe de façon directe et indirecte à cet apport d'azote). Connaissant la quantité d'azote disponible dans le sol, les émissions de NO vers l'atmosphère sont ensuite calculées pour les années 2006-2007-2008, et comparées aux rares mesures existantes. Ces résultats permettent de conclure que les sols Sahéliens, de par leur fonctionnement très spécifique du à la courte saison des pluies, présentent des émissions non négligeables, dont les processus sont originaux et peu documentés
  Les surfaces continentales pour les modèles de prévision du temps à aire limitée : coordination des activités en Europe au sein du programme EUMETNET/SRNWP
Jean-François MAHFOUF
Le programme SNRWP (Short Range Numerical Weather Prediction) du GIE EUMETNET permet de coordonner diverses activités de recherches et développements entreprises au sein des différents consortium européens pour la prévision numérique du temps à aire limitée (COSMO, ALADIN, LACE, HIRLAM, METOFFICE) à travers des échanges d'information et la mutualisation de certains efforts. Dans ce cadre, je présenterai les activités récentes du groupe d'experts sur les surfaces continentales concernant les aspects modélisation, assimilation et bases de données pour la validation et l'initialisation des schémas.
  Suivi des propriétés du manteau neigeux par télédétection spatiale micro-onde
Fatima Karbou, Samuel Morin, Eric Brun, Marie Dumont, Yves Durand
Les observations de télédétection spatiale micro-ondes sont faiblement sensibles aux nuages et ont la capacité de pénétrer plusieurs couches de neige détectant ainsi des variations des propriétés internes du manteau neigeux, comme celle de l'équivalent en eau, dans la quasi-totalité des conditions météorologiques. Le rayonnement électromagnétique émis par le sol couvert de neige est atténué et diffusé par les grains de neige dont l'effet est variable suivant leur taille, leur distribution verticale entre autres paramètres. Restituer les propriétés du manteau neigeux par radiométrie micro-ondes constitue donc un défi scientifique étant donnée la complexité de ce milieu. Cela nécessite également une bonne compréhension et une modélisation adéquate de l'hétérogénéité du manteau neigeux qui résulte des différentes phases de métamorphisme de la neige. Dans le cadre de ce travail, nous nous intéressons à la signature de la neige sur une large gamme d'observations de télédétection spatiale provenant de plusieurs instruments en orbite polaire (AMSU-A, AMSU-B, SSM/I et SSMI/S). Ces observations sont étudiées sur de grandes étendues homogènes (Eurasie du Nord) conjointement avec des simulations du modèle de neige CROCUS couplé au modèle de sol ISBA-DF, forcées par ERA-interim et précédemment évaluées sur notre région d'intérêt. Nous montrons qu'une information pertinente sur l'équivalent en eau de la neige peut être extraite à partir de combinaisons d'observations micro-ondes (combinaison en fréquence des températures de brillance et des émissivités de surface incluant les hautes-fréquences). L'examen de ces restitutions à proximité des stations synoptiques en Eurasie du Nord montre une très bonne corrélation entre les simulations de l'équivalent en eau de la neige, en sortie de CROCUS, et les restitutions micro-ondes. Il est à noter que le modèle CROCUS n'assimile aucune donnée de hauteur de neige disponible à ces stations. Des comparaisons ont été également effectuées avec des analyses d'équivalent en eau issues de GlobSnow mettant en évidence des différences notables avec les restitutions micro-ondes. L'examen de l'étendue de neige, telle que déduite des réflectances VIS/IR de MODIS, montre un bon accord avec les estimations micro-ondes ainsi que celles du modèle CROCUS. Ces travaux montrent le potentiel d'une utilisation conjointe de sorties de modèle de neige et des observations micro-ondes et constituent un pas vers l'assimilation de ces observations dans le modèle de neige CROCUS.
  Impact of Anthropogenic Land Cover Change on Heat Waves : the summer 2003 as a testbed
Marc Stéfanon (a,b), Solveig Schindler (b), Philippe Drobinski (b), Nathalie de Noblet-Ducoudré (c), and Fabio D'Andrea (b).
In this study we investigate the two-way interactions of vegetation and climate on regional scales. a comparison is performed to assess the impact for the anomalous year 2003 of a potential vegetation distribution where human influence is suppressed (POT) to a simulation with a current vegetation distribution (CUR) via a modelling approach. Main processes which contribute to these differences are analysed. Both simulations are performed with the help of the modelling platform MORCE which comprises a coupled version of the atmospheric model WRF and the dynamic vegetation model ORCHIDEE. The first run was conducted using a potential vegetation map, the second used a current vegetation map.The simulation domain in the Mediterranean region has been chosen for its important climate sensitivity to surface conditions in summer. It is at the same time the location of maximal observed temperature anomalies during the heat waves 2003. Currently summer temperature changes induced by land cover modification is yet unclear at these latitudes.The differences in vegetation cover correspond to conversion of agricultural land use to natural grassland and forest and can be compared to a reforestation of about 45% of the domains surface. By replacing the agricultural vegetation by a mixture of forests and prairies, the mean capacity of photosynthetic activity is reduced due to increased stomatal resistance and smaller LAI. The exceptional meteorological conditions in 2003 enhance development of the cover of vegetation in both simulations and result in great photosynthetic activity and transpiration. The simulation with current vegetation cover (CUR) is colder during the first heat wave in June due to large evapotranspiration of the agricultural plants. Plants start to get limited in soil moisture in July. Vegetation in CUR is most affected and starts welting. In this circumstances the simulation without human impact on land cover plays out its advantage of greater heat resilience on the long term. During the second heat wave in August the repartition of turbulent heat fluxes.
  Évaluation des précipitations prévues par AROME en zone alpine pour l'hydrologie et la nivologie.
I. Dombrowski-Etchevers, F. Karbou, Y. Durand, J.-F. Ribaud
En montagne, un des axes pour améliorer la modélisation du manteau neigeux en hiver et du régime hydrologique des bassins versants montagnards tout au long de l'année est de fournir des forçages atmosphériques adaptés à ce relief complexe.Le modèle à aire limitée et à fine résolution, AROME, fait partie des modèles numériques de prévision du temps opérationnels de Météo-France. Grâce à ses nombreuses particularités (haute résolution, ciblage des phénomènes intenses), les prévisions du modèle AROME présentent un grand intérêt pour améliorer le forçage météorologique du modèle de neige SURFEX/Crocus et des modèles hydrologiques. Ce travail est une première évaluation des prévisions de précipitations quotidiennes, paramètre clé pour la prévision nivologique et hydrologique, issues d'AROME. Il a été réalisé sur deux saisons nivologiques, d'août 2009 à juillet 2011. Les précipitations quotidiennes prévues ont été d'abord comparées à deux systèmes d'analyse de précipitations : d'une part ANTILOPE J+1 qui intègre les pluviomètres et les mesures radars et d'autre part à SPAZM, analyse développée par EDF pour les zones de montagne basée sur des observations quotidiennes de précipitations et tenant compte du relief via un gradient de précipitations. Ensuite, une comparaison entre les mesures observées ponctuellement (stations synoptiques et postes nivologiques) et les précipitations quotidiennes prévues par AROME a été faite en se basant sur plusieurs scores utilisés en plaine par l'équipe DPREVI/COMPAS et en adaptant la méthode à la problématique montagne.
  2 présentations: 1: "Schéma de convection PCMT: objectifs, équations" ; 2: "Schéma de convection PCMT: validation en mode prévision numérique du temps"
Jean-Marcel Piriou, Jean-François Guérémy, et al.
Résumé exposé 1: "Un nouveau schéma de convection sous-maille a été développé. Il traite la convection sèche, peu profonde et profonde. Il vise un usage en prévision globale ou aire limitée, en prévision climatique, ou prévision numérique du temps. PCMT pour "Prognostic Condensates Microphysics and Transport" introduit un traitement pronostique des variables microphysiques et de la vitesse verticale des courants ascendants. L'exposé présente les équations (hypothèses géométriques, équations générales, fermetures, entraînement) de ce schéma." Résumé exposé 2: "Le schéma PCMT a été testé dans le modèle global ARPEGE, sur une année de prévisions dans une configuration proche de l'opérationnel (troncature T798, prévisions à 4 jours d'échéance à partir des 365 analyses). On présente des résultats en termes de scores aux observations, cycle diurne, régime des précipitations, etc. Des résultats afférant à la prévision de cyclones tropicaux seront également présentés."
  Modélisation de température de brillance en bande L
Marie Parrens, Patricia De Rosnay, Jean-Christophe Calvet, Bertrand Decharme
La première étape avant l'assimilation des Températures de Brillance (TB) en bande L de SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) sur les continents est de coupler un modèle de surface continentale avec un modèle d'émission micro-ondes. Dans cette étude, le modèle de surface ISBA (Interaction between Soil Biosphere and Atmophere) est couplé avec le modèle d'émission micro-ondes CMEM (Community Microwave Emission Model). Les simulations de TB sont effectuées sur une période trois ans sur le sol nu du site de SMOSREX (Surface Monitoring Of the Soil Reservoir EXperiment) situé dans le Sud-Ouest de la France. Les modèles ISBA et CMEM présentes plusieurs options pour la représentation des profils d'humidité et de température du sol. Une simulation considérant 2 couches de sol est comparée à des simulations multi-couches. Dans la simulation 2 couches, le sol est divisé en deux couches : une fine couche superficielle et un réservoir. De plus, les lois de Fresnel sont utilisées dans CMEM pour calculer l'émissivité de surface lisse. Dans les simulations multi-couches, le modèle ISBA avec un schéma de diffusion est utilisé et 11 couches de sol sont représentées. Dans CMEM, la configuration de Wilheit (1978) est utilisée pour calculer l'émissivité de surface lisse. Les simulations de TB sont comparées aux observations de TB présentes sur le site de SMOSREX à plusieurs angles et aux polarisations H et V. Il s'avère que les TB calculées grâce au modèle multi-couches se corrèlent mieux aux observations que les TB simulées par le modèle 2 couches. Ce résultat est partiellement dû à une meilleure représentation du profil de l'humidité du sol. Cependant, le cycle saisonnier des TB calculées grâce au modèle multi-couches n'est pas satisfaisant. Mais, en prenant en compte l'humidité du sol dans le calcul de la rugosité, le cycle saisonnier des températures de brillance est amélioré. Finalement, le modèle multi-couches est aussi utilisé pour quantifier la profondeur de pénétration du signal en bande L. Quatre expériences ont été menées avec quatre textures de sol différentes : (1) texture du sol de SMOSREX, (2) 100% de sable, (3) 100% d'argile et (4) 100% de limon. Dans ces quatre simulations, la profondeur de pénétration du signal est plus grande pour les mois de Mai à Octobre. Le signal se propage plus profondément lorsque le sol est composé uniquement de sable. Pour un sol composé uniquement d'argile, seuls les 15 premiers centimètres de sol jouent un rôle significatif.
  Cycle saisonnier dans le Pacifique Sud vu par les réanalyses et 6 modèles CMIP5 et son évolution avec le changement climatique prévu par les scénarios RCP4.5 et 8.5.
Marania Hopuare(1,2), Marc Pontaud(2), Jean-Pierre Céron(3), Michel Déqué (2) 1 Laboratoire GePaSud, Tahiti 2 CNRM-GAME, Météo-France/CNRS, Toulouse 3 Direction de la Climatologie, Météo-France, Toulouse
Les cycles saisonniers des précipitations et de la température moyenne de surface ont été analysés dans les réanalyses ERA-Interim, NCEP et 20CR et confrontés à 6 modèles CMIP5 sur la période passée. Les changements dans les cycles saisonniers des précipitations et température simulés dans les scénarios RCP4.5 et 8.5 ont été évalués par tranche de 30 ans au cours du 21ème siècle. Ces simulations couplées sont toutes sujettes au syndrome de double-ITCZ, qui est en partie expliqué par un biais de SST. Le réchauffement produit conduit à l'intensification du biais de double ITCZ dans les modèles CMIP5 et à un retrait de la SPCZ dans l'ouest du bassin, ces réponses étant plus marquées dans le scénario RCP8.5. Ensuite, une descente d'échelle Arpège à 50km a été réalisée à partir des simulations CNRM-CM5, en intégrant une correction des biais de SST. L'effet du réchauffement dans la simulation Arpège 50 km est évalué et confronté aux simulations CMIP5, et en particulier à celles de CNRM-CM5. Le biais de double ITCZ n'est qu'en partie corrigé mais cette approche permet de discuter les résultats et de proposer une conclusion sur l'impact du changement climatique sur le cycle saisonnier dans le Pacifique Sud.
  Effet d'une dorsale de grande échelle du Pacifique Nord-est sur l'Oscillation Nord Atlantique
Marie Drouard, Gwendal Rivière et Philippe Arbogast
L'oscillation Nord Atlantique (NAO) représente le mode dominant de variabilité de la circulation atmosphérique dans l'Atlantique Nord. Des études antérieures (Franzke et al. 2004; Rivière et Orlanski 2007) ont montré que la phase de la NAO dépend des propriétés de l'écoulement atmosphérique dans le Pacifique. Cependant, les caractéristiques de cet écoulement qui influencent la NAO n'ont pas encore été bien identifiées. Le but de cette étude est donc d'analyser l'influence de l'écoulement atmosphérique dans le Pacifique sur la NAO. Ce travail repose sur des simulations avec le modèle trois couches quasi-géostrophique de Marshall et Molteni (1993) dont les résultats sont comparés avec les réanalyses ERA40 de l'ECMWF. La NAO est définie par la première EOF sur l'Atlantique Nord du géopotentiel à 200hPa. Elle est bien reproduite par des simulations longues durées dans lesquelles le modèle est forcé avec des données ERA40. Nous pouvons observer des caractéristiques similaires entre la NAO simulée par le modèle et la NAO observée comme le type de déferlement des ondes de Rossby (majoritairement anticyclonique pour la phase positive de la NAO et majoritairement cyclonique pour la phase négative de la NAO), la répartition des échelles spatiales (les ondes de grandes échelles dominent lors des phases positives et les ondes courtes dominent lors des phases négatives de la NAO) et la présence d'une dorsale de grande échelle dans le Pacifique est qui atteint un maximum quatre jours avant le maximum de la phase positive de la NAO. Afin de déterminer si la dorsale est un précurseur de la phase positive de la NAO, des simulations numériques linéaires et nonlinéaires avec et sans dorsale ont été réalisées. La dorsale agit sur le rails des dépressions Pacifique de deux manières : d'un côté elle empêche la propagation des ondes de petite échelle et d'un autre côté elle oriente la propagation des ondes vers l'Equateur dans l'Atlantique. Dans les deux cas, cela favorise le déferlement anticyclonique des ondes de Rossby dans l'Atlantique et la phase positive de la NAO.
  Assimilation de données de LAI et d'humidité du sol dans le modèle de surface ISBA-A-gs sur la France
A. L. Barbu, J-C. Calvet et S. Lafont
Le système d'assimilation de données de surface (LDAS), développé à Météo-France, est un système non couplé et forcé par les données atmosphériques SAFRAN. Il permet d'assimiler les variables biophysiques et de réduire ainsi le biais entre les simulations et les observations. Réalisé dans le cadre du projet Geoland2 (à l'initiative de GMES), ce travail montre les avantages de l'assimilation de données dans le suivi de l'état de la végétation et la description des flux de carbone et d'eau. Dans cette étude, la plate-forme de modélisation SURFEX est utilisée pour décrire l'état de la végétation, les flux de surface et l'humidité du sol. Elle contient, entre autre, le modèle de surface ISBA-A-gs qui simule la photosynthèse et la croissance des plantes. La biomasse de la végétation et l'indice foliaire (LAI pour Leaf Area Index) évoluent dynamiquement en réponse aux conditions météorologiques et climatiques. La carte de végétation est fournie par la base de données ECOCLIMAP-II, à une résolution de 1 km. Une version du filtre de Kalman étendu (EKF) est utilisée pour assimiler l'humidité du sol et le LAI de manière conjointe. L'humidité du sol (SWI-01) considérée dans le cadre de cette étude est fournie par l'université TU-WIEN et issue du produit satellitaire ASCAT-25 km. Le LAI GEOLAND2, dérivé des mesures provenant des capteurs du satellite SPOT/VEG, est quant à lui utilisé pour assimiler les données de végétation. Ce travail a été réalisé sur la France, à une résolution spatiale de 8 km, sur la période 2008-2011. Dans le modèle, le démarrage de la croissance de la végétation a tendance à se produire plus tard que ce qui est observé. De même, la phase de sénescence est plus tardive. L'assimilation est un outil capable de réduire ces biais. Il est encourageant d'observer que le manque de connaissances détaillées sur les pratiques agricoles ainsi que d'autres limites connues du modèle, sont corrigés par l'assimilation de données. L'analyse du cycle saisonnier du LAI a permis de montrer que les simulations étaient plus proches des observations sur les régions cultivées, au nord-est de la France. L'assimilation des données de LAI et d'humidité du sol se répercute de façon cohérente sur les flux de carbone: (1) L'augmentation plus précoce des valeurs de LAI lors de la phase de croissance végétative, engendrée par les corrections apportées par l'analyse, induit une activité photosynthétique plus importante et donc une absorption plus importante de CO2 ; (2) de même, la baisse des valeurs de LAI durant la phase de sénescence entraîne une diminution de l'absorption du CO2 par rapport aux simulations du modèle, obtenues sans assimilation.
