Tarefa 3 Patchwork

Modéliser la cyclogénèse nécessite de représenter à la fois l’environnement d’échelle

synoptique (quelques milliers de km) et, de façon explicite, la région de forte activité convective.

Les paramétrisations

La résolution des modèles joue un rôle très important pour la convection profonde, puisqu'à des résolutions horizontales plus grossières que du 4 km, cette convection ne peut être résolue explicitement ; dans ce cas, on doit activer une convection paramétrée calculée via le schéma de Kain-Fritsch-Bechtold (KFR ; Bechtold et al. 2001). Pour la convection peu profonde, c'est le schéma Eddy-Diffusivity-Kain-Fritsch (EDKF ; Pergaud et al. 2009) qui est utilisé. KFR et EDKF sont les seuls schémas convectifs disponibles dans Meso-NH actuellement.

Quant à la microphysique, le schéma ICE3 (Pinty et al. 1999 et Caniaux et al. 1994), qui est à phase mixte (6 classes d'hydrométéores : neige, glace primaire, graupel, eau nuageuse, pluie et vapeur d'eau), est activé. En effet, Fovell et Su (2007), par exemple, ont montré que les simulations sur les cyclones tropicaux dépendaient considérablement des hydrométéores choisis. En revanche, il n'a pas été nécessaire d'activer les paramétrisations liées à la chimie ou à l'électricité, entre autres.

Les conditions initiales et aux bords

Les analyses de l’ECMWF ont été privilégiées dans cette étude pour l'initialisation du modèle, et aussi pour les conditions aux bords toutes les six heures. Les analyses de Météo-France, elles, ne peuvent être utilisées car ARPEGE zoomé sur l’Europe a une résolution très médiocre sur l’océan Indien, tandis qu’AROME et ALADIN couvrent un

domaine trop limité à l’est du bassin océan Indien.

Les machines

Pour nos simulations, on a principalement utilisé les clusters TORI, une machine vectorielle de Météo-France de 16 nœuds disposant chacun de 8 processeurs, et JADE, une machine scalaire du CINES (Centre Informatique National de l’Enseignement Supérieur) composée de 23040 cœurs répartis sur 2880 nœuds disposant chacun de 2 processeurs.

4.2 Les simulations effectuées

4.2.2 Résumé des simulations réalisées

Le but de cette étude est de réaliser une simulation à haute résolution spatiale (2 km) pendant 5 à 8 jours (sur la phase de cyclogénèse d’Alenga) avec activation de la convection explicite pour une représentation plus réaliste de la cyclogénèse. Avant de lancer cette simulation très coûteuse, il est préférable de vérifier si, avec une résolution dégradée et avec une convection paramétrée, le modèle Meso-NH reproduit correctement le développement cyclonique et la trajectoire d’Alenga. On se basera alors sur cette trajectoire simulée pour définir les positions successives de plus petits domaines et ainsi segmenter la simulation à haute résolution et réduire le temps de calcul.

Vérification des intensités et positions

Dans un premier temps, on souhaite faire quelques tests pour voir si l'on identifie correctement le tourbillon considéré. On fait donc plusieurs simulations à 32 km de résolution avec des configurations différentes. On peut jouer sur la date de départ des calculs : on fait commencer une première simulation le 20 novembre à 00 UTC et une deuxième simulation le 28 novembre à 00 UTC, toutes deux se terminant le 10 décembre à 00 UTC, sur un grand domaine couvrant le sud-est du bassin océan Indien entre environ 45° et 115°E, et 5°N et 25°S. On trace la trajectoire d’Alenga par l’identification des minimums de pression dans les deux cas et on constate que la première simulation représente très mal le tourbillon Alenga. Celui-ci est bien visible pendant les premiers jours du 28 novembre au 1er décembre, mais il se désagrège très rapidement. Cela serait dû à la date de départ de la simulation qui précède trop le développement d'Alenga. Pour la deuxième simulation, à partir du 28 novembre, on constate une trajectoire qui se

rapproche de la trajectoire réelle d’après les bases de données existantes selon IBTrACS et le JTWC.

On teste également plusieurs domaines. On note, par exemple, que si l’on déplace le

domaine vers l’est pour se centrer davantage sur Alenga, en excluant l’ouest du bassin

océan Indien, on exclut l’essentiel du forçage de la cyclogénèse par la phase active de la

MJO. La trajectoire obtenue pour Alenga est alors correcte pendant les premiers jours de la simulation et diverge ensuite de la trajectoire réelle. C’est donc la trajectoire de la

simulation débutant le 28 novembre à 00 UTC lancée sur le grand domaine (nommé D1) sur tout le sud de l’océan Indien (figure 4.4) qui est la plus proche de la trajectoire réelle, reproduisant correctement le virage vers le sud-est du 5 au 6 décembre.

