MODÉLISATION NUMÉRIQUE DU CLIMAT Flashcards
QUI EST le pionnier de la prévision météo?
lewis Fry Richardson
lewis fry richardson est le pionnier de la prévision météo , ya fait quoi .
développe des techniques et algorithmes pour résoudre des équations mathématiques tres complexes qui gouvernent la circulation atmosphérique .
équations différentielles partielles et non linéaires.
problemes avec les équations pour laprévision météro? sans ordi ? ..
la météo évolue bcp plus rapidement que lexécution nécessaire à faire les calculs à la main..
il faudrait combien de mathématiciens pour faire le travail des calculs sans ordi pour la prévisionn météo ?
64 000 .
en quelle année les premieres développement de techniques algorithme pour prévision météo ?
1922
quelle année le premier ordi pour les prévision metteo ?
1946
comment sappelait le premier ordi
ENIAC
problem avecc ENIAC.
une prévision de 24h demande 24h de calcul…….
qui a travailler avec le premier ordi ENIAC ?
john neumann et charney
Un apprenti de Neumann et Charney, le météorologue _____ , devient le directeur du General Circulation Research Section en ___ , le tout premier laboratoire de _____ , aujourd’hui appelé le Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL, http://www.gfdl.noaa.gov/). Smagorinsky a le désir d’intégrer le modèle de Neumann et Charney sur une plus longue période de temps, non pas pour prévoir à long terme les changements météorologiques sur une base quotidienne, mais bien pour représenter la condition moyenne, ou « normale », de la météorologie :___ .
Joseph Smagorinsky
1955
modélisation atmosphérique
le climat
Avec l’expansion du réseau de collecte de données météorologiques, les modèles climatiques sont couramment utilisés comme outils de recherche depuis les années ___ , particulièrement depuis que les changements climatiques font partie des débats scientifiques et politiques. À part quelques améliorations dans la modélisation du cycle hydrologique et de la chimie atmosphérique, entre autres, l’innovation des ____ atteint un summum. Par contre, les ___ se font constamment attendre par la communauté scientifique qui désire améliorer la ____ de leurs modèles.
1970
modèles climatiques
progrès informatiques
résolution et l’efficacité
Même au rythme actuel des progrès technologiques, la puissance informatique nécessaire pour exécuter les modèles climatiques de fine pointe est très avancée. Ils nécessitent entre ____ de mémoire, tout dépendant de la résolution, uniquement pour emmagasiner toutes les données climatiques globales nécessaires à un seul instant. Les ressources humaines nécessaires à la codification de ces modèles sont également considérables, de ____ . Pour ces raisons, il n’existe actuellement qu’une __ de groupes de modélisation climatique d’importance dans le monde.
48 et 160 mégaoctets
25 à 30 années- personnes
dizaine
Il existe plusieurs types de modèle climatique, à différents niveaux de complexité. Parmi les plus complexes, les ____ sont ceux utilisés par les principaux groupes de recherche sur les changements climatiques. Leur complexité est témoignée par le fait qu’ils sont des ___ .
modèles de circulation générale
modèles couplés en trois dimensions qui tentent de reproduire la physique et la dynamique du système climatique.
4 catégories de variables climatiques fondamentales
- variables indépendantes spatiales
- variables indépendantes temporellement constante
- variable indépendantes temporelles t
- variables dépendantes temporellement changeante
les variables indépendantes spatiales :
- longitude
- latitude
- l’altitude
- la variable indépendante temporelle
cest quoi les variables indépendantes temporellement constante :
ne change pas au court terme, à moins dune perturbation humaine ou naturelle ( ex: type de surface, valeur albédo, concentration GES, constante solaire )
cest quoi les variables dépendantes temporellement changeante pour latm et les océans :
- vitesse et direction des vents
- pression ( atm )
- densité ( atm )
- température ( atm )
- humidité ( atm )
cest quoi le but de modele de circulation genetale :
illustrer comment les variables dépendantes temporellement changeantes réagissent spatialement et temporellement suite à des modifications à une ou plus de variables temporellement constante – FORCAGES.
cest quoi les 4 principales équations mathématiques différentielles ( lois de conservation )
- loi de conservation de la quantité de mouvement
- loi de conservation de masse
- loi de conservation dénergie
- loi de conservation de vapeur d’eau
la loi de la conservation de la quantité de mouvement explique quoi :
lévolution du fluide atmosphérique en vitesse et direction dans le temps et lespace .
il y a 4 forces sur lair:
- coriolis
- gravité
- force de pression horizontale
- force de friction
la somme des 4 forces sur lair sont :
parraleles aux isobares , mais quand mm verticalement aussi car , sans quoi il n’y aurait pas de condensation ni de précipitations dans l’atmosphère, et il n’y aurait pas de circulation thermohaline dans les océans.
les 2 forces sur lair les plus importantes :
FORCE DE PRESSION HORIZONTALE
CORIOLIS
la lois de la conservation de masse dit quoi .
la densité dun fluide a linterieur dun volume varie selon les entrer et les sorties de masse de ce meme volume.
La troisième équation est la loi de conservation d’énergie. Cette loi lie ____ .