  Reconstruction du manteau neigeux dans le passé sur l'Eurasie
E. Brun, V. Vionnet, Y. Peings, B. Decharme, A. Boone, H. Douville (CNR/GAME GMGEC et GMME Toulouse) S. Morin, F. Karbou (CNRM/GAME Centre d'Etudes de la Neige Grenoble)
Différentes configurations de simulations du manteau neigeux sur le nord de l'Eurasie ont été effectuées avec le modèle de neige Crocus couplé au modèle de sol ISBA-DF. Elles ont utilisé des jeux de forçage météorologique différents et des options différentes du modèle. Une évaluation détaillée des caractéristiques du manteau neigeux simulé sur la période 1979-1993 riche en observations, montre que les meilleures simulations sont obtenues avec le forçage ERA-interim à condition de prendre en compte la sublimation associée aux épisodes de transport de neige par le vent. On obtient alors des simulations qui présentent de très faibles biais et de fortes corrélations, tant en terme de hauteur de neige, que d'équivalent en eau, de densité et de début et de fin d'enneigement. Grâce à une simulation réaliste de la densité et de la hauteur de neige, la température du sol à 20 cm de profondeur est également bien reproduite. En terme d'équivalent en eau, les simulations sont d'aussi bonne qualité que les estimations satellitaires qui assimilent les observations de hauteur de neige des stations synoptiques, contrairement aux simulations qui n'utilisent aucune observation ni en terme de calibration, ni en terme d'assimilation. Le contexte de validation ainsi construit a permis également d'évaluer la représentation de la couverture neigeuse de la réanalyse du 20eme siècle 20CR. Malgré la mise en évidence d'une surestimation des précipitations hivernales, 20CR reproduit très bien le début d'enneigement en octobre et novembre sur l'Eurasie, et ceci depuis 1891. Sur la période de disponibilité des mesures satellitaires, 20CR se montre plus performant sur ces 2 mois que le produit satellitaire de la NOAA quand on compare ces 2 sources d'information aux observations faites dans les stations synoptiques. Ceci ouvre des perspectives nouvelles pour l'étude des interactions entre l'enneigement et la variabilité climatique.
  Réponse de la surface aux évènements pluvieux en Afrique de l'ouest
Fabienne Lohou, Francoise Guichard, Laurent Kergoat, Aaron Boone, Bernard Cappelaere, Jean-martial Cohard, Jérome Demarty, Sylvie Galle, Christophe Peugeot, David Ramier, Christopher Taylor et Frank Timouk
L'Afrique de l'ouest accuse un fort gradient climatique longitudinal, des régions tropicales humides au Sahara, auquel est associé un gradient en végétation, humidité et température du sol. La compréhension des interactions surface-atmosphère le long de ce gradient climatique est importante pour une meilleure modélisation et prévision du système de mousson. Au sein de ces interactions, l'évapotranspiration apparaît comme un paramètre clé, influant sur le développement temporel et spatial de la couche limite diurne et de la convection profonde. Les échanges surface-atmosphère durant la mousson présentent une forte variabilité spatio-temporelle associée aux différences de caractéristiques de surface et à la variabilité spatio-temporelle des précipitations. Après un événement pluvieux, on observe une augmentation immédiate de l'évapotranspiration au détriment du flux de chaleur sensible. Durant les jours suivants, l'évapotranspiration participe, avec le drainage, à l'assèchement de la surface, ce qui va engendrer une augmentation du flux de chaleur sensible, jusqu'au prochain événement pluvieux. L'amplitude de la réponse de la surface va dépendre de son humidité, de la végétation et du déficit en eau de l'atmosphère. Grace aux mesures de flux de chaleur sensibles et latents réalisées dans le cadre du programme African Monsoon Multidisciplinary Analysis (AMMA) pendant plusieurs années, la réponse de la surface à un événements pluvieux a été étudiée sur divers couverts végétaux et à différentes latitudes. Pour ce faire, une série temporelle composite de la séquence de jours suivant un événement pluvieux a été construite pour chacun des types de surface observés (soit 5 au total). L'analyse de la fraction évaporative montre que l'amplitude de la réponse dépend principalement de l'humidité du sol. Par contre, l'assèchement du sol est fonction du type de couvert et de sa zone racinaire. Une distinction nette apparaît entre le sol nu, les couverts composés d'espèces annuelles et pérennes. Les simulations réalisées dans le cadre du projet AMMA Land Model Intercomparison Project (ALMIP, Boone et al. BAMS 2009) a permis d'évaluer la réponse de la surface à un événement pluvieux telle que simulée par 10 modèles de surface (ou LSM pour land surface model ), LSM dont la plupart sont utilisés dans les modèles actuels de prévision et de climat (.e.g. ISBA, NOAH, JULES, ORCHIDEE). L'utilisation de forçages communs à toutes ces simulations réalisées en mode 'offline' permet de s'affranchir des différences associées aux couplages avec l'atmosphère; les propriétés physiographiques de la surface sont également communes, et issues d'ECOCLIMAP, ainsi que la résolution (0.5 deg x 0.5 deg). De plus, les précipitations et flux radiatifs ont été estimés à partir d'observations satellitaires afin de fournir un cadre de simulation le plus réaliste possible.Pour chacun des sites de mesures, la série temporelle du pixel LSM le plus proche a été considérée, (elle est disponible à un pas de temps fin, de 3h) et un composite a été construit de la même manière qu'avec les observations, en utilisant les 6 ans de simulation. La comparaison des réponses simulées et observées montre une grande disparité entre les LSM. De plus, cette dispersion augmente avec la latitude, que ce soit pour un sol nu ou pour une couverture végétale. En effet, les modèles ne simulent plus correctement la relation entre l'evapotranspiration et l'humidité du sol lorsque cette dernière est faible. Ainsi, les différences obtenues sont loin de s'interpréter uniquement en termes de différences au niveau de la représentation du fonctionnement de la végétation. Des différences de cet ordre, qui s'accumulent sur plusieurs jours (entre chaque passage pluvieux), sont susceptibles de rétroagir sur la variabilité synoptique et intrasaisonnière simulée dans un modèle couplé surface-atmosphère.
  HDSM, un modèle hydrologique multi-échelle dédié aux environnements tropicaux (Lac Tchad) et montagneux (Himalaya)
François Delclaux, Marie Savéan et Pierre Chevallier
L'étude de la disponibilité de la ressource en eau implique
  Variabilité intrasaisonnière de la pluie dans le golfe de Guinée et Prévisibilité avec les produits de prévisions TIGGE
Pierre-Honoré KAMSU-TAMO, Serge JANICOT, David MONKAM, André LENOUO
Notre objectif est de caractériser les modes de variabilité intra-saisonnière de l'activité pluvieuse sur la côte guinéenne et en Afrique centrale et leur prévisibilité potentielle à partir des produits de prévisions multi-modèles de la base TIGGE. Nous proposons ici une analyse de la gamme de variabilité 10-25 jours au printemps réalisée par application des méthodes statistiques éprouvées ( nalyses spectrales, FFT, ondelettes, techniques de filtrage, analyses de régression), sur les études précédentes réalisées sur l'été. Ces techniques, appliquées aux produits satellitaires de suivi de la pluie (TRMM 3B42) et de la convection (NOAA-OLR, Température de brillance CLAUS), ainsi qu'aux réanalyses atmosphériques (ERA-Interim), ont permis de caractériser la structure spatiale et l'évolution temporelle d'un mode de variabilité autour de 15 jours associé à l'activité des ondes de Kelvin. En utilisant les méthodes d'évaluation des prévisions, nous analysons la prévisibilité de ce mode de variabilité à partir de la base multi-modèles TIGGE. Cette évaluation est faite sur chacun des modèles individuellement ainsi que sur deux moyennes d'ensembles, construites par moyenne arithmétique (Ensemble) et par combinaison linéaire des simulations de chaque membre de l'Ensemble (Superensemble).
  Vers une paramétrisation des thermiques commune à AROME et ARPEGE
Yves Bouteloup
Dans le cadre d'une approche "seamless" Météo-France essaye d'avoir les même paramétrisations physique dans tous ses modèles de prévision numérique opérationnels. En vue de cet objectif, le schéma de convection peu profonde d'AROME a été testé dans ARPEGE. Les problèmes de stabilité ont été résolus par la construction d'un solveur implicite conjoint aux schémas de diffusion verticale et de flux de masse. Après cette étape algorithmique une validation scientifique du schéma dans le modèle global a pu commencer. Des faiblesses du schéma ont été identifiées dans la zone tropicale. De nouvelles formulations de l'entrainement et du détrainement issues de travaux conjoints entre l'IPSL et Météo-France ont été testées en 1D et en 3D. Elles ont permis d'améliorer le comportement de la paramétrisation.
  Évaluation et améliorations de la simulation du cycle hydrologique sur le bassin amazonien par le modèle de surface ORCHIDEE durant la fin du XXème siècle. Changements futurs des évènements extrêmes des débits dans les différents sous-bassins.
Matthieu Guimberteau, Agnès Ducharne, Philippe Ciais et Josyane Ronchail
Le bassin amazonien est à l'origine de 15% du volume total d'eau douce déversée dans les océans (Molinier et al., 1996) et peut donc jouer un rôle important dans la régulation du climat à l'échelle mondiale. L'étendue géographique considérable du bassin (~6 millions de km²) confère au système une grande variabilité spatio-temporelle de la pluviométrie et par conséquent une diversité importante des cycles saisonniers des débits. De plus, la présence des plaines d'inondation sur le cours principal et au sud du bassin versant exerce sur les débits une forte modulation de leurs saisonnalités. Ainsi, les modèles de surfaces continentales doivent relever ce défi de complexité et prendre en compte au mieux les différents processus qui régissent le cycle hydrologique du bassin amazonien. Dans un premier temps, nous évaluerons la simulation du cycle de l'eau par le modèle ORCHIDEE (ORganising Carbon and Hydrology In Dynamic Ecosystems) en mode offline ainsi que les variations de débit du cours principal de l'Amazone et de ses principaux affluents au cours de la fin du XXème siècle. Nous montrerons aussi que l'utilisation d'une nouvelle base de données pluviométriques journalières de l'ORE (Environmental Research Observatory) HYBAM (Geodynamical, hydrological and biogeochemical control of erosion/alteration and material transport in the Amazon basin) ainsi qu'une nouvelle répartition spatiale des plaines inondées contribue à une meilleure simulation des débits. Dans un second temps, il s'agira d'évaluer le devenir des évènements hydrologiques extrêmes (étiages et crues) simulés par ORCHIDEE dans les différents sous-bassins de l'Amazone en lien avec le changement futur des précipitations. La construction des forçages futurs est basée sur la méthode de désagrégation des « anomalies ». Elle consiste à appliquer à chaque variable du forçage météorologique présent de référence des perturbations calculées comme les différences relatives (ou absolues dans le cas de la température) entre deux climatologies (futur et présent) issues de plusieurs GCMs ayant contribué au quatrième Rapport d'évaluation du GIEC.
  Modélisation distribuée du bilan d'énergie et de la dynamique glaciaire dans les Andes Tropicales sur la période 2000-2010
L. Mourre, V. Favier, T. Condom
Des données enregistrées depuis 2002 sur l'Antizana (0°28 S ; 78°09 W ; 5 758 m asl) ont été analysées afin de modéliser ponctuellement, à différentes altitudes, le bilan d'énergie de surface du glacier, son bilan de masse puis le transfert du signal vers le front du glacier par le biais de la dynamique glaciaire. Pour ce faire, un modèle numérique couplant bilan d'énergie de surface, bilan de masse et dynamique glaciaire est développé. Les données météorologiques utilisées proviennent d'une station automatique et d'un réseau de pluviomètre et pluviographe installés au pied du glacier. Des simulations à long terme (dizaine d'années) ont été réalisées en utilisant les données de réanalyses NCEP/NCAR. Les données de bilan de masse de surface nécessaires à la validation du modèle proviennent d'un important réseau de balises d'ablation maintenu depuis 1994. La position du front du glacier est évaluée annuellement à partir d'observations de terrain. Le modèle, calibré sur l'année 2002, a ensuite été validé pour une période de temps plus longue. L'albédo, variable clé du bilan d'énergie des glaciers tropicaux, est un des points sensibles de la modélisation et exige la connaissance précise des cumuls et de la phase des précipitations au moment de l'évènement précipitant. Le modèle de bilan d'énergie spatialisé intègre la conduction de la chaleur dans le manteau de neige/glace. Il permet de mieux comprendre les processus de fonte, principal terme de la fonction de production des débits en zone englacée. Le modèle de dynamique glaciaire, basé sur une méthode d'automate cellulaire, permet de reproduire les variations de surface du glacier. Cet élément est crucial si l'on souhaite évaluer l'impact d'un changement climatique sur l'évolution de la ressource, c'est-à-dire sur le volume d'eau disponible pour les populations futures. La modélisation développée est à base physique et pourra être appliquée à d'autres sites, en zone tropicale ou alpine.
Boyard-Micheau Joseph, Camberlin Pierre,
Aujourd'hui encore, les prévisions pluviométriques saisonnières portent essentiellement sur les cumuls. Si ces prévisions probabilistes permettent de se faire une idée sur l'aspect général de la future saison, elles ne permettent toutefois pas d'anticiper sur sa structuration temporelle. Une saison des pluies est un objet climatique complexe résultant d'une combinaison de variables intra-saisonnières relatives à l'organisation temporelle des pluies (fréquence, intensité et phase des événements pluvieux). Ces variables qui structurent le cumul saisonnier, intéressent particulièrement les communautés rurales des pays du Sud, souvent tournées vers une agriculture pluviale donc vulnérable face à la variabilité pluviométrique. Deux points sont à considérer : - la compréhension de ce qui fonde la variabilité des cumuls de pluie afin d'identifier les composantes de la saison des pluies les plus prévisibles. - la prévision, quelque temps (> 15 jours) avant le démarrage des saisons des pluies des différentes caractéristiques saisonnières et intra saisonnières, qui apparait comme un moyen d'aider à l'établissement de stratégies agricoles d'adaptation face aux aléas pluviométriques. L'espace Kenya-Tanzanie du nord (6°N-6°S ; 33°E-42°E) sur lequel porte cette étude est intéressant car présentant une superposition de forçages climatiques large-échelle (ENSO, Dipôle de l'océan Indien [IOD]) et de facteurs locaux liés à une organisation géographique complexe, notamment une topographie contrastée entre l'est et l'ouest. Les précipitations sont concomitantes à la migration saisonnière de la ZCIT de part et d'autre de l'équateur. Elles se répartissent en deux saisons brèves aux propriétés différentes, les « short rains » et les « long rains », correspondant respectivement au printemps boréal (Mars à Mai) et à l'automne boréal (Octobre à Décembre). L'approche développée consiste à décomposer les saisons des pluies comme une combinaison de plusieurs descripteurs intra-saisonniers (DIS). Les principaux sont le démarrage (DSP), la fin de saison des pluies (FSP), l'intensité quotidienne moyenne (INT) ou encore le nombre de jours de pluie (NJP) et le nombre de jours secs dans les longs épisodes secs (DD_LDS). Le cumul saisonnier (CUM) est considéré séparément. Ces descripteurs sont calculés à partir de précipitations quotidiennes fournies par le Kenya Meteorological Department, l'IGAD Climate Prediction and Application Center et le Tanzania Meteorological Agency. L'objectif du travail est de comprendre les liens entre la variabilité régionale et locale de ces descripteurs pluviométriques et les modes globaux qui contrôlent les pluies en Afrique de l'est, et de développer des outils de prévision statistico-dynamique à partir des simulations du GCM ECHAM 4.5. Les performances de simulations forcées par les températures marines observées et prévues, ainsi que de simulations couplées, sont comparées.L'exploration successive des relations synchrones et décalées entre les DIS et les modes principaux du système climatique, y compris ceux qui sont déjà connus pour affecter les précipitations en Afrique orientale comme l'ENSO et l'IOD va permettre de mettre à jour les variables prédictives. Les champs climatiques explorés sont la température de surface des océans, les flux zonaux et méridiens du vent dans la basse (850 hPa), moyenne (500 hPa) et haute (200 hPa) troposphère. Une approche par régression linéaire multiple est utilisée pour considérer la prévisibilité des DIS régionaux. Une approche basée sur une analyse canonique des corrélations sera préférée pour considérer les DIS à l'échelle locale.