Principe de la simulation avec convection explicite

Ce n'est qu’une fois que les vérifications sur l’intensification et les positions ont été faites que l’on peut concevoir la simulation à réaliser pour activer la convection explicite au

lieu de la convection paramétrée pour la cyclogénèse d’Alenga.

Pour rendre cette simulation réalisable en termes de temps de calcul, on utilise des domaines imbriqués, résumés sur la figure 4.5.

Chapitre 4 Simulations Meso-NH du cyclone tropical Alenga

Figure 4.4 : Représentation de trajectoire d’Alenga toutes les 6 heures sur le grand domaine D1

(rectangle rouge) du 28 novembre 00 UTC (position en haut à droite) au 10 décembre 00 UTC (position en bas à droite) d’après la simulation à 32 km (points roses), IBTrACS (points violets) et le

JTWC (points oranges), toutes les six heures.

Figure 4.5 : Représentation des différents domaines définis pour la simulation avec convection explicite, et des positions retenues de la simulation à 32 km.

On a six petits domaines successifs à 2 km, notés D3a, D3b, D3c, D3d, D3e et D3f, zoomés sur différentes parties de la trajectoire d'Alenga (donnée par la simulation précédente) en prenant en compte la vitesse du système ainsi que son étendue spatiale. Etant donné que

l’on souhaite étudier la période de cyclogénèse allant du 28 novembre au 6 décembre, seule la trajectoire du nord-est vers le sud-ouest, avant le virage vers le sud-est, nous intéresse. Les domaines D3i couvriront donc cette partie de la trajectoire. La taille de

4.2 Les simulations effectuées

système tourbillonnaire. Les six domaines doivent être joints deux à deux pour maintenir une certaine continuité. Pendant l'étape de préparation, il est nécessaire de créer un fichier physiographique sur un large domaine à 2 km (le domaine D3) qui englobe la totalité des petits domaines à 2 km. Il servira uniquement pour faire des zooms sur les domaines D3i.

Ainsi, les domaines D3i (résolution 2 km) tourneront de façon imbriquée dans un domaine intermédiaire D2 (résolution 8 km) et un domaine D1 (résolution 32 km), celui qui a été utilisé précédemment pour la recherche des positions successives d’Alenga. Le tableau 4.1 donne les différentes caractéristiques physiques de tous ces domaines, ainsi que les périodes et pas de temps de simulation sur chaque domaine sauf D3 sur lequel on ne fait pas tourner de modèle.

Tableau 4.1 : Caractéristiques des domaines définis pour la simulation.

Dans un premier temps, il convient de définir les trois domaines généraux qu’on

utilisera dans la simulation : D1, D2 et D3. On doit ensuite imbriquer ces trois domaines ensemble pour mettre en conformité leurs orographies respectives. Le modèle D1 est ensuite couplé toutes les 6 heures avec les analyses ECMWF. Puis, on fait une interpolation horizontale entre D1 et D2 et on interpole les champs initiaux de D1 sur la grille de D2 pour définir les conditions initiales de D2.

Puis, pour chacune des six segmentations de la période de simulation, on définit le domaine D3i zoomé à partir de D3 et on fait une interpolation horizontale entre D2 et D3i et entre D3(i-1) etD3i le cas échéant. On initialise D3i à partir de D3(i-1) sur la partie commune entre les deux domaines et à partir de D2 ailleurs,et on lance la simulation Meso-NH sur D1, D2 et D3i. Les trois modèles D1, D2 et D3i communiquent en « two-way » (communication du modèle père vers le modèle fils, et du modèle fils vers le modèle père) à leurs pas de temps respectifs. La convection explicite est activée sur les domaines D3i

uniquement.

Résolution horizontale

Nombre de points de grille

Période de simulation Pas de

temps D1 32 km 240 x 120 1128-00 → 1206-00 45 s D2 8 km 360 x 240 1128-00 → 1206-00 10 s D3 2 km 1040 x 800 - - D3a 2 km 360 x 240 1128-00 → 1130-12 2,2 s D3b 2 km 360 x 240 1130-15 → 1202-00 2,2 s D3c 2 km 360 x 240 1202-03 → 1203-00 2,2 s D3d 2 km 360 x 240 1203-03 → 1204-00 2,2 s D3e 2 km 360 x 240 1204-03 → 1205-00 2,2 s D3f 2 km 360 x 240 1205-03 → 1206-00 2,2 s

Chapitre 4 Simulations Meso-NH du cyclone tropical Alenga