Une méthode de désagrégation adaptée au forçage de modèles océaniques

1. Une méthode de désagrégation adaptée au forçage de modèles océaniques M. Minvielle, J. Boé, C. Cassou, J. Najac, L. Terray, R. Bourdallé-Badie

2. 1. Introduction Projet DESAGO Objectif : développer, valider et mettre en œuvre une méthode de désagrégation pour mieux comprendre les modifications océaniques en réponse au forçage d'origine anthropique Constat : Indice de la circulation thermohaline dans différents modèles couplés dans un scenario d'augmentation des gaz a effet de serre (GIEC 2001) →grandes incertitudes sur lavariabilité et l'intensité de la THC dans les scenarios de changement climatique • résolution des modèles océaniques • biais dans les flux air-mer → difficile d'extraire et d'étudier les mécanismes jouant un rôle dans la réponse de la THC au forçage anthropique

3. 1. Introduction Méthode: Circulation atmosphérique de grande échelle Variables atmosphériques a la surface de l'océan Fonction de transfert Mise en œuvre: • Construction de la fonction de transfert sur la période présente 1958-2002 à partir de réanalyses atmosphériques • Reconstructiondes variables atmosphériques de surface •Validation : - comparaison du forçage reconstruit avec le forçage observé - comparaison de 2 simulations océaniques (NATL4) forcées avec ces 2 forçages •Application au climat futur en reconstruisant les variables de surface à l'aide de variables de grande échelle issues de modèles couplés (scenarios GIEC)

4. 1. Introduction Modèle couplé Circulation atmosphérique de grande échelle Fonction de transfert Variables atmosphériques à la surface de l‘océan u10, v10, t2, q2, sw, lw Formules Bulk Flux Air-Mer MODELE OCEANIQUE haute résolution 0.5º

5. DFS4u10,v10 Réanalyses ERA40 1958-2002 1. Introduction Modèle couplé Circulation atmosphérique de grande échelle Observations Variables atmosphériques à la surface de l‘océan Brodeau, 2007 Fonction de transfert Circulation atmosphérique de grande échelle Variables atmosphériques à la surface de l‘océan Formules Bulk Flux Air-Mer MODELE OCEANIQUE haute résolution 0.5º

6. 1. Introduction • 2. Méthode • Validation • 4. Conclusions

7. Régimes de temps 2. Méthode Méthode basée sur les régimes de temps Classification des jours de la variable atmosphérique de grande échelle … Régimes de temps: N groupes de jours avec des caractéristiques atmosphériques proches Vautard, 1990 … WR1 WRn UV1000hPa Atlantique tropical (90ºW–30ºE, 20ºN-20ºS) Z500hPa moyennes latitudes (90ºW–30ºE, 90ºN-20ºN)

8. Régimes de temps 2. Méthode • 4 WR z500 + 4 WR UV1000 pour les mois de DJFM •5 WR z500 + 5 WR UV1000 pour les mois de JJAS • pour les mois de transition ON et AM, tous les WR sont possibles Régimes de temps en DJFM Z500hPa (m) UV1000hPa (m/s) Atl. Ridge Blocking NAO+ NAO- NAO+ NAO-

9. Régimes de temps 2. Méthode Composites de la composante zonal du vent U10(m/s) Blocking Atl. Ridge NAO+ NAO-

10. 2. Méthode 4 régimes de temps Z500hPa distances entre N jours [1958-2002] et les 4 Z500hPa régimes de temps distances entre N jours [1958-2002] Et les 4 UV1000hPa régimes de temps 4 régimes de temps UV1000hPa 8 distances chaque jour 8xN Régression linéaire multiple distances[8xN] UV10 [N] 8 coef+1cste construction

11. EXEMPLE 2. Méthode Reconstruction du forçage pour le 15 mars 1958 2 15 mars 1958 d 3 Z500 Vent 1000hPa 1 4 2 d 1 4 3

12. EXEMPLE 2. Méthode Reconstruction du forçage pour le 15 mars 1958 2 15 mars 1958 d 3 Z500 Vent 1000hPa 1 4 2 d 1 4 3 - ce jour appartient au WR1 aux moyennes latitudes et au WR4 aux tropiques

13. EXEMPLE 2. Méthode Reconstruction du forçage pour le 15 mars 1958 2 15 mars 1958 d 3 Z500 Vent 1000hPa 1 4 2 d 1 4 3 - ce jour appartient au WR1 aux moyennes latitudes et au WR4 aux tropiques

14. EXEMPLE 2. Méthode Reconstruction du forçage pour le 15 mars 1958 2 15 mars 1958 d 3 Z500 Vent 1000hPa 1 4 2 d 1 4 3 - ce jour appartient au WR1 aux moyennes latitudes et au WR4 aux tropiques - on cherche le jour le plus proche parmi les jours de vent de surface reconstruit par régression qui appartiennent aux mêmes régimes de temps en excluant les jours du même hiver → DJFM WR1 et WRt4 1959-2002 - par exemple, le jour le plus proche est le 3 janvier 1989 On prend dans le forçage observé le 3 janvier 1989 pour u10,v10. Et pour le reste des variables de surface, on prend l‘ anomalie journalière du 3 janvier 1989, à laquelle on rajoute la climatologie journalière du 15 mars. de surface. Ce sera notre 15 mars 1958 dans le forçage reconstruit.

15. 1. Introduction 2. Méthode 3. Validation 4. Conclusions et perspectives

16. 3. Validation des variables de surface Différence de moyenne zonale entre le forçage reconstruit et original (DFS4) Température 2m Vent zonal 10m Vent méridien 10m Humidité spécifique 2m

17. 3. Validation des variables de surface Composantes principales du vent zonal (m/s) EOF 1 EOF 2 couleurs: DFS4 contours: reconstruit — reconstruit —DFS4 R= 0.97 R=0.88

18. Variance de la température annuelle en moyenne zonale DFS4 Evolution de la température et salinité globales -300 4.90 Température (°C) -900 4.88 -1500 4.86 4.84 35.02 Rapport des variances RECONSTRUIT / DFS4 Salinité (psu) 35.01 -300 -900 35.00 -1500 DFS4 reconstruit 3. Validation de la simulation océanique 2 simulations océaniques avec NATL4 : forçage DFS4 de référence 1975-2001 forçage reconstruit avec la méthode

19. 3. Validation de la simulation océanique Principaux modes de variabilité de température de surface en moyenne annuelle EOF2 EOF1 DFS4 R=0.81 R=0.74 reconstruit R=0.88 R=0.91

20. 1. Introduction 2. Méthode 3. Validation 4. Conclusions et perspectives

21. 4. Conclusions Méthode développée et validée sur le climat présent + bonne représentation état moyen, des principaux modes de variabilité interannuelle, du cycle saisonnier - sous estimation de la variance interannuelle aux tropiques Perspectives - Application au climat futur: Variable de grande échelle Fonction de transfert établie pour le présent Variables de surface reconstruites MODELE COUPLE • Prévisions océaniquesà moyenne échéance (semaine à mensuelle) utilisant les • variables atmosphériques de grande échelle de la prévision mensuelledu CEP • afin de reconstruire les flux de forçage associés

23. 3. Validation de la simulation océanique Composantes principales pour la barotropic stream function