  Schéma de convection PCMT: Evaluation dans l'équipe Climat du CNRM
I. Beau , J.F Guérémy , D.Pollack , R. Roehrig , Jean-Marcel Piriou, Eric Bazile, Yves Bouteloup, François Bouyssel (CNRM/GMGEC/EAC, CNRM/GMAP/PROC, ENM/EGM)
En parallèle de l'évaluation du schéma de convection PCMT en mode PNT, le comportement du schéma est analysé dans l'équipe Climat du CNRM en vue d'une utilisation dans le modèle ARPEGE-CLIMAT. Cette évaluation est menée selon une hiérarchie de modèles, plus ou moins contraints, des cadres unicolonnes jusqu'au modèle global couplé, en passant par les simulations de type LAM (ALADIN) sur des études de cas, les simulations type prévision du temps (type Transpose-AMIP) et les simulations climatiques avec SST imposées (type AMIP). Cet exposé a donc pour objectif d'illustrer les résultats obtenus avec le schéma PCMT dans les environnements suivants: 1D-MUSC simulant des cas de convection profonde (AMMA, ARM) et de transition stratocumulus-cumulus (ASTEX), ALADIN sur l'Afrique de l'ouest simulant des cas issus des expériences Hapex-Sahel et AMMA, enfin simulations forcées et couplées d'ARPEGE-CLIMAT.
  L'effet des erreurs du pilote sur les grandes échelles simulées par un modèle régional de climat.
Emilia Paula Diaconescu et René Laprise
Le principal avantage d'un modèle régional de climat (MRC) consiste dans le développement des petites échelles non-résolues par un modèle de circulation générale (MCG). Cependant, la solution d'un MRC reste dépendante de la qualité des données de pilotage aux frontières latérales. Cette étude vise à analyser si un MRC peut améliorer les statistiques des grandes échelles fournies par le modèle pilote. L'étude est développée dans le contexte de l'expérience Imperfect Big-Brother (IBB) et utilise les réanalyses ERA-Interim et cinq simulations globales réalisées avec le modèle global Canadian GEM, pour piloter le Modèle Régional Canadien du Climat version 5 (MRCCV5) sur quatre domaines d'intégration centrés sur l'Amérique du Nord. Les résultats montrent que, dans le cas d'un pilotage avec des données parfaites, les erreurs dans les grandes échelles développées par le MRCCv5 augmentent avec la taille du domaine d'intégration, mais elles restent relativement petites même pour le plus grand domaine d'intégration. Par contre si les données de pilotage contiennent des erreurs, le MRCCv5 peut apporter quelques améliorations dans les grandes échelles du pilote quand un très grand domaine d'intégration est utilisé. L'amélioration vise principalement l'amplitude des patrons des composantes stationnaires et transitoires. Toutefois, ces améliorations sont relativement modestes si les erreurs dans les données de pilotage sont grandes.
  Assimilation des données satellites SWOT : impact sur les paramètres d'un modèle hydrologique à grande échelle
Vanessa Pedinotti, Aaron Boone, Nelly Mognard, Sophie Ricci, Sylvain Biancamaria, Christine Lion
L'amélioration des modèles d'hydrologie globale nécessite l'utilisation de mesures ayant un bon recouvrement temporel et spatial, ce qui n'est actuellement pas le cas dans toutes les régions du monde. Le manque de mesures in-situ a favorisé l'émergence des techniques satellitaires, parmi lesquelles la mission satellite SWOT (Surface Water Ocean Topography), qui fournira des cartes globales de hauteur d'eau à une résolution encore jamais atteinte en altimétrie. Dans le cadre de la préparation à la mission SWOT, cette étude propose une méthode d'assimilation de données virtuelles de hauteur d'eau du satellite, afin d'améliorer les paramètres du modèle d'hydrologie globale ISBA-TRIP. L'étude se concentre sur le bassin versant du fleuve Niger, qui connaît depuis plusieurs décennies, une augmentation inquiétante d'évènement extrêmes (inondations, sécheresses) dûs notamment à la variabilité intra et interannuelle de la mousson africaine. Lors d'une étude préliminaire sur l'évaluation du modèle ISBA-TRIP, les paramètres sensibles du modèle et sur lesquels reposent d'importantes incertitudes ont été mis en évidence. Le coefficient de Manning, notamment, est un paramètre important contrôlant la dynamique des fleuves, mais difficile à estimer, en particulier dans une zone aussi large, où il peut varier considérablement en fonction de différents facteurs (sol, végétation, sédiments ...). Le travail présenté ici consiste donc à mettre en place une méthode d'assimilation des hauteurs d'eau SWOT afin d'optimiser le coefficient de Manning. L'assimilation des données SWOT est appliquée dans le cadre d'une expérience jumelle, qui consiste à considérer une simulation de référence, appelée 'vérité', de laquelle sont issues les observations virtuelles de hauteur d'eau SWOT. Un run perturbé est ensuite généré en supposant que les incertitudes du modèle sont liées uniquement à une mauvaise estimation du paramètre à corriger. L'étude montre que l'assimilation permet l'optimisation d'un paramètre distribué spatialement, puisque l'on obtient une convergence globale du coefficient de Manning. De plus, l'assimilation permet une nette correction des biais de hauteur d'eau sur la rivière (30 % en moyenne sur la rivière), et dans une moindre mesure , des débits (7 %). L'assimilation permet aussi une meilleure représentation des inondations (occurrence, intensité) sur le Delta intérieur du Niger. Enfin, il est montré que le coefficient de Manning optimal issu de l'assimilation, peut être utilisé pour des prévisions hydrologiques sur une période plus longues que celle de la phase de calibration.
  Échanges d'énergies associés à la variabilité inter-membre dans un ensemble de simulations du Modèle Régional Canadien du Climat : Application à la région de l'Arctique
Les Modèles Régionaux du Climat (MRC) ont longtemps été considérés comme des outils performants, de haute résolution à aire limitée, permettant une meilleure compréhension du climat passé, présent et futur. Ces modèles ont la particularité de reproduire différentes solutions acceptables de l'état de l'atmosphère à cause de leur sensibilité aux conditions initiales (CI) associée à la variabilité inter-membres (VI) du modèle. Contrairement aux simulations des Modèles Globaux du Climat, la VI des simulations d'un MRC est inférieure à la variabilité transitoire (VT) en violation de la propriété d'ergodicité selon laquelle VI égale VT. Cela est dû aux conditions frontières latérales (CFL) qui limitent le degré de liberté des simulations d'un MRC. Toutefois les travaux antérieurs ont révélé la présence d'épisodes de forte croissance de la VI dans les simulations des MRC.
  Adaptation du modèle de surface CLSM vers une approche plus réaliste des processus nivaux dans le bassin de la Durance
Claire Magand, Agnès Ducharne, Simon Gascoin, Nicolas Le Moine
La Durance est le dernier affluent majeur du Rhône avant qu'il ne se jette dans la méditerranée, son bassin versant (~14 000km²) présente un relief très contrasté avec une gamme d'altitudes de plus de 4000 mètres. La partie amont du bassin, très influencée par la neige (plus de 50% des précipitations), est responsable de 40% du débit à la confluence avec le Rhône alors qu'elle ne représente que 25% de sa surface. Dans le cadre d'un projet de recherche (R²D²-2050) sur la gestion des ressources en eau de ce bassin, le modèle CLSM a été mis à contribution. Ce modèle est un modèle de surface semi-distribué et est couplé à un modèle de neige multi-couches à base physique. Le bassin de la Durance a pour cela été subdivisé en sous-bassins versant d'environ 500 km² et les forçages météorologiques utilisés présentent une haute résolution spatiale et temporelle (1h,1km²).
  Air-sea interaction in the eastern Equatorial Atlantic at intraseasonal timescales in boreal spring and summer: a quasi-biweekly equatorial oscillation
Gaëlle de Coëtlogon, Marion Leduc-Leballeur, Rémi Meynadier, Sophie Bastin, Moussa Diakhaté, Laurence Eymard, Hervé Giordani, Serge Janicot, Alban Lazar
A quasi-biweekly oscillation in the northern front of the eastern equatorial Atlantic's cold tongue is investigated by using observations and reanalyses in the 2000-2009 decade, with a focus on boreal spring and summer months (May to August). Fluctuations of the front latitude induce quasi-biweekly equatorial sea surface temperature (SST) anomalies that are strongly coupled with surface wind anomalies. Linear regressions performed onto a Northern Cold Tongue Index emphasize the two following mechanisms to explain the atmospheric adjustment to SST anomalies: first, a colder (warmer) ocean decreases (increases) the vertical mixing in the marine atmospheric boundary layer, which favors a weaker (stronger) surface wind; and second, a positive (negative) anomaly of SST meridional gradient induces a negative (positive) anomaly in sea level pressure meridional gradient, which accelerate (decelerate) the surface wind. The first mechanism has an immediate effect, while the second takes one or two days to adjust. Following a large-scale wind acceleration (deceleration), the second mechanism weakens (strengthens) southeasterlies in the low troposphere south of 1°N, through reversed SST and meridional pressure gradient anomalies, thereby forcing the opposite phase of the oscillation within about 6 to 8 days. Between the equator and the coast, both mechanisms possibly explain the observed intensification of the recirculation loop between the equator and the Guinean coast in the low troposphere, which sustains and accelerates surface wind around 3°N.
  Potentiel de prévisibilité des précipitations intra-saisonnières ouest-africaines par les modèles TIGGE.
Samuel Louvet(1), Benjamin Sultan(1), Serge Janicot(1) ,
Cette étude porte sur la prévisibilité de la pluviométrie à l'échelle intra-saisonnière en Afrique de l'Ouest par l'ensemble de modèles météorologiques TIGGE (THORPEX Interactive Grand Global Ensemble). Nous avons comparé la performance de modèles de 6 centres globaux utilisant de 14 à 50 différentes conditions initiales pour des échéances de prévision allant de 1 jours à 15 jours. La comparaison de ces sorties de modèles a été menée sur l'été à différentes échelles et sur différents événements intra-saisonniers de la période 2008-2012. La variabilité intra-saisonnière des précipitations estivales a fait l'objet de comparaison entre les données satellites (TRMM 3B42 et RFE2) et les prévisions TIGGE à différentes échelles spatiales. Les dates de démarrage des différentes saisons des pluies ont été analysées. Différents critères ont été retenus pour obtenir les dates de démarrage : critères pluviométrique, convectif (OLR), dynamique et énergétique (énergie statique humide et vent à 200hPa et 925hPa). D'autre part, les années dont des événements MJO ont modulé les précipitations ouest-africaines ont été regardées dans les modèles. Nous avons cherché à voir si les modèles reproduisaient bien l'amplitude de la modulation des pluies régionales ainsi que le timing de l'arrivée de l'événement MJO sur la zone étudiée. Un regard est aussi porté sur les fausses alertes de modulation type MJO fournies par les modèles de l'ensemble TIGGE. Les meilleurs résultats, en termes de biais et de variabilité des précipitations, sont obtenus pour la partie ouest du sahel. Les prévisions les plus réalistes de dates de démarrage sont fournies pour les critères pluviométriques et énergétiques. Enfin, il apparaît qu'un ensemble ne retenant que les sorties des modèles ECMWF, UKMO et NCEP donnent des meilleurs résultats que l'ensemble TIGGE.
  Estimations de précipitations journalières sur la France par radiométrie micro-onde
C. Birman(1), F. Karbou(1), J-F. Mahfouf(2)
Les observations de télédétection spatiale constituent une source d'information particulièrement riche pour décrire la température et l'humidité de l'air sur plusieurs niveaux d'altitudes mais aussi pour observer la surface. Cela est possible grâce à un ensemble d'instruments à bord de satellites à orbite polaire comme AMSU-A , AMSU-B , SSM/I et SSMI/S . A partir des observations sensibles à la surface, issues des canaux dits « fenêtres », il est possible de calculer les émissivités de surface en enlevant les contributions atmosphériques des observations à l'aide du modèle de transfert radiatif RTTOV et d'informations a priori venant du modèle ARPEGE. Étudier les émissivités, plutôt que les températures de brillance, permet de s'affranchir du signal atmosphérique contenu dans la mesure micro-onde. Nous avons étudié les émissivités calculées à plusieurs fréquences micro-ondes allant de 19 GHz à 150 GHz et nous avons mis en évidence une très forte sensibilité des émissivités de surface à la présence de précipitations au sol, les fréquences proche de 89 GHz étant celles montrant la plus forte sensibilité. Par la suite, nous avons mis en oeuvre un algorithme de détection des précipitations totales sur la France métropolitaine en exploitant les émissivités journalières proches de 89 GHz (à partir des instruments AMSU-A, AMSU-B et SSMI/S). L'algorithme est basé sur (1) l'utilisation d'une climatologie d'émissivité traduisant un état moyen du sol sec, sur (2) des estimations journalières d'émissivités pour le jour J de restitution mais aussi les jours J-1 et J-2 et sur (3) une fonction mathématique traduisant le lien entre occurrence de précipitations et baisse brutale de l'émissivité de surface par rapport à une valeur moyenne du sol sec. Cette fonction a été préalablement élaborée à l'aide des cumuls journaliers de précipitations provenant des analyses ANTILOPE. Nous présenterons en détail l'algorithme d'estimation des précipitations journalières et nous procèderons à une évaluation approfondie des simulations micro-ondes en faisant appel à des estimations indépendantes de précipitations. Nous dresserons également quelques perspectives pertinentes pour la suite de ce travail dont la méthodologie est exportable vers d'autres régions du monde ou l'on manque de mesures in-situ.
  Sensitivity testing of WRF parametrizations on air-sea interaction and its impact on water cycle in the gulf of Guinea
R. Meynadier, G. de Coëtlogon, S. Bastin, M. Leduc-Leballeur, L. Eymard, S. Janicot
A strong ocean-atmosphere coupling exists in the equatorial region (northern front) of the Tropical Atlantic cold tongue, implying surface winds and sea surface temperature (SST): cold intraseasonal (respectively warm) SST anomalies strengthen (weaken) southerlies between the Equator and the Guinean coast during a few days. Such interactions have a significant contribution in the functioning and partitioning of the water cycle in spring over the ocean as well as later in the season over West Africa. This study aims to describe the impact of some physical schemes of regional models on the air-sea interaction in the Atlantic Tropical. Using the Weather Research and Forecasting Model (WRF), we perform an ensemble of simulations for the period April-Jul 2006 that involves testing atmospheric convection, cloud microphysics, boundary layer and radiation schemes. Results are compared to satellite-based products (TRMM, QUICKSCAT, TMI,SRB) and recent reanalysis including CFSR, MERRA, ERA-Interim and the ECMWF special reanalysis (ERA-AMMA) produced within the AMMA project.
  Evaluation du modèle ISBA-A-gs pour la modélisation de la variabilité interannuelle des rendements agricoles en France
N. Canal (CNRM/GMME/VEGEO, ARVALIS Institut du Végétal), J.C. Calvet (CNRM/GMME/VEGEO)
Une étude récente a permis de mettre en évidence que le modèle générique de surfaces continentales ISBA-A-gs peut de représenter la variabilité interannuelle de la biomasse aérienne sèche des céréales et prairies en France. Pour y parvenir, une optimisation du contenu maximal en eau du sol et de la conductance mésophyllienne (pilotant la photosynthèse) doit être réalisée. De bonnes corrélations sont obtenues sur la période 1994-2008, dans certains départements, entre la biomasse aérienne simulée, et les rendements de céréales issues des données statistiques Agreste. Cette étude a été reproduite avec SURFEX (SURFace EXternalisée), version 7.2, développé par Météo-France, en utilisant le module « LAI interactif ». Ensuite, une étude statistique a été menée et montre des corrélations significatives entre l'humidité du sol moyennée sur une décade et les biomasses/rendements simulés et observés. On peut notamment voir à quel moment de l'année et à quelle étape de l'évolution de la plante cette corrélation correspond à un moment clé où l'humidité du sol a un impact sur le rendement final (travaux de C. Szczypta, thèse soutenue en 2012). On parvient à relier la valeur de l'indice foliaire simulé (LAI) avec un stade phénologique. Nous pouvons alors mettre à profit ces corrélations en utilisant les régressions linéaires entre la biomasse simulée et le rendement observé sur la période d'étude 1994-2011. Pour cela, nous nous intéressons à l'aspect prédictif du modèle en regardant le nombre de bonnes prédictions du rendement effectuées en connaissant l'humidité du sol simulée à des moments précis de l'année. Ce jeu de simulations est reproduit avec la version « diffusion » du modèle de sol dans SURFEX, afin d'évaluer l'apport d'une discrétisation fine du sol et de l'utilisation d'un profil racinaire exponentiel. L'évaluation est de nouveau faite en utilisant la corrélation entre les variables biophysiques du modèle et les rendements Agreste. Enfin, on élargit l'étude en regardant l'information apportée par des observations satellitaires de type LAI (issues du projet GEOLAND2) sur le rendement final, quelques décades avant la date de récolte. La corrélation entre la date du LAI maximal observé et les dates de récolte moyennes en France est examinée.
