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PROJET 3: DYNAMIQUE DE PETITE ECHELLE ET BIO-GEOCHIMIE APPLIQUEES A L'ATLANTIQUE NORD (Marina Lévy, Anne-Sophie Kremeur, Marie-Alice Foujols, Francoise Pinsard, C. Talandier, R. Benshila, C. Levy, C. Deltel) Résumé du projet: Ce projet a pour but de quantifier l'impact à grande échelle de la dynamique de petite échelle sur les flux biogéochimiques. Notre approche est basée sur la modélisation numérique. La résolution horizontale que nous souhaitons utiliser est 100 fois plus fine que celle des modèles actuels de climat. Objectifs scientifiques L'efficacité du pompage de CO2 par l'océan est fortement dépendante de la dynamique océanique, et en particulier des petites échelles. En particulier, les fronts dits de sub-mésoéchelle (< 10km), où la dynamique est la plus intense, ne sont pas représentés dans les modèles actuels de climat car les mailles de ces modèles sont beaucoup trop grandes (typiquement, 100km x 100km). À quelles erreurs dans les modèles climat-carbone conduit cet " oubli " de l'impact de la dynamique de sub-mésoéchelle sur la biogéochimie ? Pour répondre à cette question, nous proposons de mener une étude de modélisation couplée dynamique-biogeochimie trés haute résolution (2km x 2km) à l'échelle d'un bassin qui sera conduit vers son état d'équilibre. La taille du probléme abordé dans cette étude est une première. En effet, à l'échelle d'un bassin, les efforts les plus importants à ce jour ne dépassent pas 10km x 10km, ce qui est encore trés insuffisant pour prendre en compte les transports verticaux à sub-mesoéchelle. À une résolution de 2km x 2km, seules des études sur de petits domaines (100km x 500km) et durant de courtes durées (1 mois) ont été menées. L'avancée concerne l'impact des petites échelles d'espace sur les grandes échelles spatio-temporelles.
PROJET 4: COUPLAGE OCEAN-ATMOSPHÈRE EN PRÉSENCE DE TRÈS FINES COUCHES DE MÉLANGE OCÉANIQUES (G. Madec, S. Masson, F. Pinsard, C. Talandier, R. Benshila, A. Caubel M.-A. Foujols C. Levy, C. Deltel) Résumé du projet: Importance des très fines couches de mélange océaniques (de l'ordre du mètre) sur du couplage océan-atmosphère et ses conséquences sur la variabilité intra-saisonnière de l'océan Indo-Pacifique tropical. Objectifs scientifiques Les régions tropicales sont celles où le couplage océan-atmosphère est le plus énergétique et conditionne la réponse de ces deux fluides géophysiques à grande échelle. C'est ainsi que ce couplage force des événements climatiques tels la Mousson Indienne ou El Niño dont la prévision reste un des challenges importants de ces prochaines années. Dans ce contexte, de récentes études ont souligné l'importance que joue la variabilité intra-saisonnière (20-60 jours) qui est elle-même sensible à des processus de petites échelles dans les couches de surface océaniques du fait des non-linéarités existantes et du couplage océan-atmosphère. Le rôle actif qu'y joue l'océan résulte de la capacité de la couche de mélange océanique à répondre à la variabilité haute fréquence de l'atmosphère. De nombreuses observations ont montré que l'existence de couches de mélanges extrêmement fines permettent une forte intensification du couplage océan-atmosphère dans des régions clefs où est observée la convection atmosphérique profonde. Il est actuellement reconnu que ces mécanismes, qui constituent le moteur de la variabilité climatique dans les tropiques, doivent être présents dans les modèles numériques si l'on veut améliorer de manière significative l'efficacité des prévisions. Le problème est que ces mécanismes mettent en jeu des échelles très différentes, interagissant fortement entre elles, dont la prise en compte explicite dans les modèles numériques est hors de portée des ordinateurs disponibles. L'accès au Earth Simulator nous offre de ce point de vue une opportunité unique d'estimer de manière explicite l'impact de ces mécanismes en utilisant une résolution tri-dimensionnelle la plus élevée possible (appropriée au problème considéré). La prise en compte des échelles spatiales et temporelles qui sont importantes pour ce type de variabilité climatique est donc au coeur de la démarche de ce projet qui se situe en amont dans le processus de mise au point des futurs modèles de Climat. RESULTATS (2007): projets 3 et 4 Des informations plus détaillées et complétes sur les description des simulations, résultats, publications