L'écho des services de modelisation labellisés et des GDR rattachés à CLIMERI

La version CMIP6 de LMDZ, fruit de 20 ans de recherches

Les projections du changement climatique, coordonnées dans le cadre du projet international CMIP (en amont des rapport du Giec) rythment aujourd'hui la vie et le développement des modèles climatiques comme celui de l'IPSL ou du CNRM. Cette problématique particulière et les enjeux de société associés font peser un poids particulier sur le développement des modèles et donc sur les équipes qui en ont la charge et imposent des exigences supplémentaires quant au réalisme du climat simulé par le modèle atmosphérique. Celui-ci doit non seulement prédire correctement la saisonnalité des températures, des pluies et du vent, mais aussi les flux en surface (pour le couplage avec l'océan ou la végétation), ou le mélange vertical des espèces chimiques et aérosols pour ne citer que certains aspects. Pour permettre au modèle d’évoluer malgré ces nombreuses contraintes, le LMD a adopté très en amont, lors de la participation à l’exercice CMIP5, une stratégie à deux vitesses. Les simulations dites «système Terre » ou ESM pour «Earth System Model » en anglais, dans lesquelles on peut ou non activer tout ou partie du cycle du carbone, ou la chimie interactive, ont été réalisées avec une version du modèle couplée de l'IPSL, IPSLCM5, très proche de celle utilisée pour le précédent exercice CMIP3. Les différences principales concernaient un raffinement de la grille en latitude et une extension à la stratosphère [Hourdin et al., 2013 ; Dufresne et al., 2013]. En parallèle, l'équipe a fait aboutir pour CMIP5 une version dite nouvelle physique, dans laquelle était capitalisée une dizaine d'années de recherche sur la paramétrisation des processus convectifs et nuageux (cf. plus haut) [Hourdin et al., 2013 ; Rio et al., 2013]. Cette version, bien que présentant des avancées importantes sur la représentation des processus nuageux et convectifs, avec une meilleure représentation des nuages bas et du cycle diurne de la convection continentale par exemple, souffrait de défauts de jeunesse évidents.
Pour l'exercice CMIP6, un travail très important a été mené par l'équipe LMDZ afin de proposer une version beaucoup plus aboutie de cette “Nouvelle Physique” [Hourdin et al., 2020], incluant des nouveaux développements côté atmosphérique : déclenchement stochastique de la convection [Rochetin et al., 2014, part I ; Rochetin et al, 2014, Part II], modification du modèle de transport convectif de couche limite pour représenter les stratocumulus marins [Hourdin et al, 2019], travail systématique d'évaluation et ajustement du schéma nuageux [Madeleine et al., 2020], de l'effet du relief [Gastineau et al, 2020] ou de la représentation du climat continental [Diallo et al., 2017; Cheruy et al., 2020]. La figure illustre l'amélioration de certaines “métriques” radiatives entre les versions CMIP5 et CMIP6 de LMDZ. Alors que le modèle se situait parmi les modèles les moins bons et/ou les moins bien ajustés en termes radiatifs avec les versions “ancienne” (LMDZ5A) ou “nouvelle physique” (LMDZ5B) par rapport aux autres modèles de CMIP5, la version LMDZ6A se compare plutôt de façon satisfaisante aux modèles CMIP6, qui se sont globalement légèrement améliorés par rapport à CMIP5 (les moyennes des métriques calculées sur les ensembles CMIP5 et CMIP6 sont identifiées par les gros marqueurs vert et noir). Après deux ans de travail collectif acharné du "groupe pirate" [Mignot et al., submitted to James, 2020] pour finaliser la configuration CMIP6 du modèle couplé sur la base de cette nouvelle configuration atmosphérique LMDZ6, puis une année environ pour réaliser les simulations CMIP6 proprement dites, des publications ont permis de mettre en lumière les progrès accomplis sur la représentation du climat couplé [Boucher et al., 2020] et de mettre en évidence en particulier l'importance de la représentation de la convection de couche limite et des nuages bas océaniques sur la réduction des biais de température océanique [Hourdin et al., 2020].

Rédacteur : F. Hourdin pour l'équipe LMDZ

Références

• Hourdin et al. (2013) Impact of the LMDZ atmospheric grid configuration on the climate and sensitivity of the IPSL-CM5A coupled model. https://doi.org/10.1007/s00382-012-1411-3
• Dufresne et al. (2013) Climate change projections using the IPSL-CM5 Earth System Model: from CMIP3 to CMIP5. https://doi.org/10.1007/s00382-012-1636-1
• Hourdin et al. (2013) LMDZ5B: the atmospheric component of the IPSL climate model with revisited parameterizations for clouds and convection. https://doi.org/10.1007/s00382-012-1343-y
• Rio et al. (2013) Control of deep convection by sub-cloud lifting processes: the ALP closure in the LMDZ5B general circulation model. https://doi.org/10.1007/s00382-012-1506-x
• Hourdin et al. (2020) LMDZ6A: the atmospheric component of the IPSL climate model with improved and better tuned physics. https://doi.org/10.1029/2019MS001892
• Rochetin et al. (2014) Deep Convection Triggering by Boundary Layer Thermals. Part I: LES Analysis and Stochastic Triggering Formulation. https://doi.org/10.1175/JAS-D-12-0336.1
• Rochetin et al. (2014) Deep Convection Triggering by Boundary Layer Thermals. Part II: Stochastic Triggering Parameterization for the LMDZ GCM. https://doi.org/10.1175/JAS-D-12-0337.1
• Hourdin et al. (2019) Unified Parameterization of Convective Boundary Layer Transport and Clouds With the Thermal Plume Model. https://doi.org/10.1029/2019MS001666
• Madeleine et al. (2020) Improved representation of clouds in the atmospheric component LMDZ6A of the IPSL earth system model IPSL-CM6A. https://doi.org/10.1029/2020MS002046
• Gastineau et al. (2020) Alleviation of an arctic sea ice bias in a coupled model through modifications in the subgrid-scale orographic parameterization. https://doi.org/10.1029/2020MS002111
• Diallo et al. (2017) The surface energy budget computed at the grid-scale of a climate model challenged by station data in west africa. https://doi.org/10.1002/2017MS001081
• Cheruy et al. (2020) Improved near surface continental climate in IPSL-CM6A-LR by combined evolutions of atmospheric and land surface physics. https://doi.org/10.1029/2019MS002005
• Mignot et al. (2020) The tuning strategy of IPSL-CM6A-LR, submitted to James.
• Boucher et al. (2020) Presentation and Evaluation of the IPSL-CM6A-LR Climate Model. https://doi.org/10.1029/2019MS002010
• Hourdin, et al. (2020) Convective Boundary Layer Control of the Sea Surface Temperature in the Tropics. https://doi.org/10.1029/2019MS001988

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