  Etude des courbes IDF en se basant sur les propriétés multifractales des séries de données étudiées
Hanen Ghanmi, Cécile Mallet, Zoubeida Bargaoui1
Les propriétés multifractales de données de pluie à pas de temps de 5mn enregistrées à la station de Tunis Manoubia à Tunis (Tunisie) ont été reliées aux propriétés d'invariance d'échelle des courbes intensité-durée-fréquence (IDF). L'invariance d'échelle des moments statistiques d'intensité de pluie a été analysée avec un modèle multifractal universel (MU) après avoir corrigé le problème de biais du à la grande intermittence de pluie. Le modèle MU permet d'estimer le moment critique de divergence de moment qD à partir d'une fonction appelé fonction échelle de moment K(q). En effet, la divergence de moments est équivalente à une chute algébrique de la distributions des intensités au delà d'un certain seuil. Les intensité dépassant ce seuil correspondent aux intensité à faible fréquence. Ainsi, on peut relier ces intensités et par la suite les courbes IDF à l'ordre de divergence du moment.
  Modélisation couplée des processus de surface et souterrains pour prédire la distribution spatiale de l'évapotranspiration.
Jean-Martial COHARD; Marie BOUCHER; Marc DESCLOITRE; Dorothée ROBERT; Sylvie GALLE
Les zones de socles sont des milieux complexes qui restent difficile à appréhender avec les modèles hydrologiques. En effet, la variabilité spatiale des propriétés hydrodynamiques qui contrôlent les écoulements souterrains est susceptible de conduire à une variabilité spatiale de l'humidité dans le sol et créer ainsi, des zones préférentielles pour la recharge de la nappe, la génération des écoulements, et des hétérogénéités spatiales pour l'évapotranspiration. Cette étude évalue l'impact de la géométrie du socle de l'aquifère sur les écoulements souterrains et sur les flux turbulents à l'échelle de la parcelle ou à l'échelle d'un petit basin versant. Pour représenter ces interactions entre les eaux souterraines et la surface, le modèle Parflow-CLM est utilisé. Il couple un modèle 3D de transfert des eaux souterraines et un modèle Sol-Végétation-ATmosphère. Le modèle est appliqué au bassin versant d'Ara (12km²) situé dans une zone de socle fracturé au nord Bénin qui est soumis à un climat soudanien avec une pluviométrie annuelle moyenne de 1200mm. Ce bassin versant fait partie des super sites AMMA. Le substrat géologique est composé de roches métamorphiques structurées en bandes orientées nord-sud et ayant un pendage de 20° vers l'est. Cette structuration du substrat se retrouve dans l'organisation spatiale des épaisseurs de sol et de leurs propriétés hydrodynamiques, ce qui permet de générer des écoulements latéraux perpendiculairement à la pente de la surface. La validité des simulations réalisées avec différentes géométries de socle sont évaluées par les différents termes du bilan d'énergie observées incluant 3 stations de rayonnement, une station d'eddy-covariance et un scintillomètre pour les mesures de flux sensibles et latents, 3 profils de température et d'humidité du sol et un réseau de piézomètres. Les simulations montrent une sensibilité des écoulements à la géométrie du socle. En particulier, la redistribution de l'eau souterraine dans les altérites s'effectue à des échelles de temps compatibles avec celle du cycle de la végétation. Cette redistribution permet ainsi une variabilité spatiale et temporelle de l'évapotranspiration.
  Evaluation comparative préliminaire des analyses hydro-météorologiques SAFRAN-Nivo et MESCAN en zones de montagne au travers d'un modèle de manteau neigeux et des observations de hauteur et d'équivalent en eau de la neige.
M. Lafaysse1, S. Morin1, C. Soci2, E. Bazile2, Y. Durand1,G. Giraud1, F. Besson3, J.-M. Soubeyroux3 1. Météo-France CNRS, CNRM-GAME, CEN, Grenoble. 2. Météo-France CNRS, CNRM-GAME, Toulouse. 3. Météo-France, DClim/AVH, Toulouse.
Toute activité de simulation numérique de l'enneigement à la surface terrestre requiert la meilleure estimation possible des conditions météorologiques de surface, en particulier la quantité et la phase des précipitations. En régions de montagne, les enjeux associés à ce type de simulation sont nombreux (prévision du risque d'avalanches, hydrologie nivale, état thermique du sol, etc.) et les conditions météorologiques y sont particulièrement difficiles tant à mesurer ponctuellement qu'à extrapoler en temps et en espace. Cette contribution s'attache à fournir une évaluation préliminaire des performances comparées des systèmes d'analyse météorologique SAFRAN-Nivo (Durand et al., 1993, 2009a) et du nouveau système d'analyse MESCAN en terme de hauteur et d'équivalent en eau de la neige. Ces grandeurs physiques ont été simulées en utilisant le modèle SURFEX/ISBA-Crocus. SAFRAN-Nivo, utilisé opérationnellement en appui à la prévision du risque d'avalanches, repose sur la définition de « massifs » météorologiquement homogènes au sein desquels les variables météorologiques dépendent essentiellement de l'altitude. MESCAN est un schéma d'analyse en point de grille opérant à la résolution horizontale du modèle météorologique donnée en entrée. Pour cette étude les sorties du modèle ALADIN ont été projetées sur une grille de 5.5km sur la France, résolution horizontale utilisée pour l'analyse MESCAN sur l'Europe dans la cadre du projet EURO4M. Pour cette étude, les variables météorologiques d'entrée de SURFEX/ISBA-Crocus ont été interpolées à l'altitude et aux coordonnées géographiques de 83 et 30 postes d'observations dans les Alpes et les Pyrénées, respectivement, d'altitudes comprises entre 1325m et 3000m d'altitude, et dont l'altitude moyenne est 2100 m. Ces postes correspondent soit à des postes d'observation automatique (Nivôse) ou manuels (réseau d'observations nivo-météorologiques) de hauteur de neige ou de postes d'observation de la stratigraphie du manteau neigeux permettant d'en déduire la hauteur mais également l'équivalent en eau de la neige. Les combinaisons de différents forçages considérés (SAFRAN-Nivo, MESCAN, Aladin) pour la saison nivologique 2009-2010 avec le modèle de neige SURFEX/ISBA-Crocus ainsi que d'autres modèles de neige utilisés à Météo-France sont ainsi évaluées pour la première fois à l'aide d'un jeu de données étendu couvrant une large gamme de conditions hydrométéorologiques en régions de montagne.
  Assimilation de données de hauteur de neige, d¿équivalent en eau et de température de brillance micro-ondes dans le schéma de neige multi-couches SURFEX/ISBA-Crocus ¿ DMRT-ML
R. Essery1, S. Morin2, G. Picard3, M. Dumont2, F. Karbou2, M. Lafaysse2, J. Lemmetyinen4
1. Univ. Edimbourg, Edimbourg, Royaume-Uni - 2. Météo-France ¿ CNRS, CNRM-GAME, CEN, Grenoble, France - 3. Université Joseph Fourier Grenoble ¿ CNRS, LGGE, Grenoble, France - 4. Finnish Meteorological Institue, Helsinki, Finlande.

Caractériser le plus précisément possible la présence, la qualité (propriétés physiques) et la quantité (équivalent en eau de la neige ¿ EEN) de la neige au sol est d¿un intérêt majeur pour de nombreuses activités scientifiques telles que la prévision numérique du temps, le suivi et la prévision hydrologique, la prévision du risque d¿avalanches, et l¿étude des rétroactions climatiques liées au manteau neigeux. Ces vingt dernières années ont vu la consolidation de modèles unidimensionnels multi-couches du bilan de masse et d¿énergie du manteau neigeux et leur¿usage croissant dans les schémas de surface (Vionnet et al., 2012 ; Essery et al., sous presse). En parallèle, l¿amélioration des modules d¿analyse hydro-météorologique et des modèles météorologiques alimentant de tels schémas de surface ont amélioré la finesse des simulations numériques de l¿enneigement, et, partant, augmenté les attentes de la communauté scientifique en la matière. Néanmoins, de nombreuses sources d¿erreur portent sur les données de forçage et les modèles eux-mêmes, en particulier le rôle joué par des processus décrits trop imparfaitement dans ces derniers, tels que les phénomènes de transport de neige par le vent et les interactions complexes entre le manteau neigeux et la végétation. L¿impossibilité de maîtriser de façon complètement déterministe la simulation numérique de l¿enneigement conduit naturellement à se tourner vers l¿assimilation de données comme voie d¿amélioration de la représentation et l¿analyse de la neige au sol. Nous présentons ici la mise en ¿uvre d¿un filtre de Kalman étendu simplifié (SEKF) permettant d¿assimiler dans le modèle ISBA-Crocus (au sein de SURFEX ; Vionnet et al., 2012) des données de températures de brillance micro-onde mesurées par satellite ou par des radiomètres au sol. En effet, le rayonnement micro-onde émis par la surface est sensible à la présence de neige et à aux profils de propriétés physiques telles que la température, la teneur en eau liquide, la masse volumique et la « taille des grains » de neige. Les données micro-ondes sont exploitées depuis plusieurs années par divers algorithmes d¿estimation de l¿EEN de la neige utilisés à l¿échelle du globe (e.g. GlobSnow). Pour cette étude, l¿opérateur d¿observation utilisé est le modèle d¿émission micro-ondes à bases physiques DMRT-ML (Picard et al., 2012) alimenté par les profils simulés par SURFEX/ISBA-Crocus. Des expériences d¿assimilation ont été menées sur le site expérimental de Sodankylä (Finlande) qui dispose de jeux de données micro-ondes (TB à 19 et 37 GHz en polarisation horizontale et verticale), de données météorologiques de forçage et d¿observations stratigraphiques du manteau neigeux. Cette contribution décrit les principes du schéma d¿assimilation et la configuration des modèles utilisés pour cette dernière (y compris pour l¿assimilation de données de hauteur de neige et d¿EEN, i.e. en faisant abstraction de la composante micro-ondes). La nature saisonnière et l¿évolution dans le temps du nombre de couches de neige utilisées pour décrire le manteau neigeux sont autant de défis à résoudre pour les systèmes conventionnels d¿assimilation. Les méthodes et contournements employés pour réaliser les expériences sont détaillées. Les performances du système actuel, tant du point de vue global (EEN, hauteur de neige) que de la stratification des propriétés de la neige, sont décrites en détail. Enfin, des perspectives de développement ultérieur de cette action de recherche sont proposées.
  Les scénarios intra-sasionniers : un moyen alternatif de détection de la prévisibilité potentielle à l'échelle régionale
Vincent Moron, Pierre Camberlin, Andrew Robertson, Nathalie Philippon
Les précipitations tropicales résultent de phénomènes météorologiques imbriqués. Les cumuls saisonniers à l'échelle régionale permettent de filtrer une partie des variations spatiales liées notamment aux échelles les plus fines et ainsi de magnifier l'action des forçages des plus vastes. La variabilité interannuelle des totaux saisonniers est partiellement prévisible à partir de l'état antérieur des températures de surface océanique. Cependant, ce total saisonnier ne constitue pas toujours l'élément le plus prévisible, notamment dans le cas où les pluies les plus abondantes en moyenne sont fortement incohérentes. La saison février-juin au Kenya et au nord de la Tanzanie montre que la prise en compte explicite de la variabilité intra-saisonnière permet d'extraire les signaux les plus cohérents, c'est-à-dire ceux qui sont potentiellement les plus prévisibles à l'échelle interannuelle.
  Variabilité Synoptique de la Mousson Africaine : vers une vision intégrée des processus impliquant ondes d'est et dépression saharienne.
Dominique Bouniol, Fleur Couvreux, Jean-Philippe Lafore, Romain Roehrig et Emmanuel Poan
Historiquement, la variabilité synoptique de la mousson d'Afrique de l'Ouest a été essentiellement étudiée sous l'angle dynamique des perturbations cycloniques de la moyenne troposphère appelées ondes d'Est Africaines. Parallèlement, le rôle de la dépression saharienne dans la mise en place de la mousson ainsi que dans sa variabilité intrasaisonnière et synoptique a été démontré. Plus particulièrement, elle intervient dans la mise en place des intrusions d'humidité de basses couches ou « monsoon surge » au Sahel, où l'humidité est un facteur essentiel pour la formation de précipitations. Nous proposons ici une approche intégrée des interactions entre la dépression saharienne et ces ondes d'Est pendant la saison mousson. Nous avons montré récemment que la variable « eau précipitable » permettait d'analyser la variabilité synoptique liée aux ondes d'est se propageant le long du flanc nord du Jet d'Est Africain, notamment leur lien avec les processus convectifs. Une approche composite basée sur les évènements synoptiques particulièrement humides en termes d'eau précipitable nous permet de mettre en évidence le rôle des processus diabatiques dans l'évolution des anomalies humides associées à ces évènements. L'utilisation conjointe d'observations satellitales de pluie, de nébulosité et de rayonnement permet d'étudier le réalisme et la robustesse des résultats obtenus avec la réanalyse ERA-Interim. L'analyse des bilan de température et d'humidité, ainsi que de leurs différentes composantes (advections, source de chaleur apparentes, rayonnement et puits d'humidité) permet ensuite de mieux comprendre le couplage entre la dépression thermique saharienne, l'onde d'est et les processus diabatiques.
  A prognostic surface albedo in SURFEX based on the relationship between MSG-derived soil albedo and soil moisture: impact measurement on the energy budget over France
Siliang LIU, Jean-Louis ROUJEAN, Jean-Christophe CALVET, Marie PARRENS, Alina BARBU, and Stéphanie FAROUX
Surface albedo is a key variable for controlling the energy budget in the atmospheric boundary layer. In this regard, an accuracy assessment about 3% is required for surface albedo in the numerical weather prediction (NWP ) and climate modelling, which justifies the effort for performing atmospheric and anisotropic corrections on satellite radiometry. Actually, since climate models are partitioning the surface albedo into soil and vegetation albedos separately, a clear understanding of their respective variations is searched. While vegetation albedo varies mostly on a seasonal basis, day-to-day variations of soil albedo are mostly caused by the precipitations. The present study aims at quantifying first the magnitude of near surface soil moisture (SM) on soil albedo derived from MSG/SEVIRI observations. Then, persistency of the soil albedo with time is achieved using a Kalman filter and ECOCLIMAP as back-up. The variations of soil albedo with SM are well modelled in the literature using an exponential function. This relationship is convinced by comparing 4km SEVIRI data with field measurements of SM over SMOSMANIA stations located in south-western France, which encompasses various soil textures. Time series of SM and SEVIRI-derived soil albedos using a new approach are found in good agreement for the cases of reference of vegetated-spare areas. Results of comparison with ASCAT SM products at 8km will also be shown. Further, a prognostic surface albedo is built based on variations of SM and LAI and assuming a static vegetation albedo. An assimilation of the prescribed surface albedo is performed within the SURFEX environment over France by using the forcing SAFRAN and analysed soil moisture during 2009-2010 as inputs. Results in this context of a modification of the surface albedo at short-term scale will be discussed.
  Intraseasonal variability in the Benguela upwelling system
Goubanova.K, S.Illig, E.Machu et V.Garçon
Eastern Boundary upwelling systems, such as the Benguela upwelling system, are the regions of largest warm biases in the global coupled climate models. A better understanding of the regional processes, in particular those related to air-sea interactions, is therefore a challenging issue. This study focuses on the observed subseasonal variability in the Benguela upwelling system based on satellite data over the 1999-2009 period. First, we document spatial patterns and time-frequency characteristics of the subseasonal SST variability using Extended Orthogonal Function and wavelet tools. This analysis allows identifying two dominant regimes of variability that explain 25% and 20%, respectively, of the total subseasonal SST variability along the coast: a submonthly regime with a dominant 11-days oscillation and a lower frequency intraseasonal regime with a dominant 61-days oscillation. Both regimes are consistent with Ekman transport dynamics and are modulated, to a large extent, by the local surface winds. They are characterized by a strong seasonal dependence that can be explained by the marked seasonality of the subseasonal wind stress activity and by the vertical stratification within the ocean surface layer. The large-scale atmospheric patterns associated with the two regimes of wind-driven SST variability are further examined. Results indicate an important role of the eastward propagating disturbances at the mid-latitudes associated with a wave number 4 pattern and suggest a role of the intraseasonal component of the Antarctic oscillation in the subseasonal variability of the Benguela upwelling system. The impact of the remote equatorial Kelvin wave propagating along the coast on the SST variability is discussed.
  Using water isotopes in the evaluation of land surface models
F.Guglielmo (LSCE/IPSL,CEA Gif-sur-Yvette, France), C. Risi (LMD/IPSL,CNRS Paris, France), C. Ottlé (LSCE/IPSL,CEA-CNRS-UVSQ Gif-sur-Yvette, France)
Several studies show that uncertainties in the representation of land surface processes contribute significantly to the spread in projections for the hydrological cycle. Improvements in the evaluation of land surface models would therefore translate into more reliable predictions of future changes. The isotopic composition of water is affected by phase transitions and, for this reason, is a good tracer for the hydrological cycle. Particularly relevant for the assessment of land surface processes is the fact that bare soil evaporation and transpiration bear different isotopic signatures. Water isotopic measurement could thus be employed in the evaluation of the land surface hydrological budget. With this objective, isotopes have been implemented in the land surface model ORCHIDEE on 1.5 vertical layers. The model is currently undergoing further development. In particular, a newly discretized (11 layers) hydrology aims at a more realistic representation of the soil water budget and, consequently, at a simulation of isotopic vertical profiles with higher resolution. In addition, biogeophysical processes specific of the high latitudes, as, for instance, the dynamics of permafrost and of its interaction with snow and vegetation, are being included, towards an ORCHIDEE version able to more realistically simulate the land surface hydrological budget in those regions. Model results have been evaluated against isotopes measurements in soil and stem water at different instrumented sites. The seasonality for present day simulations is reasonably well reproduced. Furthermore, a sensitivity analysis investigates to what extent water isotopic measurements in soil water can help constrain the representation of land surface processes, with a focus on the partitioning between evaporation and transpiration. In turn, improvements in the description of this partitioning may help reduce the uncertainties in the land surface hydrological response to climate change.
