À la recherche des clés pour améliorer la modélisa on régionale couplée air–mer vers une compréhension approfondie du climat d’Asie du Sud-Est

– Quentin Desmet, doctorant, Legos –

Résumé :

L’Asie du Sud-Est (ASE) est une région tropicale constituée d’une multitude d’îles montagneuses et de mers à profondeurs variées. Les interactions air–mer y sont présentes à de multiples échelles spatio-temporelles, e.g., dans les cyclones tropicaux ou sous l’influence de grands phénomènes oscillatoires tels que El Niño–Southern Oscillation. Avec la vision long-terme d’étudier plus précisément comment interagissent ces divers événements atmosphériques et océaniques dans le système climatique d’ASE, nous développons dans cette thèse un modèle régional couplé océan–atmosphère pour la région, et apportons des solutions innovantes aux problèmes fondamentaux qui entourent de tels développements. Les modèles RegCM5 (atmosphère) et SYMPHONIE (océan) sont couplés via le coupleur OASIS. Dans un premier temps, nous tâchons de sélectionner la configuration la plus adéquate de RegCM5 pour notre système couplé, parmi trente-six combinaisons de schémas couvrant les aspects suivants : transfert radiatif, couche limite atmosphérique, convection paramétrée, microphysique à l’échelle résolue et fraction nuageuse. Pour répondre à ce problème classique et pourtant si peu abordé dans les modèles couplés air–mer, nous développons une stratégie reproductible visant à faciliter l’exécution de tels efforts pour la communauté en générale. La procédure suivie consiste à réduire l’ensemble de configurations considérées, en appliquant trois filtres successifs basés sur (1) l’analyse statistique de la performance relative des configurations vis-à-vis de l’ensemble dans le cadre de simulation non-couplées ; (2) l’analyse spécifique des meilleures simulations trouvées en (1) ; et (3) l’analyse spécifique de simulations couplées implémentant les meilleures configurations basées sur (2). Le point (1) repose sur l’utilisation d’une méthode objective de classement d’ensemble développée pour cette thèse, et basée sur une fonction de normalisation universelle capable d’attribuer un score à tout résultat issu d’une quelconque métrique d’évaluation. Nos résultats indiquent qu’aucune configuration de RegCM5 ne surperforme toutes les autres de façon indéniable, la simulation des flux de surface radiatifs réalistes étant, par exemple, rarement associée à une représentation satisfaisante des flux de chaleur turbulente. Néanmoins, il semble que des capacités supérieures pour représenter les précipitations océaniques en mode ‘non-couplé’ soient déterminantes pour conduire les simulations couplées les plus optimales. Pour cet aspect et la simulation des vents de surface, le choix du schéma de convection paramétrée domine absolument la performance obtenue, Tiedtke (Kain–Fritsch) sur-performant (sous-performant) l’ensemble. En définitive, nous sélectionnons les schémas RRTM, Holtslag, Tiedtke, Nogherotto–Thompkins et Xu–Randall (pour les aspects du modèle mentionnés dans le même ordre plus haut), qui produisent la meilleure performance pour les précipitations en mode ‘non-couplé’, et pour la température de surface lorsque nous activons le couplage air–mer. Pour finir, nous développons un algorithme de couplage inédit, alliant conservation, synchronicité et raisonnable coût de calcul. Nous montrons qu’un couplage quasi-synchrone à haute fréquence est tout à fait abordable dans le cadre de la modélisation régionale, si l’on s’adapte aux pas de temps des modules de surface et de radiation internes au modèle atmosphérique. Notre approche améliore de fait la cohérence entre les deux composants du modèle, qui voient désormais les mêmes flux interfaciaux pendant les mêmes durées. Des résultats préliminaires sont présentés quant à l’évaluation de sa valeur ajoutée dans des simulations réalistes.

Jury :

• Mme Marine HERMANN (LEGOS, France). Directrice de thèse.
• M. Thanh NGO-DUC (USTH, Viêt Nam). Co-directeur de thèse.
• M. Liew JUNENG (UKM, Malaisie). Rapporteur.
• M. Matthieu LENGAIGNE (MARBEC, France). Rapporteur.
• M. Laurent LI (LMD, France). Rapporteur.
• Mme Marie-Noëlle BOUIN (CNRM, France). Examinatrice.
• Mme Gaëlle DE COËTLOGON (LATMOS, France). Examinatrice.
• Mme Fleur COUVREUX (CNRM, France). Examinatrice.
• Mme Erika COPPOLA (ICTP, Italie). Membre invitée.