Modèle de circulation générale

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.
Sauter à la navigation Sauter à la recherche
Modèle de circulation générale GEOS-5 (Goddard Earth Observing System Model) développé par la NASA.

Un modèle de circulation générale est un modèle climatique. Il s'appuie sur les équations de Navier-Stokes, appliquées à une sphère en rotation ainsi que sur des équations d'équilibre de la thermodynamique pour inclure les sources d'énergie (rayonnement, changement de phase). Ceci permet de simuler à la fois la circulation atmosphérique mais aussi la circulation océanique. Ces équations sont ensuite codées pour être utilisée par des superordinateurs.

Ces modèles de circulation générale sont utilisés pour les prévisions atmosphériques, pour l'étude du climat et du changement climatique.

Terminologie[modifier | modifier le code]

En anglais, l'acronyme GCM signifiait à l'origine modèle de circulation générale, mais on parle également de plus en plus de modèle climatique global en utilisant le même acronyme.

Les modèles de circulation générale désignent un vaste ensemble de modèles comprenant notamment :

Les modèles climatiques désignent la dernière catégorie, c'est-à-dire les modèles couplés. Aujourd'hui, les modèles climatiques incluent également des modèles de glace continentale, des modèles de surface continentale, des modèles de biogéochimie marine, des modèles de chimie atmosphérique, etc. Du fait de cette complexité et de l'étendue des processus physiques et chimiques représentés dans les modèles climatiques actuels, on parle de plus en plus de "Modèles du Système Terre" désignés par l'acronyme ESM (pour Earth system model)[1].

Histoire[modifier | modifier le code]

En 1956, Norman Philips développe pour la première fois un modèle climatique qui décrit de manière convaincante la circulation troposphérique. À sa suite, de nombreux GCM sont élaborés. Le premier qui combine à la fois les processus atmosphériques et océaniques est développé dans les années 1960 par le laboratoire NOAA Geophysical Fluid Dynamics Laboratory.

Structure[modifier | modifier le code]

Les GCM utilisent d'une part les équations de Navier-Stokes discrétisées auxquelles on ajoute des paramétrisations pour rendre compte des phénomènes sur des échelles fines. Cela peut-être le cas des ondes gravitationnelles, de l'interaction avec la surface, l'albédo... On complète ce système avec des équations décrivant les changements d'état, l'effet de serre, etc.

D'un modèle à un autre, la complexité peut varier énormément. Les modèles les plus simples son axi-symétriques et modélisent le flux d'énergie solaire par un flux thermique proportionnel à l'écart à une température d'équilibre[2].

Une seconde étape consiste à modéliser les gaz à effet de serre (gray-radiation), les flux d'humidité et les changements de phase (par exemple avec une aqua-planète, c'est-à-dire une planète océan)[3].

Par la suite, on peut ajouter un ou plusieurs continents, un cycle diurne/nocturne et saisonnier etc.

Les modèles climatiques du CMIP[modifier | modifier le code]

Les prévisions de quelques-uns des super-modèles développés par les centres météorologiques nationaux suivant les scénarios du SRES (GIEC)

Le projet d'intercomparaison des modèles couplés (Coupled Model Intercomparison Project - CMIP) organisé sous l'égide du groupe de travail du programme mondial de recherche sur le climat (WCRP) a démarré en 1997 avec la comparaison des performances de cinq modèles climatiques couplant la circulation atmosphérique avec une dynamique océanique, une surface continentale simple et une glace océanique thermodynamique. Aujourd'hui, le CMIP s'occupe d'organiser le développement des modèles climatiques, de manière cohérente au niveau des données de sortie, de l'historique des expériences menées et des lacunes scientifiques. Ces modèles climatiques sont développés dans de nombreux pays.

Aujourd'hui, ces résultats font office de référence presque au même titre que les réanalyses météorologiques. Cependant, un modèle isolé donne très souvent des résultats dont la variabilité est aléatoire et donc indésirable pour mettre en valeur des tendances. Le plus souvent, on utilise les variations moyennées sur l'ensemble des modèles. C'est pourquoi il est important que de nombreux modèles soient développés de manière indépendante par les différents centres.

Pour tester ces modèles, on les utilise pour modéliser des scénarios connus grâce à la connaissance de l'histoire du climat ou bien en observant la manière dont ils rendent compte de certains phénomènes connus tels que El Niño.