  Anthropogenic influence on multi-decadal changes in reconstructed global evapotranspiration
Hervé Douville, Ramdane Alkama, Bertrand Decharme, Aurélien Ribes
Global warming is expected to intensify the global hydrological cycle, with an increase of both evapotranspiration (ET) and precipitation. Yet, the magnitude and spatial distribution of this global and annual mean response remains highly uncertain. Better constraining land ET in 21st century climate scenarios is critical for predicting changes in surface climate, including heat waves and droughts, evaluating impacts on ecosystems and water resources, and designing adaptation policies. Continental-scale ET changes may already be under way, but have never been attributed to anthropogenic emissions of greenhouse gases and sulphate aerosols. Here we provide global gridded estimates of annual ET and demonstrate that the latitudinal and decadal differentiation of recent ET variations cannot be understood without invoking the anthropogenic radiative forcings. In the mid-latitudes, the emerging picture of enhanced ET confirms the end of the "dimming" decades and highlights the possible threat posed by increasing drought frequency to managing water resources and achieving food security in a changing climate.
  Vers une unification de l'hydrologie des sols dans le modèle de surface continentale ORCHIDEE
A. Ducharne, M. Guimberteau, A. Campoy, J. Polcher, F. Cheruy, N. Vuichard, D. Solyga, F. Maignan, C. Ottlé, P. Peylin, M. Mancip, J. Ghattas
L'hydrologie des sols est un élément important des modèles de surface continentale, car elle contrôle les ressources en eau (débits, irrigation) et influence le fonctionnement de la végétation (photosynthèse, phénologie) ainsi que les flux turbulents échangés avec l'atmosphère, avec des rétroactions possibles sur le climat (températures et précipitations notamment) en mode couplé. Dans ce cadre, une question scientifique majeure concerne les temps de résidence de l'eau dans les sols et le sous-sol, dont dépendent la dynamique des rétroactions entre surface et atmosphère (effets mémoire/persistance), ainsi que la variabilité des débits (effets tampon). Le modèle ORCHIDEE de l'IPSL (Krinner et al., 2005) permet deux représentations assez différentes de l'hydrologie des sols. La première historiquement décrit le sol selon une approche conceptuelle à deux couches, qui ne produit des écoulements (runoff) que quand le sol est intégralement saturé. La seconde (de Rosnay et al., 2002 ; d'Orgeval et al., 2008) est à bases physiques et discrétise le sol en 11 couches pour résoudre l'équation de Richards, qui contrôle l'évolution du profil d'humidité et les flux d'eau verticaux, y compris le ruissellement et drainage à la base du sol. Pendant longtemps, ces deux paramétrisations ont été associées à des versions différentes d'ORCHIDEE, ce qui interdisait notamment d'utiliser l'hydrologie à bases physiques dans le modèle de climat de l'IPSL. Un gros effort de convergence a été mené depuis deux ans pour remédier à ce problème, et l'on dispose maintenant de deux versions ORC2 et ORC11 qui ne diffèrent que par l'hydrologie des sols, ce qui permet donc de les comparer dans un environnement numérique commun. Nous présenterons une synthèse de cette comparaison, avec des résultats en mode forcé et couplé, à l'échelle globale, régionale (Amazonie, Europe), et local (sites Fluxnet). En conclusion, nous présenterons les avantages conceptuels de la version à bases physiques, qui permet par exemple une meilleure comparaison avec les observations d'humidité de surface par télédétection, ainsi que d'aborder le couplage hydraulique du sol avec une nappe.
  Etude de la prévisibilité saisonnière des ressources en eau sur la France avec le modèle Safran-Isba-Modcou
Singla S.(1,2), Céron, J.-P.(2), Martin E.(1), Regimbeau F.(2), Déqué, M.(1), Habets F.(3), Vidal J.-P.(4) (1) : CNRM-GAME (Météo-France/CNRS), (2) Direction de la Climatologie (Météo-France) (3) UMR SISYPHE (UPMC, CNRS)/ Centre de géosciences (Mines-Paris Tech) (4) UR HHLY (IRSTEA)
L'objectif de ce travail a été d'évaluer les potentialités de la chaîne Safran-Isba-Modcou forcée par des prévisions saisonnières atmosphériques pour la prévision des humidités du sol et des débits à l'échelle saisonnière pour les périodes du printemps et de l'été. Dans un premier temps, des expériences académiques de prévisibilité ont été menées, permettant d'identifier les sources de prévisibilité liées à la surface et aux nappes. La valeur ajoutée d'une prévision saisonnière météorologique a également été quantifiée pour la saison du printemps. Enfin, une étude détaillée concernant la saison estivale a été menée. En particulier, l'impact du délai d'anticipation sur la qualité des résultats a été étudiée.
  Comparaison des modèles LMDZ et ARPEGE sur un cas 1D de convection en milieu semi aride
M.-P. Lefebvre, F. Couvreux, F. Hourdin, C. Rio, R. Roehrig, J-Y. Grandpeix, F. Guichard
La plupart des modèles de circulation générale ont encore des difficultés à représenter le cycle diurne de la convection continentale. Ce constat s'est vérifié sur des cas d'étude 1D aux moyennes latitudes et dans les Tropiques humides, mais les régions semi-arides sont restées relativement peu étudiées. Les données récoltées au cours de la campagne AMMA ont permis de définir un cas original de convection en milieu semi aride, permettant d'évaluer les paramétrisations de la couche limite, la convection et les nuages dans de telles conditions. Une simulation LES du cas a été réalisée (Couvreux et al., 2011), et sert de référence pour évaluer les versions unicolonne des modèles LMDZ et ARPEGE. Différents tests de sensibilité aux flux de surface, aux profils environnementaux et aux forçages de grande-échelle ont été définis afin d'identifier dans la LES les facteurs contrôlant le cycle diurne de la convection dans cette région, et d'étudier la réponse des paramétrisations des deux modèles à ces facteurs. On présentera les résultats des deux modèles avec différents jeux de paramétrisations physiques, dont celles ayant servi pour les runs CMIP5.
  Estimation de la réserve en eau des sols dans la plaine de Ghriss en Algérie à partir des données satellitaires Landsat ETM+
HAMIMED Abderrahmane, BENSLIMANE Mohamed, SOUIDI Zahira, OZER André
Le sol joue un rôle fondamental dans le cycle de l'eau sur les continents. Sa position à l'interface entre l'atmosphère, la géosphère et la biosphère en fait un réservoir tampon dans lequel les végétaux vont puiser l'eau et les éléments nutritifs indispensables à leur croissance. La réserve en eau du sol est le paramètre principal qui détermine la taille de ce réservoir et ses dynamiques de vidange et de remplissage. Elle agit sur les processus d¿infiltration, d¿évapotranspiration et de ruissellement. De nos jours, la connaissance de la réserve en eau des sols, notamment avec la prise en compte de sa variabilité spatiale, est une préoccupation agro-environnementale grandissante, suite à la prise de conscience de l¿impact potentiel des changements climatiques sur le régime hydrique des sols. La présente étude a pour objectif le développement d¿une méthodologie pour la spatialisation de la réserve en eau des sols agricoles par télédétection. Le site pilote retenu correspond à une région choisie dans la plaine de Ghriss dans l¿ouest algérien. Il s¿étend sur une superficie de 240 km2. Le jeu de données utilisé est constitué de huit images du capteur ETM+, acquises durant l¿année 2002 (du 7 janvier au 15 juillet), et des mesures agrométéorologiques et pédologiques de terrain. La méthodologie présentée consiste à utiliser la valeur optimale de l¿état hydrique, enregistrée par un pixel durant toute la période retenu, pour la relier linéairement aux mesures in-situ de la réserve en eau dans la couche superficielle de 30 cm du sol. Cet état hydrique est exprimé quantitativement en fonction de la fraction d¿évaporation (EF). Celle-ci correspond au rapport entre le flux de chaleur latente (l¿équivalent énergétique de l¿évapotranspiration réelle) et l¿énergie radiative disponible à la surface (égale au rayonnement net moins le flux de chaleur dans le sol), et est déduite de l¿équation du bilan d¿énergie par utilisation du modèle METRIC (Mapping EvapoTranspiration at high Resolution with Internalized Calibration ; Allen et al., 2007). Les résultats obtenus montrent un ajustement linéaire entre les valeurs de la réserve en eau des sols estimées par satellite et celles mesurées in-situ, avec un coefficient de corrélation de 0,78 et un RMSE de 4,1 mm. Compte tenu de l¿incertitude de l¿ajustement, l¿approche développée a fourni des estimations réalistes de la variabilité spatiale de la réserve en eau des sols. Cela confirme les possibilités offertes par les données satellitaires ETM+ pour la spatialisation de certaines propriétés hydrodynamiques des sols, en particulier l¿humidité des sols et leurs capacités de rétention en eau. Ces propriétés ont l¿avantage d¿être spatialisées et sont très utiles dans différentes applications agro-environementales, telles que la détermination du bilan hydrique, le pilotage de l'irrigation, le zonage agro-écologique, la simulation des changements globaux dans l'occupation du sol et la prévision des rendements agricoles.
  Estimation de la réserve en eau des sols dans la plaine de Ghriss en Algérie à partir des données satellitaires Landsat ETM+
HAMIMED Abderrahmane, BENSLIMANE Mohamed, SOUIDI Zahira, OZER André
Le sol joue un rôle fondamental dans le cycle de l'eau sur les continents. Sa position à l'interface entre l'atmosphère, la géosphère et la biosphère en fait un réservoir tampon dans lequel les végétaux vont puiser l'eau et les éléments nutritifs indispensables à leur croissance. La réserve en eau du sol est le paramètre principal qui détermine la taille de ce réservoir et ses dynamiques de vidange et de remplissage. Elle agit sur les processus d'infiltration, d'évapotranspiration et de ruissellement. De nos jours, la connaissance de la réserve en eau des sols, notamment avec la prise en compte de sa variabilité spatiale, est une préoccupation agro-environnementale grandissante, suite à la prise de conscience de l'impact potentiel des changements climatiques sur le régime hydrique des sols. La présente étude a pour objectif le développement d'une méthodologie pour la spatialisation de la réserve en eau des sols agricoles par télédétection. Le site pilote retenu correspond à une région choisie dans la plaine de Ghriss dans l'ouest algérien. Il s'étend sur une superficie de 240 km2. Le jeu de données utilisé est constitué de huit images du capteur ETM+, acquises durant l'année 2002 (du 7 janvier au 15 juillet), et des mesures agrométéorologiques et pédologiques de terrain. La méthodologie présentée consiste à utiliser la valeur optimale de l'état hydrique, enregistrée par un pixel durant toute la période retenu, pour la relier linéairement aux mesures in-situ de la réserve en eau dans la couche superficielle de 30 cm du sol. Cet état hydrique est exprimé quantitativement en fonction de la fraction d'évaporation (EF). Celle-ci correspond au rapport entre le flux de chaleur latente (l'équivalent énergétique de l'évapotranspiration réelle) et l'énergie radiative disponible à la surface (égale au rayonnement net moins le flux de chaleur dans le sol), et est déduite de l'équation du bilan d'énergie par utilisation du modèle METRIC (Mapping EvapoTranspiration at high Resolution with Internalized Calibration ; Allen et al., 2007). Les résultats obtenus montrent un ajustement linéaire entre les valeurs de la réserve en eau des sols estimées par satellite et celles mesurées in-situ, avec un coefficient de corrélation de 0,78 et un RMSE de 4,1 mm. Compte tenu de l'incertitude de l'ajustement, l'approche développée a fourni des estimations réalistes de la variabilité spatiale de la réserve en eau des sols. Cela confirme les possibilités offertes par les données satellitaires ETM+ pour la spatialisation de certaines propriétés hydrodynamiques des sols, en particulier l'humidité des sols et leurs capacités de rétention en eau. Ces propriétés ont l'avantage d'être spatialisées et sont très utiles dans différentes applications agro-environementales, telles que la détermination du bilan hydrique, le pilotage de l'irrigation, le zonage agro-écologique, la simulation des changements globaux dans l'occupation du sol et la prévision des rendements agricoles.
  L'évolution actuelle des précipitations continentale au niveau global : quelles causes possibles pour quels changements ?
R. Alkama
Au cours de cette présentation on va essayer de répondre à la question : y-a(aura)-t-il un changement de précipitations au niveau global ? Pour aborder cette(ces) question(s), on fera d'abord le point sur les différents travaux qui existent dans la littérature. Les points forts et faibles de chaque étude seront mis en avant, avant de décrire la méthode adoptée dans notre travail ainsi que les résultats obtenus. Le données de précipitations utilisé dans cette étude sont issues d'un ensemble de simulations de 14 différent modèles contribuant au prochain rapport du GIEC. Dans un premier temps, ces jeux de précipitation vont être corrigés par deux méthodes quantile-quantile déférentes est comparé au observations (GPCC, GPCP) sur les deux périodes 1901-2100 et 1979-2010. Ensuite, on va étudier l'évolution des précipitations continentale futures corrigées sur la période 2010-2100.
  Le cycle du carbone continental dans les regions boreales et sa reponse au changement climatique recent: une analyse numerique
C. Delire, B. Decharme, R. Alkama
Le modele de surface SURFEX est utilise pour simuler l'evolution du cycle du carbone continental et du pergelisol aux hautes latitudes de l'hemisphere N durant le 20ieme siecle. Nous comparons les contenus en carbone du sol simules aux donnees de la base HWSD et nous analysons les differences. Nous mettons en evidence a grande echelle l'importance de la matiere organique du sol dans les flux d'echange de chaleur et d'eau et par consequence dans le fonctionnement de la biosphere simulee. Nous effectuons ensuite une etude de sensibilite du carbone continental au changement de temperature, de precipitation et de CO2 depuis 1960.
  Développement et évaluation d'un schéma d'aquifère simplifié dans le système hydrologique continental ISBA-TRIP : évaluation sur la France et à l'échelle globale.
Jean-Pierre Vergnes
Ces dernières années, l'impact des eaux souterraines sur le bilan hydrique de surface et sur le climat a fait l'objet de plusieurs études. Au CNRM, un schéma d'aquifère simplifié à été développé et implémenté dans le système hydrologique continental ISBA-TRIP. Dans un premier temps, la France a été choisie comme domaine d'évaluation sur la période 1958-2010. Les débits et hauteurs de nappe simulés ont été comparés aux observations et aux sorties du modèle hydrométéorologique SIM. La prise en compte des eaux souterraines a permis d'améliorer les débits d'étiage dans les régions où les aquifères sont connus pour jouer un rôle majeur, notamment le bassin versant de la Seine, sans pour autant dégrader les débits dans les autres régions. Quelques problèmes dues aux incertitudes sur les caractéristiques des aquifères persistent en amont de plusieurs bassins versants. L'application de ce schéma d'aquifère à l'échelle globale confirme l'amélioration apportée par les aquifères sur les débits simulés sur les principaux bassins du monde. On retrouve cependant des problèmes similaires à ceux obtenus sur la France, notamment au nord-est des États-Unis. Les scores restent cependant acceptables comparés à l'amélioration globale apportée par le schéma. La bonne comparaison des variations de stocks d'eau continentale simulés avec celles estimées par le satellite GRACE confirme l'effet bénéfique de la prise en compte des aquifères dans TRIP. L'objectif ultime sera d'introduire le système complet ISBA-TRIP dans le modèle de climat du CNRM de manière à estimer l'impact des eaux souterraines sur la simulation du climat présent et futur.
  La variabilité intrasaisonnière tropicale dans les GCMs: évaluation et sources d'amélioration
Jean-Philippe Duvel
Les GCMs actuels donnent des versions variées, et donc pas toujours réalistes, de la variabilité intrasaisonnière (ISV) dans les Tropiques. L'amélioration de l'ISV dans les GCMs, qui va de pair avec une meilleure compréhension du phénomène, demande une amélioration, ou une adaptation, des paramétrisations physiques. Certains critères sont connus pour modifier l'ISV, comme l'inhibition de la convection, mais il n'existe pas encore de certitude sur les mécanismes nécessaires à une représentation réaliste de cette variabilité. Il est donc utile de poursuivre l'évaluation de la sensibilité de l'ISV à différentes paramétrisations, ou a différentes options d'une paramétrisation donnée (par exemple l'entrainement ou la fermeture du schéma de convection). L'ISV étant un phénomène très intermittent, il n'est cependant pas facile d'évaluer précisément les améliorations qui découlent de ces modifications et d'en analyser les mécanismes. Je présenterai quelques approches possibles pour ces évaluations et je montrerai des exemples concernant Arpege et LMD-Z avec différentes versions des paramétrisations physiques.