Par exemple, le gain ou la perte d’énergie d’un fluide, soit par radiation, conduction et/ou consommation ou libération de chaleur latente (pour l’atmosphère), entre autres, produit un changement de sa température et de sa pression. C’est ici que le budget radiatif global entre en compte. Les modèles doivent tenir compte du cycle annuel et quotidien de l’activité solaire, et des composantes du système climatique (atmosphère, cryosphère, hydrosphère, continents, biosphère) quant à leur capacité d’absorber, réfléchir et transmettre l’énergie solaire. Ces capacités varient également selon la longueur d’onde (par exemple, l’atmosphère absorbe peu les ondes courtes, mais absorbe beaucoup les ondes longues). Certaines composantes du système climatique sont variables (par exemple, couverture neigeuse et glaciaire accrue en hiver, humidité spécifique et couverture nuageuse variable) complexifiant de beaucoup la variété des échanges énergétiques dans le système climatique.
tous les échanges d’énergie dans le système aux modifications que cela entraîne à la température et la pression du fluide
que dit la loi de conservation de la vapeur deau ?
lhumidité relative varie selon le rythme dvaporation, condensation , sublimation de l’eau .
cest quoi la résolution déquations par des méthodes numériques ?
Des méthodes numériques sont utilisées pour résoudre des équations différentielles lorsqu’elles sont trop complexes pour être résolues analytiquement. Ces techniques utilisent un intervalle de temps (∆𝑡) et d’espace (∆𝑥, ∆𝑦, ∆𝑧) pour estimer la distribution spatiale de la valeur d’une variable dans l’avenir à partir de la valeur connue de cette même variable à un moment précis (la température 𝑇 par exemple). C’est à partir de cette valeur connue à un moment donné (𝑇0) qui est généralement issue d’observation, aussi appelée la condition initiale, que le modèle est démarré. En utilisant cette valeur et une méthode numérique, il est possible de prédire la valeur de cette variable à l’itération subséquente, c’est-à-dire un intervalle de temps plus tard (𝑇1). Cette valeur est ensuite utilisée pour prédire celle à l’itération suivante (𝑇2), et ainsi de suite, jusqu’à ce que la valeur de la dernière itération soit obtenue.
C’est ainsi qu’une prévision est obtenue. Idéalement, la valeur choisie pour ∆𝑡 est petite, donc le nombre total d’itérations 𝑁 nécessaire est très grand, en particulier lorsque des prévisions climatiques à long terme sont effectuées. Ceci témoigne de la puissance informatique considérable requise pour modéliser le climat.
cest quoi le paramétrage
technique de simplification ou de généralisation
Strictement parlant, le____ est une technique de simplification ou de généralisation. Elle est couramment utilisée en modélisation climatique, soit pour représenter un processus physique dont l___ , soit ____ , soit parce que ____ , ou tout simplement dans l’esprit ____ . L’usage de ces techniques ne doit cependant pas sévèrement compromettre la___ du modèle. Négliger la force centrifuge à l’intérieur de la force de gravité est un exemple de paramétrage. Les modèles sont facilement capables de la calculer, mais étant donné qu’elle a si peu d’influence sur les résultats, son calcul peut être considéré comme du temps perdu et justifie son exclusion.
paramétrage
a compréhension n’est pas parfaite ou trop complexe
parce que la résolution du modèle est trop grossière pour représenter le processus physique en question
les données d’observation nécessaires à la modélisation sont discontinues ou incomplètes
d’économiser de la puissance informatique et d’obtenir des résultats plus rapidement
qualité
technique de simplification ou de généralisation
paramétrage
4 sortes de paramétrages :
- de surface
- de convection,
- formation de nuage
- précipitation
cest quoi le paramétrage de surface?
chaque cellule du modele est attribuée à une catégorie ( océan, glace, neige , etc ) les plus complexe cest ( ____ )
ces cellules ont ____ et les cellule de continent ont une ___ .
La quantité d’humidité du sol est mise à jour à mesure que le modèle____ . Lorsque la capacité maximale est atteinte, le modèle produit ___ . La valeur d’albédo attribuée aux surfaces neigeuses et glaciaires peut être fixe, ou peut être une fonction de la latitude, de la température, de la longueur d’onde réfléchie, de son âge et de son épaisseur, selon la complexité du modèle. Le paramétrage de la couverture glaciaire est très délicat, puisqu’elle ___ , comme la température (particulièrement lorsqu’elle oscille aux alentours de 0°C). Les processus de rétroaction impliquant ___ sont très forts et peuvent dangereusement produire une simulation qui diverge de la réalité (exemple de la Terre boule-de-neige).
desert, foret , lac
une valeur spécifique dalbédo
quantité et une capacité maximum dhumidité du sol
prédit de la pluie et de l’évaporation
du ruissellement
dépend de la prévision d’autres caractéristiques
la couverture glaciaire
La convection est un phénomène à petite échelle qui ne peut être représenté par ____ .
Elle est pourtant responsable non seulement de ____ mais aussi de ____ . L’ascension d’air est déterminée par ___ . Une méthode couramment utilisée pour quantifier cet état est ___ .
la résolution des modèles actuels
transférer de l’humidité et de l’énergie de la surface vers l’atmosphère,
mais aussi de
la formation de cumulus et de cumulonimbus, propice au temps orageux
la stabilité atmosphérique
l’indice de Richardson.
parametrage de la formation des nuages :
il y a formation de nuage quand :
lhumidité relative dans une cellule est environ de 80 à 100%.
les modeles les plus complexe au niveau de la formation des nuages ne tiennent pas juste compte de lhumidité mais aussi de :
vitesse verticale des vents
stabilité atm.
entre les différents types de paramétrage, quelle est la plus grande source dincertitude?
la formation des nuage .
Pas assez pour représenter la formation de plusieurs types de nuages et
dépend des données satelites tjrs insuffisante..
paramétrage des précipitations :
cest que les précipit proviennet soit des nuages, mais doit pas insinuer que tout nuage précipite…..
en général, si la température de la colonne atm sous le nuage est ____ , ils précipitent et augmente humidité du sol et sa ruiselle… sinon, neige au sol..
plus grand que 0 degré