Centre de modélisation ID de l'Institut Nom du modèle Nationalité
Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO) and Bureau of Meteorology (BOM), Australia CSIRO-BOM Drapeau de l'Australie Australie
Beijing Climate Center, China Meteorological Administration BCC BCC-CSM1.1

BCC-CSM1.1(m)

Drapeau de la République populaire de Chine Chine
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (National Institute for Space Research) INPE BESM OA 2.3 Drapeau du Brésil Brésil
College of Global Change and Earth System Science, Beijing Normal University GCESS BNU-ESM Drapeau de la République populaire de Chine Chine
Centre canadien de la modélisation et de l'analyse climatique[4] CCmaC/CCCMA CanESM2

CanCM4

CanAM4

Drapeau du Canada Canada
University of Miami - RSMAS RSMAS CCSM4(RSMAS) Drapeau des États-Unis États-Unis
National Center for Atmospheric Research NCAR CCSM4 Drapeau des États-Unis États-Unis
Community Earth System Model (en) Contributors NSF-DOE-NCAR CESM1(BGC)

CESM1(CAM5)

CESM1(CAM5.1,FV2)

CESM1(FASTCHEM)

CESM1(WACCM)

Drapeau des États-Unis États-Unis
Center for Ocean-Land-Atmosphere Studies and National Centers for Environmental Prediction COLA and NCEP CFSv2-2011 Drapeau des États-Unis États-Unis
Centro Euro-Mediterraneo per I Cambiamenti Climatici CMCC CMCC-CESM

CMCC-CM

CMCC-CMS

Drapeau de l'Italie Italie
Centre National de Recherches Météorologiques / Centre Européen de Recherche et Formation Avancée en Calcul Scientifique CNRM-CERFACS CNRM-CM5 Drapeau de la France France
CNRM-CM5-2
Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization in collaboration with Queensland Climate Change Centre of Excellence CSIRO-QCCCE CSIRO-Mk3.6.0 Drapeau des États-Unis États-Unis
EC-EARTH consortium EC-EARTH EC-EARTH Drapeau de l'Europe Europe
LASG, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences and CESS, Tsinghua University LASG-CESS FGOALS-g2 Drapeau de la République populaire de Chine Chine
LASG, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences LASG-IAP FGOALS-gl

FGOALS-s2

Drapeau de la République populaire de Chine Chine
The First Institute of Oceanography, SOA, China FIO FIO-ESM Drapeau de la République populaire de Chine Chine
NASA Global Modeling and Assimilation Office NASA GMAO GEOS-5 Drapeau des États-Unis États-Unis
NOAA Geophysical Fluid Dynamics Laboratory NOAA GFDL GFDL-CM2.1

GFDL-CM3

GFDL-ESM2G

GFDL-ESM2M

GFDL-HIRAM-C180

GFDL-HIRAM-C360

Drapeau des États-Unis États-Unis
NASA Goddard Institute for Space Studies NASA GISS GISS-E2-H

GISS-E2-H-CC

GISS-E2-R

GISS-E2-R-CC

Drapeau des États-Unis États-Unis
National Institute of Meteorological Research/Korea Meteorological Administration NIMR/KMA HadGEM2-AO Drapeau de la Corée du Sud Corée du Sud
Met Office Hadley Centre (additional HadGEM2-ES realizations contributed by Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) MOHC

(additional realizations by INPE)

HadCM3

HadGEM2-CC

HadGEM2-ES

HadGEM2-A

Drapeau du Brésil Brésil
Institute for Numerical Mathematics INM INM-CM4 Drapeau de la Russie Russie
Institut Pierre-Simon Laplace IPSL IPSL-CM5A-LR

IPSL-CM5A-MR

IPSL-CM5B-LR

Drapeau de la France France
Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology, Atmosphere and Ocean Research Institute (The University of Tokyo), and National Institute for Environmental Studies MIROC MIROC-ESM

MIROC-ESM-CHEM

Drapeau du Japon Japon
Atmosphere and Ocean Research Institute (The University of Tokyo), National Institute for Environmental Studies, and Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology MIROC MIROC4h

MIROC5

Drapeau du Japon Japon
Max-Planck-Institut für Meteorologie (Max Planck Institute for Meteorology) MPI-M MPI-ESM-MR

MPI-ESM-LR

MPI-ESM-P

Drapeau de l'Allemagne Allemagne
Meteorological Research Institute MRI MRI-AGCM3.2H

MRI-AGCM3.2S

MRI-CGCM3

MRI-ESM1

Drapeau du Japon Japon
Nonhydrostatic Icosahedral Atmospheric Model Group NICAM NICAM.09 Drapeau du Japon Japon
Norwegian Climate Centre NCC NorESM1-M

NorESM1-ME

Drapeau de la Norvège Norvège

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. (en) Gregory M. Flato, « Earth system models: an overview », Wiley Interdisciplinary Reviews: Climate Change, vol. 2,‎ , p. 783–800 (ISSN 1757-7799, DOI 10.1002/wcc.148, lire en ligne, consulté le 20 avril 2016)
  2. (en) Isaac M. Held, « A proposal for the intercomparison of the dynamical cores of Atmospheric General Circulation Models », Bulletin of the American Meteorological Society, no vol.75 n°10,‎
  3. (en) Dargan M. W. Frierson, « A Gray-Radiation Aquaplanet Moist GCM. Part I: Static Stability and Eddy Scale », Journal of the Atmospheric Sciences, no vol 63,‎
  4. Site officiel du Centre canadien de la modélisation et de l'analyse climatique