  Assessment of the phenology impact on SVAT modelling through a crop growth model under climate change conditions and consequences on the water balance
Moulin S.(1), Garrigues S.(1), Olioso A.(1), Ruget F.(1), Ripoche D.(2), Huard F.(2), Buis S.(1), Desfonds V.(1), Bertrand N.(1), Lecharpentier P.(1), Brisson N.(2)
In the coming years, water resources and vegetation production will be drastically affected by climate changes as well as intense and rapid changes in the land use. In particular, several databases gather observations on the impact of climate changes on the vegetation phenology (GDR coordinated by I.Chuine (CEFE-CNRS); international dadabase PEP 725; PHETEC and PERPHECLIM (AgroclimINRA)). But vegetation phenology is generally poorly taken into account in land surface models and may be a substantial source of uncertainties for global change scenario studies. The impact of climate and land-use changes on water balance and vegetation production can be analysed and predicted through land surface models, provided that the uncertainties associated to these models and to the data used to run them are evaluated. In this paper, we discuss the improvement obtained in Soil Vegetation Atmosphere Transfer (SVAT) modelling by taking into account the phenology using a crop growth model, focusing on the water budget.The STICS model (Brisson et al, 1998) is used to simulate crop processes (growth and development, taking into account water and nitrogen exchanges between the environment and the crop). STICS describes the vegetation phenology very accurately and was validated for many types of crop and various pedoclimatic conditions. The SVAT model being analyzed is the a-gs version (Calvet et al., 1998) of the ISBA model (Noilhan et al, 1989), which simulates the photosynthesis and calculates the plant biomass and the Leaf Area Index (LAI) using a simple growth model. In STICS, the phenology is driven by the sum of daily air temperatures, which is quite realistic, while in ISBA, the phenology is driven by the production estimation. Long series of climatic data (past records and future simulations) are used as well as measurements (vegetation characteristics, soil properties, agricultural practises, energy and water balance) performed in the lower Rhone valley experimental area (Avignon, France). In a first step, by running STICS and ISBA for a maize crop with long series of climatic data, including future scenarios of climate (CLIMATOR project, Brisson et al, 2010), we show that the range of phenology simulated by ISBA is much wider than the one simulated by STICS. The large variability obtained with ISBA is not realistic and does not match with the genetic characteristics of the studied crops. In a second step, STICS and ISBA-a-gs are run over the same field cultivated during 10 years on a well instrumented site (Avignon, crop observatory site). Their simulations are compared, in terms of LAI (driven by phenology), biomass (crop production), and evapotranspiration (water balance).
  Evaluation du modele de vegetation interactive ISBA-A-gs dans SURFEX : la sécheresse du printemps 2011.
Sebastien Lafont, Alina Barbu, Dominique Carrer, Christine Delire, Jean-Christophe Calvet
La France a connu une sécheresse importante au printemps 2011. L'indice moyen de sécheresse des sols sur la France du mois de mai 2011 a atteint la valeurs la plus faible des 50 dernières années. Cette sécheresse de printemps a fortement limité le développement de la végétation en avril-mai. Cette sécheresse a été interrompu par une mois de juillet particulièrement froid et humide qui a favorisé une repousse de la végétation. Cet évènement extrême est donc un excellent cas d'étude pour évaluer la capacité du modèle ISBA-A-gs (inclus dans la plateforme SURFEX) à reproduire l'impact du stress hydrique sur le développement de la végétation et sa capacité de récupération à la fin du stress hydrique. Nous avons réalisé 20 ans de simulation du modèle SURFEX sur la France avec une résolution de 8 km. La carte de végétation et les principaux paramètres sont fournis par ECOCLIMAP-II. Le forçage atmosphérique est fourni par l'analyse SAFRAN. Nous comparerons les simulations d'indice foliaire (LAI) avec des produits dérivés d'observations satellitaires du projet Geoland-2. Nous quantifierons les anomalies de flux de carbone, d'eau, et d'énergie sur cette période. Le test de différentes configurations du modèle (transfert radiatif, conductance stomatique) permettra d'évaluer la robustesse des résultats.
  Etude préliminaire de la sensibilité de la couche limite à différentes paramétrisations de la neige
E. Bazile, O. Traullé & H. Barral
A Dome C, sur le plateau Antarctique, plusieurs types d'instruments permettent d'étudier dans des conditions extrêmes l'interaction entre la surface et la couche limite. Une tour de 45m instrumentée sur 6 niveaux fournit des profils de températures, d'humidités et de vent (Genthon et al, 2010). En surface des mesures de flux radiatifs (Lanconelli et al, 2011) associés à des mesures de température dans le manteau neigeux jusqu'à 2m de profondeur permettent de décrire les échanges en surface lors de cycle diurne en été d'amplitude de l'ordre de 18°C pour une température moyenne de 30°C. Pour tester la sensibilité de la couche limite aux paramétrisations de surface, des simulations numériques à 2.5km sur un domaine de 250km par 250km centré sur DomeC ont été réalisées avec le modèle AROME (Seity et al, 2011) couplées aux analyses ARPEGE. Différentes options de SURFEX ont été évaluées ainsi que la physique opérationnelle d'ARPEGE à 2.5km associé à la version d'ISBA utilisée lors de la campagne CONCORDIASI. Les résultats de ces simulations seront confrontés aux différentes observations disponibles : données du mat, flux de surface, énergie cinétique turbulente, etc. On terminera par la perspective d'utiliser les données de DomeC ainsi que ces simulations pour créer un nouveau cas GABLS 4.
  Description de l'analyse de précipitations MESCAN et premières évaluations sur la France :comparaison à SAFRAN et des débits à l'aide du modèle hydrologique ISBA-MODCOU.
C. Soci, E. Bazile, F. Besson, J.F. Mahfouf, Y. Durand, E. Martin, S. Morin, et J.M. Soubeyroux
Dans le cadre du projet EURO4M, une évolution significative du système d'analyse CANARI, basé sur l'interpolation optimale, a été engagé par Météo-France en collaboration avec le SMHI (Suède). Ce nouveau système, dénommé MESCAN, intègre certaines options provenant du système d'analyse suédois MESAN (Häggmark et al. 2000) . Le but est de disposer à terme d'une analyse des champs météorologiques de surface nécessaire aux forçages des modèles de surface (SURFEX) afin de remplacer le système SAFRAN utilisé en opérationnel dans SIM (SAFRAN-ISBA-MODCOU) et SAFRAN-Nivo (Durand et al., 1993, 2009a). Pour cela, il était nécessaire d'introduire une analyse de précipitation basé sur de l'interpolation optimale combinant une prévision modèle et des observations classiques. Cette technique, utilisée dans MESAN et au Canada (Mahfouf et al 2007), permet de produire un champ de qualité plus homogène temporellement pour des re-analyses de 50 ans par rapport à d'autres techniques qui combinent des radars ou des données satellites. Après un bref descriptif de l'analyse de précipitation MESCAN et des choix encore à faire en terme de réglage, les premières comparaisons avec SAFRAN et ANTILOPE (Analyse spaTIaLisé hOraires des PrEcipitations) seront présentées. Les débits calculés par ISBA-MODCOU forcé par les analyses MESCAN seront comparés aux débits de la chaîne SIM opérationnelle.
  Herbaceous growth and water balance by the STEP model over two Sahelian regions (ALMIP2 project).
Grippa M., Kergoat L., Mougin E., Hiernaux P., Timouk F. , Boone A. Peugeot C. and J. Demarty
Land-atmosphere coupling is theorized to play an important role in the intra-seasonal and inter-annual variability of the West-African monsoon. It is therefore fundamental to better understand and model the influence of the spatial and temporal variability of surface processes, including vegetation, on the atmospheric circulation patterns and on the water and energy cycles. The Sahelian Transpiration Evaporation and Productivity (STEP) model simulates herbaceous growth and soil water dynamics in a Sahelian environment. This model has been run within the 2nd phase of Amma Land surface Model Intercomparison Project (ALMIP2) over the Gourma and the Niger mesoscale sites for the period 2005-2008. STEP has been run using two different rainfall datasets, obtained by differently kriging the in-situ measurements by automatic rain-gauges, and, for the Mali site, two different soils descriptions, one from the ECOCLIMAP2 database and the other one based on the classification of LANDSAT satellite images. At the local scale the evaluation is carried out by comparison to in-situ local measurements (i.e. LAI by hemispheric photographs, biomass and NPP, soil moisture and flux measurements by eddy covariance) acquired over three local sites representative of the three different soil types typical of the study area. At meso scale, STEP results are evaluated by comparison to remote sensing data such as LAI, FaPAR and for the Mali site to estimations of water volume in the ponds over the Agoufou and Bangui Mallam watersheds. The results obtained are analysed with a particular focus on the model sensitivity to the soil type characterization and to the rainfall description. It is shown that a correct estimation of the soil properties (texture and depth) is fundamental to have good estimations of vegetation productivity and of the water balance components.
  Estimation de la contribution de la calotte glaciaire groenlandaise à la hausse future du niveau global des mers
Pour obtenir une estimation réaliste de la contribution future du Groenland à la hausse globale du niveau des mers à horizon 2100, il est possible de négliger la dynamique et la fonte basale de la calotte, et de ne prendre en compte que les changements de bilan de masse en surface. Afin d'estimer cette contribution, des simulations climatiques réalisées avec CNRM-CM5.1 dans le cadre de CMIP5 ont été utilisées sur la période 1850-2100. Le modèle a une résolution horizontale d'environ 150 km, et deux scénarios RCP4.5 et RCP8.5 ont été envisagés pour 2006-2100. Le bilan de masse a été évalué de deux manières différentes: en reprenant directement les résultats obtenus à partir de CNRM-CM5.1 ou en utilisant le modèle de neige CROCUS forcé par des sorties atmosphériques issues de CNRM-CM5.1. Une technique statistique a été développée pour régionaliser le bilan de masse à 15 km, ce qui est nécessaire pour correctement représenter la fonte de la calotte. Cette technique prend aussi en compte l'évolution de la topographie en cours du temps. L'impact futur du changement climatique sur la calotte glaciaire du Groenland n'est pas homogène: alors que la calotte fond très rapidement presque partout sur sa périphérie (jusqu'à 100m de diminution de l'épaisseur à la fin du 21e siècle). Au contraire, l'altitude simulée dans la partie centrale du Groenland continue lentement augmenter (jusqu'à une dizaine mètres), ce qui est partiellement dû à la non-prise en compte de la dynamique glaciaire dans nos expériences. Pour le climat actuel, le taux d'élévation du niveau des mers a été estimé à 0,27 mm / an, ce qui est légèrement inférieur aux observations pour la fin du 20ème siècle. La contribution totale estimée de la fonte du Groenland à l'élévation du niveau marin au 21ème siècle est respectivement de +5 cm (RCP4.5) et +6.5 cm (RCP8.5). Dans le cas du scénario RCP8.5, la fonte devrait s'accélérer très rapidement après le 21ème siècle. Ce phénomène est dû à la fois à l'augmentation rapide de la température, et à la diminution d'altitude générale de la calotte liée à sa fonte.
  Towards a more detailed representation of the energy balance in a coupled land surface model
James Ryder, Sebastiaan Luyssaert, Jan Polcher, Catherine Ottle, Philippe Peylin
The present generation of land surface models have difficulties in reproducing consistently the energy balances that are observed in field studies (Pitman et al., 2009; Jimenez et al., 2011; de Noblet-Ducoudré et al., 2011). This is significant because land management, as well as affecting the sequestration of atmospheric CO2, may also have unintended effects on the energy budget, and there is a need for these effects to closely investigated and quantified. The most detailed simulations of the surface layer energy budget are detailed iterative multi-layer canopy models, such as Ogeé et al. (2003), which are linked to specific measurement sites and do not interact with the atmosphere. In this current project, we aim to create a model that will implement the insights obtained in those previous studies and improve upon the present ORCHIDEE parameterisation, but will run stably and efficiently when coupled to an atmospheric model. This work involves a replacement of the existing allocation of 14 different types of vegetation within each surface tile (the 'Plant Functional Types') by a more granular scheme that can be modified to reflect changes in attributes such as vegetation density, leaf type, distribution (clumping factors), age and height of vegetation within the surface tile. It involves the implementation of more than one canopy vegetation layer to simulate the effects of scalar gradients within the canopy for determining, more accurately, the net sensible and latent heat fluxes that are passed to the atmosphere. The model includes representation of characteristics such as in-canopy transport, coupling with sensible heat flux from the soil, a multilayer radiation budget and stomatal resistance, and interaction with the bare soil flux within the canopy space (and also with snow pack). We present how the implicit coupling approach of Polcher et al. (1998) and Best et al. (2004) is extended to a multilayer scenario.
  Prévisibilité à moyenne échéance d'un événement extrême de méso-échelle
Florian Pantillon, Jean-Pierre Chaboureau, Christine Lac et Patrick Mascart
La transition extra-tropicale d'un cyclone tropical est connue comme une source d'incertitude dans la prévision, qui peut se propager loin en aval. Cette étude se concentre sur la prévisibilité d'un ouragan méditerranéen (méditerragan) le 26 septembre 2006 en aval de la transition extra-tropicale de l'ouragan Hélène en Atlantique Nord du 22 au 25 septembre. Alors que le développement du méditerragan a été manqué dans la prévision déterministe CEPMMT initialisée avant et pendant la transition extra-tropicale, il a été vu dans la prévision d'ensemble CEPMMT par plus de 10 % des 50 membres, jusqu'à une échéance de 108 h. Les 200 membres initialisés du 20 au 23 septembre à 0 h UTC ont été agrégés en deux scénarios équiprobables selon la situation synoptique en Méditerranée. Dans le premier scénario, réalisé, Hélène a été dirigée vers le nord-est par un thalweg en amont pendant sa transition extra-tropicale, et a contribué au renforcement d'une dorsale en aval. Un thalweg plus en aval s'est étiré vers l'Italie et a déclenché le développement du méditerragan dans 9 des 102 membres. Dans le second scénario, non-réalisé, Hélène a bifurqué vers le sud-est pendant sa transition extra-tropicale, et la dorsale en aval s'est affaiblie. Un centre dépressionnaire sur les Iles Britanniques a alors dominé la circulation en Europe et seul 1 des 98 membres a prévu le méditerragan. Les deux scénarios sont expliqués par une synchronisation différente entre Hélène et le thalweg en amont. Des expériences de sensibilité réalisées avec le modèle Méso-NH ont de plus montré que des perturbations initiales ciblées sur Hélène et le thalweg en amont ont suffi à prévoir le méditerragan à coeur chaud à des échéances de 84 et 108 h. La prévisibilité de nouveaux événements à fort impact en Méditerranée est étudiée dans le cadre du projet DRIHM.
  Un jeu de données de référence pour la modélisation de surface en Afrique de l'ouest (méso-échelle et échelle locale).
Peugeot C, Boone A, Demarty J, Grippa M, Cappelaere B, Cohard J-M, Galle S, Gosset M, Guichard F, Guyot A, Kaptué A, Kergoat L, Lebel T, Quantin G, Séguis L, Timouk F, Vischel T, Benarrosh N, Boubkraoui S, Charvet G, Chazarin J-P, Hiernaux P, Mougin E, Oï M, Robert D, Roujean J.-L.
La capacité des modèles de surface à représenter les cycle de l'eau et de l'énergie à l'interface sol-végétation-atmosphère est liée aux schémas physiques utilisés, mais également à la qualité des données de forçages utilisées. Pour l'évaluation des simulations, des données de référence, validées, sont un atout précieux. Dans le cadre du projet ALMIP (AMMA Land surface Models Intercomparison Project), un jeu de données de référence pour la modélisation de surface en Afrique de l'Ouest a été constitué. Il contient les champs de forçage usuels (météo, rayonnement, précipitations ), une base de propriétés de surface et de sols (occupation du sol, LAI, texture, profondeur...), et des données permettant d'évaluer les simulations (flux de chaleur, écoulements, profils de température et d'humidité du sol). Ces jeux données concernent les 3 sites de méso-échelle de l'observatoire AMMA-CATCH, au Mali, Niger et Bénin, étagés le long du gradient éco-climatique ouest africain. Ils constitués à la fois de champs spatialisés et de données locales. Les champs sont issus de de la fusion de produits opérationnels ou de prévision numérique, et de précipitations observées au sol sur les sites CATCH. Les données locales représentent les principaux types de couvert (champs, savane, sol nu, jachère, ..) rencontrés sur chaque site. Le poster détaille les caractéristiques de chaque site et les méthodes d'obtention des différents jeux de données. Ce jeu de données est destiné à être mis à la disposition de la communauté scientifique.
