“paleoclimatique_t2” — 2013/10/24 — 11:38 — page 155 — #178
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4. La modélisation en paléoclimatologie
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longues de plusieurs centaines voire milliers d’années, ont souvent utilisé des
modèles de résolution plus grossière que celle des modèles utilisés pour les
prévisions climatiques pour le siècle prochain. Ceci n’est plus toujours le cas
à l’heure actuelle, car il est nécessaire, pour comparer les mécanismes de
changements climatiques passés et futurs, d’utiliser les mêmes modèles de
climat.
On distingue souvent, au sein des modèles de circulation générale atmosphérique, deux types de processus : les processus dynamiques et les processus physiques. Les premiers concernent l’évolution de la circulation et
ne peuvent être calculés qu’à partir de la distribution spatiale, en trois dimensions, d’autres variables, comme la température. C’est en utilisant les lois
dynamiques (équations (2–5)) que l’on peut « avancer » dans la simulation, pas
de temps par pas de temps. Les seconds sont calculés séparément pour chaque
colonne verticale pour un pas de temps donné. Il s’agit par exemple et principalement du rayonnement, des nuages, des précipitations et des échanges
avec la surface. La distribution des variables en trois dimensions utilisée à
l’étape dynamique de l’intégration dépend évidemment étroitement de l’évaluation des processus physiques pour chaque colonne verticale. Les calculs
dynamiques et physiques sont donc effectués en alternance, en utilisant parfois différents pas de temps. Si l’on prend l’exemple du modèle atmosphérique
inclus dans le modèle IPSL_CM4 utilisé pour quatrième exercice du GIEC
en 2007, les pas de temps sont de 30 min pour la dynamique et de 6 h pour
la physique, pour une résolution de 3,75
◦ en longitude, 2,5
◦ en latitude et
19 niveaux verticaux.
Dans un modèle de circulation générale, on cherche à représenter au mieux
les deux types de processus. La circulation est calculée à partir des lois fondamentales de la mécanique des fluides, exprimées pour le cas particulier d’une
couche atmosphérique mince entourant une planète en rotation. Nous avons
vu comment ces équations pouvaient être quelque peu simplifiées pour ce cadre
précis, en prenant en compte les échelles caractéristiques de la circulation atmosphérique globale. Cependant, il existe un deuxième type de simplifications
inhérentes à la construction d’un modèle, ce sont celles liées aux processus
physiques définis plus haut. Ceux-ci ne sont en effet pas toujours bien connus
dans leurs plus fins détails. De plus, leur échelle spatiale caractéristique est
souvent beaucoup trop petite pour qu’ils soient explicitement représentés dans
les modèles actuels, dont la résolution spatiale est de l’ordre de la centaine
de kilomètres. On ne cherchera pas alors à représenter en détail le processus,
mais on rendra compte de son effet sur les caractéristiques atmosphériques
à la résolution du modèle. Ainsi, par exemple, on ne représente pas chaque
nuage individuellement, on met en place une formulation de leur impact sur
le bilan radiatif et sur les précipitations. On parle alors de paramétrisation
ou de processus sous-maille. Ces paramétrisations représentent des simplifications de la réalité dans le sens où on en a une connaissance parcellaire ou
dans celui où on ne représente pas le processus en lui-même mais son impact
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4. La modélisation en paléoclimatologie
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longues de plusieurs centaines voire milliers d’années, ont souvent utilisé des
modèles de résolution plus grossière que celle des modèles utilisés pour les
prévisions climatiques pour le siècle prochain. Ceci n’est plus toujours le cas
à l’heure actuelle, car il est nécessaire, pour comparer les mécanismes de
changements climatiques passés et futurs, d’utiliser les mêmes modèles de
climat.
On distingue souvent, au sein des modèles de circulation générale atmosphérique, deux types de processus : les processus dynamiques et les processus physiques. Les premiers concernent l’évolution de la circulation et
ne peuvent être calculés qu’à partir de la distribution spatiale, en trois dimensions, d’autres variables, comme la température. C’est en utilisant les lois
dynamiques (équations (2–5)) que l’on peut « avancer » dans la simulation, pas
de temps par pas de temps. Les seconds sont calculés séparément pour chaque
colonne verticale pour un pas de temps donné. Il s’agit par exemple et principalement du rayonnement, des nuages, des précipitations et des échanges
avec la surface. La distribution des variables en trois dimensions utilisée à
l’étape dynamique de l’intégration dépend évidemment étroitement de l’évaluation des processus physiques pour chaque colonne verticale. Les calculs
dynamiques et physiques sont donc effectués en alternance, en utilisant parfois différents pas de temps. Si l’on prend l’exemple du modèle atmosphérique
inclus dans le modèle IPSL_CM4 utilisé pour quatrième exercice du GIEC
en 2007, les pas de temps sont de 30 min pour la dynamique et de 6 h pour
la physique, pour une résolution de 3,75
◦ en longitude, 2,5
◦ en latitude et
19 niveaux verticaux.
Dans un modèle de circulation générale, on cherche à représenter au mieux
les deux types de processus. La circulation est calculée à partir des lois fondamentales de la mécanique des fluides, exprimées pour le cas particulier d’une
couche atmosphérique mince entourant une planète en rotation. Nous avons
vu comment ces équations pouvaient être quelque peu simplifiées pour ce cadre
précis, en prenant en compte les échelles caractéristiques de la circulation atmosphérique globale. Cependant, il existe un deuxième type de simplifications
inhérentes à la construction d’un modèle, ce sont celles liées aux processus
physiques définis plus haut. Ceux-ci ne sont en effet pas toujours bien connus
dans leurs plus fins détails. De plus, leur échelle spatiale caractéristique est
souvent beaucoup trop petite pour qu’ils soient explicitement représentés dans
les modèles actuels, dont la résolution spatiale est de l’ordre de la centaine
de kilomètres. On ne cherchera pas alors à représenter en détail le processus,
mais on rendra compte de son effet sur les caractéristiques atmosphériques
à la résolution du modèle. Ainsi, par exemple, on ne représente pas chaque
nuage individuellement, on met en place une formulation de leur impact sur
le bilan radiatif et sur les précipitations. On parle alors de paramétrisation
ou de processus sous-maille. Ces paramétrisations représentent des simplifications de la réalité dans le sens où on en a une connaissance parcellaire ou
dans celui où on ne représente pas le processus en lui-même mais son impact