et conférences sont disponibles sur : http://wiki.ipsl.jussieu.fr/wiki_ipsl/EarthSimulator http://dods.ipsl.jussieu.fr/projets_ES/INLOES/ Project 3: "The impact of sub-mesoscale physics on the North Atlantic balance (heat transport, nutrient cycling, CO2 pump)": The objective is to get a better understanding and quantification of the contribution of sub-mesoscale physics (eddies and filaments) on the basin scale budgets of heat and salt transport, subduction, (nutrient cycling and production of phytoplankton for the North Atlantic ocean. This requires long term integration (50 years) of an idealized oceanic basin (2000 km x 3000 km) with very high (2 km) horizontal resolution. We use the OGCM OPA coupled with the biogeochemical model LOBSTER. For comparison, we run the same experiment with a range of horizontal resolutions (1°, 1/3°, 1/9°, 1/27°, 1/54°). The oceanic configuration of the first theme, a global ocean with 0.5° resolution on the horizontal, was also coupled to a biogeochemical model (as in the second theme) in order to assess the impact of increased resolution (from 2° to 0.5°) at global scale on anthropogenic and natural carbon fluxes and on the interannual variability of marine productivity. Project 4: "The impact very shallow ocean mixed layers on the tropical climate intraseasonal variability". The aim of this work is to get a better understanding and quantification of the resolved upper oceanic structures with small vertical scale that can influence the development of large scale coupled phenomena. Specific objectives will concern the upper ocean equatorial dynamics with a focus on the impact of diurnal cycle and the barrier layer on the tropical climate variability. To carry on this project, the use of an ocean-atmosphere coupled model (OPA9-ECHAM5) with a very high vertical resolution (301 levels) in the ocean. Plan at the beginning of the year Project 3: 1- Gyre configuration: The first goal was to analyse the dynamical experiments performed in 2006. The second goal was to finish the coupled bio-physical experiments. More precisely,
2- Global configuration The goal was to perform two simulations, with the model NEMO (OPA-LIM-TOP-PISCES), global ocean, resolution 0.5° x ~0.5°x 31 levels : - one forced with a constant atmospheric pCO2 - equal to 287 ppm - from 1870 to 1984 - one forced with increasing observed atmospheric pCO2. from 1870 to 2001 Forcing: except atmospheric pCO2, the atmospheric forcing is identical for the 2 runs and consists of ERA40 forcing from 1958 to 2001 (repeated 3 times). Project 4: the main goal of this year was to analyze and validate the short simulations performed in 2006 before performing longer sensibility experiments. Attained Results by Using the Earth Simulator: [Results] Project 3: The resolution of sub-mesoscale physics with 1/54° resolution dramatically changes the mean state of idealized oceanic gyres. The mean and eddy kinetic energy are both enhanced. Strong jets are formed, which is consistent with observations in the North Pacific. Moreover, the shape of the thermocline and the properties of mode waters is greatly affected which shows the integrated effect of the sub-mesoscale cannot be any longer neglected in climate models. A paper is in preperation to describe these results. 70% of the biological simulations that have been planned have been performed. Project 4: The coupled experiment with a 1-m resolution in the ocean surface layers allows warm layer diurnal formation with realistic intraseasonal variations of SST diurnal cycle. In this experiment, MJO is changed considerably in comparison with a 10-m resolution experiment: - SST intraseasonal variations are strongly enhanced (+50%), becoming more realistic, even regionally within the maritime continent. - warm layer formation favors eastward propagation, increases MJO propagation speed in the region of coupling - It produces less regular, more chaotic MJO, improving MJO realism This study emphasizes the complex mechanisms, scale interactions and ocean-atmosphere couplings involved in the MJO. We also took advantage of our coupled model to explore the generation of oceanic inertia-gravity waves by high frequency atmospheric forcing. The analysis of numerical outputs, gave evidence of significant energy radiation into the ocean interior. A detailed analysis of the most energetic events is under progress. |