  Evaluation hydrologique de modèles de surface en Afrique de l'Ouest (projet ALMIP2). Cas du bassin de méso-échelle de l'Ouémé Supérieur (Bénin).
C. Peugeot, T. Darras, A. Boone, J.M. Cohard, S. Galle, A. Guyot, M. Gosset, G. Quantin, L. Séguis, T. Vischel, J. Demarty, M. Grippa, et le groupe ALMIP
Les modèles de surface sont couramment utilisées pour représenter les échanges de matière (eau, carbone) et d'énergie entre la surface continentale, le sol et le sous-sol, la végétation et l'atmosphère.
  Water vapor isotopic measurements above the Greenland Ice Sheet and importance for interpretation of interactions between snow surface and atmosphere
H. C. Steen-Larsen (1), V. Masson-Delmotte(1), R. Winkler(1), F. Prie(1), A. Landais(1), C. Risi(2), B. Stenni(3) (1) Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement, CEA-IPSL/CNRS, Gif-Sur-Yvette, France (2) Laboratoire de Météorologie Dynamique, Jussieu, Paris, France (3) Department of Mathematics and Geosciences, University of Trieste, Italy
During four summer seasons (2009-2012), we have monitored continuously the water vapor isotopic composition at the surface of the Greenland Ice Sheet as part of the NEEM deep ice core-drilling project (77.45 N 51.06 W, 2484 m a.s.l). Our data depict large seasonal variations from spring to summer, as well as synoptic and diurnal variability. Water stable isotopes from Greenland ice cores can provide seasonally resolved, well-dated climate information. The archived climate signal is however an integrated signal of the precipitation isotopic composition, which itself is controlled by variations in moisture origin and condensation history. Furthermore, the original precipitation signal is smoothed by diffusion in snow and ice. For instance, sublimation and condensation processes related to snow metamorphism alter the high frequency precipitation isotopic composition signal. Therefore, in order to correctly interpret ice core isotope records it is of great importance to understand the underlying physical processes in the atmospheric hydrological cycle and the interactions between the snow surface and the water vapor.
  Investigation on extreme daily rainfall estimation using MSG MPE approach for North Tunisia
Saoussen DHIB (1), Zoubeida Bargaoui (1), Chris Mannaerts (2)
Evaluation of satellite-retrieved extreme precipitation is important for flood management, soil erosion assessment and other environment issues. Due to damage risk to houses, farms and buildings, heavy precipitation may have important social impacts. The paper aims to investigate the potential of the Meteosat Multi Sensor Precipitation or MSGMPE data which combine microwave rain rate estimations from the SSMI sensor and since mid-2009 the AMSU-A sounder with the SEVIRI thermal infrared channel from MSG-2 using an EUMETSAT production chain in near real time mode. The data were analysed using ILWIS Open and extreme rainfall patterns across the north of Tunisia were identified. Daily rainfall events with at least 50 mm/day, for more than 5 rainfall stations, observed across the rainfall ground network were selected for the period 2007-2009. Kriging methods were applied to generate rainfall maps for the dry season (from May to October) while the inverse distance which is available as ILWISS tool was applied for the wet season (from November to April). Interpolated values were then compared to satellite estimations using the precipitation products available in the EUMETSAT UMARF archive and/or from GEONETCast. The summation of the MPE estimates and products available at 5 min and 15 minute time steps over 24h, gave rise to the comparison basis. Correlation coefficients were used to undertake the comparison. It was found that for some events pixels correlation coefficients of 0.75 were achieved while for other events however, the correlation was weak. For the low geographic extent rainfall events, it was found that ground evaluations are underestimated by satellite estimations. The conclusion is drawn that MPE method seems more appropriate for the dry season events and for large scale extension events for the example of northern Tunisia. The MSGMPE data should be combined with other data or information in order to give more reliable extreme rainfall estimates for all weather situations in Tunisia. References Scofield, Roderick A., Robert J. Kuligowski, 2003: Status and Outlook of Operational Satellite Precipitation Algorithms for Extreme-Precipitation Events. Wea. Forecasting, 18(6), 10371051. Doi: 10.1175/1520-0434(2003)018<1037: SAOOOS>2.0.CO;2 AghaKouchak, A., A. Behrangi, S. Sorooshian, K. Hsu, and E. Amitai (2011), Evaluation of satellite-retrieved extreme precipitation rates across the central United States, J. Geophys. Res., 116, D02115, doi: 10.1029/2010JD014741. Jobard, F. Chopin, J. C. Berges, R. Roca. (2011) an intercomparison of 10-day satellite precipitation products during West African monsoon. International Journal of Remote Sensing 32:9, 2353-2376 Kummerow, Christian, and Coauthors, 2001: The Evolution of the Goddard Profiling Algorithm (GPROF) for Rainfall Estimation from Passive Microwave Sensors. J. Appl. Meteor., 40, 18011820. Maathuis, B.P.M., Mannaerts, C.M. et al, 2011: GEONETCast Toolbox: Installation, Configuration and User Guide for the GNC Toolbox Plug-in for Ilwis 3.7. Faculty of Geo-information Science & Earth Observation (ITC), University of Twente, Enschede, The Netherlands (Open Source publication available from Heinemann T . , Kerényi J., 2004. The EUMETSAT multi sensor precipitation estimate (MPE): concept and validation. EUMETSAT.Am Kavalleriesand 31, 64295 Darmstadt, Germany.p8. EUMETSAT, MSG Meteorological Products Extraction Facility Algorithm Specification Document. Eumetsat-Allee 1, 2011, D-64295 Darmstadt, Germany.p241-245.
  Intégration d'un module de gestion des prairies dans un modèle global de la biosphère continentale : description et évaluation sur 11 sites européens
CHANG Jinfeng, VIOVY Nicolas, VUICHARD Nicolas, KLUMPP Katja, LARDY Romain, SOUSSANA Jean-François
Les pratiques de gestion modifient profondément le cycle du carbone des écosystèmes anthropisés. Nous présentons ici la manière dont a été intégré un module de gestion de l'écosystème prairial dans le modèle global de la biosphère continentale ORCHIDEE. Cette nouvelle version, nommée ORCHIDEE-GM (pour Grassland Management), prend en compte deux modes de gestion : la fauche et le pâturage. L'évaluation du modèle ORCHIDEE-GM a été menée sur un ensemble de 11 sites européens. ORCHIDEE-GM reproduit correctement les variations observées à l'échelle saisonnière de l'indice foliaire, de la biomasse aérienne et des flux de carbone (GPP, TER et NEE), induites par les évènements de fauche. L'accord modèle/données pour les sites pâturés est plus faible, ce qui indique la difficulté de prendre en compte la défoliation continue que constitue le pâturage, principalement à cause des interactions complexes herbe-animal. Dans l'ensemble, les flux de GPP et NEE aux échelles mensuelle à interannuelle sont mieux caractérisés à l'aide d'ORCHIDEE-GM que d'ORCHIDEE. La réalisation de simulations globales à l'aide du modèle ORCHIDEE-GM permettra à l'avenir d'étudier la vulnérabilité de la production animale au changement climatique.
  Estimation de la vitesse du vent à partir des données LANDSAT ETM+ et du modèle SEBAL.
BENSLIMANE Mohamed, HAMIMED Abderrahmane, KHALDI Abdelkader, SOUIDI Zahira
Les données de télédétection dans les domaines optique et thermique ont été largement utilisées ces dernières années pour estimer les différents termes de l'équation du bilan énergétique à la surface. L'approche la plus répandue, dite résiduelle, consiste à estimer le rayonnement net, le flux de chaleur dans le sol et le flux de chaleur sensible à partir des données de télédétection (température de surface, albédo et indice de végétation) et des mesures météorologiques de terrain (vitesse du vent, température de l'air, etc.). Le flux de chaleur latente (équivalent hydrique de l'évapotranspiration réelle) est ensuite déduit comme le terme résiduel de l'équation du bilan d'énergie. Plusieurs algorithmes d'estimation de l'évapotranspiration par l'intermédiaire du bilan d'énergie sont cités dans la littérature et dont leurs mises en oeuvre exigent souvent des informations complémentaires (météorologie, occupation des sols, etc.) au moment de l'acquisition de l'image. L'algorithme SEBAL peut permettre l'estimation de l'évapotranspiration exclusivement à partir des données de télédétection. Il exploite les propriétés des pixels secs pour estimer certaines variables non accessibles par télédétection, telles que la température de l'air et la vitesse du vent. Celle-ci est estimée par inversion de l'équation du bilan d'énergie pour les pixels secs, en utilisant les profils dans la couche de surface avec le couplage qui s'opère au niveau des flux à la base de la couche limite connective. L'objectif de cette étude est l'estimation de la vitesse du vent par SEBAL en utilisant deux approches différentes d'identification des pixels secs: La première, utilisée dans SEBAL, qui repose sur détermination d'une valeur seuil d'albédo pour laquelle la température de surface décroit ; et dans la deuxième approche, on utilise les températures maximales pour différentes valeurs d'albédo supérieures à cette valeur seuil. Le site pilote retenu est une région choisie dans la plaine de Mascara dans l'ouest algérien. Le jeu de données utilisé correspond à huit images du capteur Landsat ETM+ acquises durant l'année 2002 et des mesures météorologiques au sol. La confrontation entre les vitesses du vent obtenues en sortie des deux approches permet de montrer un écart significativement différent. Comparée avec les vitesses du vent mesurées au sol, l'approche proposée montre des estimations très réalistes par rapport à celle utilisée dans SEBAL.
  Impact de la variabilité climatique sur le changement de la couverture végétale en Algérie. Application à un couvert forestier dans la région ouest algérienne
Souidi Z., Hamimed A., Ozer A.
Les apports pluviométriques annuels demeurent un des paramètres climatiques essentiels en zone forestière puisqu'ils expliquent, à la fois, le dynamisme hydrologique et phénologique, aussi bien des espèces arborées que graminéennes. Finalement, ce facteur hydroclimatique est responsable des principales variations dans la constitution des paysages (organisation, constituants, relations, diversité, etc.), aux échelles saisonnières et interannuelles. Les précipitations expliquent notamment la majeure partie dans la variance de la phénologie régionale. Au-delà des simples totaux annuels, la modification d'autres caractéristiques pluviométriques (régime, nombre de jours de pluie, intensité, durée des saisons sèches, etc.) peut aussi expliquer le stress hydrique de la végétation qui va influencer les départs de feux en milieu forestier et la dégradation de la couverture végétale.
  Modélisation du bilan de masse de surface Antarctique : quelle stratégie et quelle validation ?
Agosta, C.12, Favier, V.1, Fettweis, X.2, Genthon, C.1, Gallée, H.1, and Krinner, G.1
Le bilan de masse de surface (BMS) Antarctique est encore mal connu, bien qu'on sache qu'il contribue de façon significative à l'évolution actuelle du niveau des mers et que sa contribution soit supposée s'intensifier au cours des prochains siècles. Outre son effet direct sur le niveau des mers, le BMS est également un champs de forçage primordial pour les modèles de calotte. Enfin, alors qu'il existe des mesures directes de l'écoulement de la glace vers l'océan et des variations de masse totales (surface+écoulement) de la calotte, il n'existe pas de mesure directe du bilan de masse de surface à l'échelle du continent. La climatologie actuelle du BMS Antarctique est donc estimée principalement à partir de résultats de modélisation. Il est donc crucial de modéliser correctement le bilan de masse de surface Antarctique. Or cette modélisation n'est pas aisée, car il existe peu de modèles de climat, globaux ou régionaux, dont la physique soit appropriée pour modéliser l'atmosphère sur des surfaces englacées. De plus, la résolution a une influence importante sur la représentation du BMS, ce qui oblige à faire des compromis entre résolution et complexité des modèles pour conserver des coûts de calcul raisonnables. Nous présentons la méthodologie que nous avons adoptée pour modéliser le BMS Antarctique sur plusieurs siècles et à haute résolution. Elle s'appuie sur une cascade de modèles adaptés aux conditions polaires à différentes échelles. Nous nous penchons également sur l'épineux problème de l'évaluation du BMS modélisé à partir de données de terrain. En effet, un effort important a été réalisé pour répertorier les données de BMS de qualité en Antarctique, mais ces données restent éparses et échantillonnent mal le continent. L'utilisation d'autres types de données, satellites ou aéroportées par exemple, semble nécessaire et nous ferons un état des lieux des limitations qui restent à dépasser pour y parvenir.
  Optimisation des paramètres du modèle de surface continentale ORCHIDEE à partir de mesures in situ ou satellites.
P. Peylin, S. Kuppel, C. Bacour, N. MacBean, D. Santaren, F. Maignan, Sebastien Léonard, P. Ciais, F. Chevallier
Les modèles globaux du fonctionnement des écosystèmes terrestres permettent de représenter les processus clés contrôlant les bilans d'énergie, d'eau, et de carbone à la surface. Ces modèles encapsulent généralement nos connaissances des différents processus à l'aide d'équations paramétriques issues d'expériences en laboratoire ou de mesures in-situ. Néanmoins, ces équations reposent encore très souvent sur des paramètres relativement mal connus et pas toujours adaptés à l'échelle spatiale et temporelle considérée. Dans ce contexte, l'accroissement du nombre (et de la qualité) des mesures in situ ou satellites, relatives au fonctionnement des différents écosystèmes, représente une opportunité nouvelle pour mieux calibrer ces modèles et améliorer les prédictions futures des bilans de carbone, d'eau et d'énergie. Pour cela, les techniques d'assimilation de données appliquées à l'optimisation des paramètres d'un modèle prennent tout leur sens.Nous avons donc développé un système d'assimilation multi-donnée Bayesien pour contraindre les paramètres clés, relatifs aux cycles du carbone et de l'eau, du modèle ORCHIDEE de l'IPSL (Krinner et al., 2005). Le système permet d'ingérer les mesures de flux turbulent de carbone et d'eau en divers sites (réseau FluxNet de plus de 100 sites), les mesures satellites d'activité de la végétation issues de l'instrument MODIS (NDVI), des mesures in-situ de biomasse forestière, ainsi que des mesures de concentration atmosphérique de CO2 via l'utilisation d'un modèle de transport. Nous présenterons tout d'abord brièvement les fonctionnalités techniques du système inverse, basé sur une approche dite variationnelle, ainsi que les difficultés de mise en oeuvre. Ensuite nous décrirons les principaux résultats obtenus avec chaque type de données, à savoir, les améliorations en terme d'accord modèle mesure, le niveau de contrainte sur les différents paramètres (réduction d'erreur), ainsi que les bilans de carbone pour quelques écosystèmes avant et après optimisation. Une originalité de ce travail consiste à étudier l'impact d'une assimilation simultanée ou séquentielle de plusieurs jeux de donnés. Enfin nous illustrerons l'impact de ces optimisations sur la simulation des bilans de carbone a grande échelle et donc potentiellement sur le climat simulé par le modèle couplé du système terre de l'IPSL.
  Assessing the effect of spatial resolution of regional climate downscaling on the productivity and distribution of Fagus sylvatica over France.
Martin-StPaul N., Francois C.,Stefanon M., Dufrêne E., Drobinski P. ; Cheaib A. and Leadley P
Increases in temperature and water deficit as a result of climate changes have already impaired forest functioning and might trigger tree dieback world-wide in the near future. To assess the future of forested ecosystems, humans rely on mechanistic models that predict changes in trees and forest functioning as a function of meteorological drivers that are provided by global or regional climate models (GCM or RCM). One large uncertainty when forecasting the forest functioning is associated with the coarse spatial resolution of climate scenarii. In this study we assessed how the spatial resolution in climate forcing provided by the RCM WRF impacted the simulated productivity and distribution of Fagus sylvatica over France. We ran the forest model CASTANEA (that simulates fluxes of carbon and water and forest growth) using the output of WRF at different spatial scales (50 km, 20km, 8km) as forcing climate entries over France. We simulated beech productivity as a surrogate of beech persistence for the reference period of WRF (1988-2008). Because climate variables simulated by WRF exhibited large bias compared to surface observations, WRF was first corrected using the SAFRAN database upscaled at the WRF resolution (50km and 20 km) and then downscaled statistically to 8 km resolution. Our results showed that simulations at fine resolution had relatively little impact on the mean and variance of beech productivity over France. However, at local scales, the mean and variance of beech productivity changed strongly (up to 60%) as a result of finer scale simulations, particularly in regions characterized by complex orography such as the Alps or the Mediterranean. Our results highlight the need to consider the importance of spatial scale of climate input when studying climate impacts on tree distributions in areas with steep climatic gradients.
  Investigation on extreme daily rainfall estimation using MSG MPE approach for North Tunisia
Saoussen DHIB (1), Zoubeida Bargaoui (1), Chris Mannaerts (2)
  Prévisibilité hydrométéorologique à l'échelle intra-saisonnière : l'expérience d'EDF-DTG
Matthieu Le Lay, Joël Gailhard, Pierre Bernard, Rémy Garçon
Afin d'optimiser l'utilisation de ses moyens de production hydro-électriques, EDF cherche à prévoir à différents horizons de temps les écoulements sur de nombreux bassins versants. Ces prévisions intéressent différents horizons de temps, qu'il s'agisse de prévoir les débits de crue à échéance de quelques heures, les débits d'étiage à échéance de quelques semaines ou les apports de fusion nivale à échéance de quelques mois. Les modèles hydrologiques utilisent donc en entrée différents types de prévisions météorologiques (prévisions déterministes maille fine, prévisions d'ensemble, prévisions par analogues, climatologie), en fonction de leur pouvoir informatif à ces différentes échéances. Cet exposé présente comment nous utilisons l'hydrologie comme filtre pour identifier l'information contenue dans ces différents types de prévisions météorologiques intra-saisonnières, et met en évidence des échelles de prévisibilité hydrologique caractéristiques.
  Rôle de l'hydrologie continentale dans le climat au voisinage de la surface aux moyennes latitudes.
F. Cheruy(1), A. Campoy(2), A Ducharne(2), F. Hourdin(1), J.Ghattas(3),J.P. Dupont(3), A. Idelkadi (1) 1-LMD 2-Sysiphe 3-IPSL
De nombreuses études ont souligné l'importance des interactions humidité du sol/climat dans le climat présent ainsi que les difficultés des modèles de climat à les représenter correctement. Nous présentons ici les résultats d'une analyse effectuée avec le modèle de climat de l'IPSL sur le site instrumenté du SIRTA qui permet de comprendre le rôle des différents modules du modèle de climat (couche limite, nuages, convection, modèle de sol...) dans la représentation du climat au voisinage de la surface (Coindreau et al. 2007, Cheruy et al. 2012). Nous montrons, à l'aide de simulations climatiques utilisant les 2 versions du modèle atmosphérique (physique standard et nouvelle physique- Hourdin et al., 2012) couplées à deux versions du modèle de sol (Ducharne et al., 2013) qu'une fraction évaporative insuffisante est à l'origine du biais chaud présent aux moyennes latitudes en été dans bon nombre de modèles ayant participé à CMIP5. La nouvelle version du modèle de sol de l'IPSL qui discrétise le sol en 11 couches pour résoudre l'équation de Richards permet de simuler une fraction évaporative en meilleur accord avec les observations et de corriger le biais chaud dans le modèle de l'IPSL, à l'échelle continentale. Nous discutons également les résultats issus de la participation du modèle de climat de l'IPSL à l'expérience GLACE-CMIP5 (Seneviratne et al. 2013). Le but étant alors de quantifier l'impact des interactions humidité du sol/climat dans les projections du changement climatique effectuées pour CMIP5
  Le code de surface SURFEX : développement, utilisation et perspectives
Martin E., Faroux S., Le Moigne P., Dasprez S. CNRM-GAME/GMME/MOSAYC
Le code SURFEX est développé depuis plus d'une dizaine d'années, principalement (mais pas uniquement) par le CNRM-GAME. Il rassemble maintenant un ensemble cohérent de paramétrisations de surface pour utilisation dans des contextes variés : simulations forcées « offline » ou couplées (allant des modèles de mésoéchelle aux modèles de circulation générale), et assimilation de données. On décrira les grandes lignes du code, les principaux modèles scientifiques concernant les surfaces continentales (ISBA, TEB, Flake) ainsi que les bases de données associées. Les aspects de gouvernance et d'optimisation techniques seront abordés. Enfin, les perspectives d'utilisation et de développement scientifiques et techniques seront décrites.
  Evaluation of WRF Land Surface Schemes for Paris Air Quality Simulations
D. Khvorostyanov, L. Menut, Ch. Zheng, J.-C. Dupont, M. Haeffelin

  Evaluation of WRF Land Surface Schemes for Paris Air Quality Simulations
D. Khvorostyanov, L. Menut, Ch. Zheng, J.-C. Dupont, M. Haeffelin
The widely used Weather Research and Forecasting (WRF) model provides various options for the land surface models (LSM) to compute turbulent fluxes of heat and moisture. The LSMs differ in the physical description of soil and vegetation processes and in the input data depending on the soil texture and vegetation classifications employed. In order to evaluate their role in the air quality simulations in Paris area, we performed WRF simulations for four of the available WRF LSMs. We focused on the summer 2009 and the winter 2008/2009. The model simulation results were compared with the SIRTA atmospheric observatory and Meteo-France network measurements for meteorological variables and the Air Parif network for pollutant concentrations. The results show that while modeling uncertainty due to the LSMs can prevent accurate pollution threshold forecasts, one can still identify, in the limit of this study conditions, the most suitable LSM for PM and summer ozone maximum forecasting in Paris area.
  Développement d'un atlas global de réflectance bidirectionnelle hyperspectrale des surfaces terrestres dans le visible et le proche infrarouge pour RTTOV
Jérôme VIDOT, Centre de Météorologie Spatiale de Météo-France, Lannion, France et Eva BORBAS, SSEC/CIMSS, Université du Wisconsin, Madison, USA
La prochaine version du modèle rapide de transfert radiatif RTTOV indispensable à l'assimilation des données satellitaires dans les modèles de prévision numérique du temps permettra de simuler différents instruments spatiaux observant dans les domaines spectraux du visible et du proche infrarouge. Pour cela, il est nécessaire de fournir un modèle de réflectance bidirectionnelle des surfaces terrestres dans ces domaines de longueurs d'onde. En s'appuyant sur la méthodologie développée pour l'atlas global d'émissivité infrarouge de RTTOV, nous avons développé un atlas global à une résolution spatial de 0.1 degré permettant d'estimer la moyenne mensuelle de réflectance bidirectionnelle hyperspectrale entre 0.4 et 2.5 microns. Ce modèle combine la base de donnée USGS de spectres de réflectance de végétation et de sols nus et les inversions MODIS de paramètres de BRDF dans 7 bandes spectrales du visible et du proche infrarouge. La validation de ce modèle a été réalisée en comparant les produits albédo de surface du SAF Land de l'instrument SEVIRI à 0.6, 0.8 et 1.6 microns. Les résultats de cette comparaison seront présentés. Globalement, il y a une bonne cohérence spatiale et temporelle entre les albédos estimés à partir du modèle de RTTOV et les produits du SAF Land avec une légère surestimation du modèle de RTTOV comprise en 0.01 et 0.03.
Xavier Ceamanos, Dominique Carrer, Jean-Louis Roujean, Jure Cedilnik, Jean-François Mahfouf, and Catherine Meurey
The European Meteorological Satellite Organization (EUMETSAT) maintains a number of decentralized processing centers dedicated to different scientific themes. The Portuguese Meteorological Institute hosts the Satellite Application Facility on Land Surface Analysis (LSA-SAF). The primary objective of the LSA-SAF is to provide value added products for the meteorological and environmental science communities with main applications in the fields of climate modeling, environmental management, natural hazards management, and climate change detection. Since 2005 data from Meteosat Second Generation (MSG) satellite are routinely processed in near real time by the LSA-SAF operational system. Nowadays, the delivered products comprise land surface albedo and temperature, shortwave and long-wave downwelling radiation fluxes, and vegetation parameters. Météo-France is in charge of the shortwave radiation products, namely the land surface albedo and the downwelling shortwave surface flux (DSSF). After more than ten years (1999-2012) of research, development, and progressive operational activities, a summary of the characteristics and performances of the albedo and DSSF products is presented. Also, the relevance of the LSA-SAF albedo product is assessed through a weather forecast model (ALADIN) in order to account for the inter-annual spatial and temporal variability. The added value brought by the use of LSA-SAF shortwave and longwave products is also diagnosed through SURFEX Land Surface Model simulations with the surface temperature, the water content and the energy fluxes. The LSA-SAF program provides a great opportunity to monitor and identify human-induced climate change as a consistent production of data sets is guaranteed until at least 2019 with the forthcoming MSG-3 mission.
  Le Projet d'Intercomparaison des modèles de surface d'AMMA phase 2 (ALMIP2) :
Boone, A., C. Peugeot, J. Démarty, M. Grippa, B. Cappelaere, L. Kergoat et l'ALMIP2 Working Group
L'objectif principal du projet Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine (AMMA) est d'obtenir une meilleure compréhension de la variabilité intra-saisonnière et inter-annuelle de la mousson ouest-africaine (WAM). L'amplitude du gradient nord-sud de la surface (flux lié à l'humidité du sol et à la végétation) a une influence sur la position du front tropical et sur l'intensité de la mousson. Par conséquent, une des priorités du programme AMMA est de mieux comprendre et modéliser l'influence de la variabilité spatiale et temporelle des processus de surface sur la circulation atmosphérique, mais aussi sur les cycles de l'eau et d'énergie à l'échelle régionale. Cette question est abordée par une approche de modélisation multi-échelle en utilisant un ensemble de modèles de surface (LSM) forcés par des données provenant des produits satellites, de la prévision numérique et des observations des campagnes de mesures AMMA. La phase 1 du Projet d'Intercomparaison des modèles de surface d'AMMA (ALMIP) traitait des processus de surface à l'échelle régionale. Les états de surface multi-modèles simulés ont été utilisés pour obtenir une meilleure compréhension des processus de surface, mais ont aussi été largement utilisés par la communauté de modélisation atmosphérique. Dans la phase2 d'ALMIP, les LSMs sont forcés et évalués à l'aide des données d'observation de trois supersites d'AMMA-CATCH (Couplage de l'Atmosphère Tropicale et du Cycle Hydrologique). La fenêtre AMMA-CATCH couvre une bande nord-sud contenant un fort gradient éco-climatique. Deux principales expériences sont en cours. La première est effectuée à méso-échelle pour chacun des trois supersites, tandis qu'une deuxième série d'expériences se fait à l'échelle locale pour plusieurs sites sélectionnés au sein de chacun des domaines méso-échelle. Les simulations couvrent la période 2005-2008 qui englobe la Période d'Observation Intensive. Les résultats sont comparés avec ceux d'ALMIP-1 dans le but d'évaluer l'effet du changement d'échelle sur la représentation des processus les plus importants de l'échelle locale à l'échelle régionale. L'objectif principal est d'améliorer la compréhension et la modélisation des processus clés liés aux intéractions entre la végétation, le sol et l'hydrologie.
  Évaluation 1D de SURFEX et des paramètres ECOCLIMAP en Amazonie
Emilie Joetzjer, Christine Delire, Hervé Douville, Betrand Decharme, Philippe Ciais
Les deux sécheresses de 2005 et 2010 qui ont fortement touché le basin Amazonien posent la question de la vulnérabilité de ce biome face au changement climatique. La modélisation des échanges entre la surface et l'atmosphère est une nécessité pour répondre à cette question. Néanmoins, la complexité de ces écosystèmes engendre de forts biais dans les modèles et sont une entrave à la compréhension de leurs évolutions futures. On propose ici une évaluation de la représentation des bilans d'énergie, d'eau et de carbone par le modèle de surface SURFEX à partir du réseau d'observations FLUXNET. En premier lieu, nous utilisons SURFEX avec toutes les données pédologiques et physiologiques in situ disponibles afin de repérer d' éventuels biais systématiques présents dans le modèle. Nous étudions aussi la réponse du modèle en cas de stress hydrique grâce à une comparaison avec une expérience d¿asséchement artificiel menée en Amazonie. Ensuite, nous comparons ces simulations utilisant les données physiographiques in-situ à des simulations effectuées avec les paramètres issus de la base de données de grande échelle ECOCLIMAP. Cette comparaison nous permet d'évaluer la pertinence de cette base de donnée en Amazonie. Cette évaluation préliminaire in situ vise à qualifier et quantifier les biais de SURFEX ainsi que de la base de données ECOCLIMAP en vue de simulations sur tout le bassin.
  Paramétrisation stochastique du déclenchement de la convection profonde
Nicolas Rochetin, Fleur Couvreux, Jean-Yves Grandpeix, Catherine Rio
Notre étude porte sur la représentation, à l'aide des paramétrisations d'un modèle de climat, du cas AMMA du 10 Juillet 2006. Il s'agit d'un orage isolé se déclenchant vers 16h au voisinage de Niamey en engendrant un courant de densité, lequel induit à son tour le maintient de la convection profonde. Ce cas a été raisonablement simulé avec le modèle unicolonne LMDZ5B (incluant des paramétrisations des thermiques de couche limite et des courants de densité et une parametrisation de la convection profonde couplée aux deux paramétrisations précédentes pour le déclenchement et la fermeture). Cependant le déclenchement de la convection profonde a lieu environ 2 heures trop tot dans la simulation avec LMDZ5B. Nous présentons une nouvelle paramétrisation du déclenchement convectif permettant de corriger ce défaut. Elle a été développée à partir de l'étude des propriétés statistiques des cumulus lors de la transition vers la convection profonde, tels qu'ils apparaissent dans une simulation des grands tourbillons (LES) de ce cas. De ces propriétés statistiques nous avons tiré un schéma permettant de déterminer une probabilité de déclenchement. Un tirage au hasard permet alors de simuler un déclenchement convectif reproduisant en moyenne les phénomènes observés. Le schéma est essayé ensuite sur divers autres cas continentaux et océaniques ainsi que dans le GCM.
  Rétroaction des descentes précipitantes sur l'intensité convective dans les paramétrisations de la convection.
Rio C.(1), Mrowiec A.(2), Fridlind A.(2), Del Genio A.(2), Jam A.(1), Grandpeix J.-Y.(1) (1)Laboratoire de Météorologie Dynamique, CNRS, Paris, France (2)Goddard Institute for Space Studies, NASA, New-York, USA
Les descentes d'air associées aux précipitations dans les systèmes convectifs jouent un rôle essentiel dans le développement et l'organisation de ces systèmes. Les observations suggèrent deux effets antagonistes des descentes sur l'intensité de la convection. D'un côté, elles apportent de l'air froid et sec en surface, ce qui stabilise les basses couches et inhibe la convection. De l'autre, elles alimentent des poches d'air froid qui, en s'étalant, soulèvent l'air à leur bord et génèrent de nouvelles cellules convectives. La plupart des schémas de convection incluant les descentes d'air ne prennent à priori en compte que leur effet stabilisateur. La nouvelle paramétrisation des poches froides implémentée dans le modèle LMDZ et couplée avec le schéma de convection d'Emanuel permet d'inclure une rétroaction positive des descentes précipitantes sur l'intensité de la convection. Nous explorons ici l'effet des descentes précipitantes sur l'intensité de la convection dans différentes paramétrisations mises en oeuvre dans des simulations unicolonne de cas observés et des simulations 3D: le schéma d'Emanuel (LMDZ5A), le schéma d'Emanuel couplé à la paramétrisation des poches froides (LMDZ5B) et le schéma de Del Genio (GISS ModelE). L'effet relatif de l'évaporation des pluies et de la fonte de la glace sur l'intensité des descentes et des panaches convectifs est également étudié.
  Impacts of recent climate variability, CO2 concentrations and land use change on African terrestrial productivity and water cycle
Abdoul Khadre Traore, Philippe Ciais, Nicolas Vuichard and Ben Poulter
Le rôle de l'écosystème africain dans le bilan global du carbone, du cycle de l'eau et de l'énergie est encore sous évalué. Les changements de l'état des sols combinés aux variations climatiques et à l'augmentation du CO2 rendent complexe la bonne compréhension des tendances observées dans les flux de carbone tels que la GPP (productivité brute) et l'évapotranspiration (ET). Cette étude s'intéresse aux récentes variations de la dynamique de la GPP et de ET ainsi qu'au rôle des changements de l'état des surfaces dans les écosystèmes majeurs en Afrique. La variabilité inter-annuelle de la végétation, de la GPP et de ET simulée par le modèle de surface ORCHIDEE ainsi que leurs tendances sont évaluées avec des produits satellitaires (NDVI) et un modèle (Model Tree Ensembles, MTE) d'estimation de flux de carbone et d'énergie basé sur des données (MTE-GPP et MTE-ET). En outre, des tests de sensibilité ont été menés pour déterminer les rôles respectifs du climat, de l'augmentation du CO2, des changements de surface sur les tendances de la GPP et ET. Le modèle ORCHIDEE réussit à bien capturer la dynamique inter-annuelle de la végétation, de ET et de la GPP. Cependant, le biais important sur la GPP et ET reste la principale source de désaccord entre ORCHIDEE et le MTE, pour tous les types d'écosystèmes africains. L'étude montre aussi une importante variabilité inter-annuelle de la GPP, spécialement à l'échelle sous-continentale. Ainsi, la contribution des écosystèmes Africains aux anomalies de flux de carbone est significative et montre une importante hétérogénéité régionale. En accord avec les données, ORCHIDEE simule une tendance positive de la GPP sur toute la période étudiée alors que celle de ET devient positive à partir des années 1990. Étonnamment, les changements de l'état des sols ont un faible effet sur l'augmentation de la GPP et de ET, montrant de grandes incertitudes sur le rôle des changements de la couverture végétale en Afrique sur les flux de carbone et d'eau. L'augmentation du CO2 joue un rôle relativement important sur la GPP simulée par ORCHIDEE, expliquant 50% de l'augmentation de la GPP alors que ET reste quasi insensible au CO2.
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