e-Lettre N°3 -Bilan CMIP6 au CNRM-Cerfacs

e-Lettre Climeri-France N°3 - Septembre 2022

CMIP6 : rapide bilan et préparation pour la suite

Bilan CMIP6 au CNRM-Cerfacs

Le CNRM et le Cerfacs ont contribué à l’exercice CMIP6 via la production et l’analyse de simulations avec le modèle CNRM-CM, décliné en 3 versions, CNRM-CM6-1, le coeur physique à résolution standard (~1°), CNRM-ESM2-1, le modèle de système Terre à la même résolution et CNRM-CM6-1-HR, la version haute résolution du coeur physique (50km pour l’atmosphère, 1/4° pour l’océan). Les deux laboratoires ont partagé le développement du modèle et la réalisation des simulations CMIP6. Le groupe a ainsi participé à 19 MIPs de CMIP6, réalisant 3780 simulations et a publié 1,6 Po de données sur son nœud ESGF sur les 2,5 Po produites1. Le travail de mise au point des composantes du modèles a été décrit dans 11 papiers publiés dans une édition spéciale « The CNRM climate and Earth System models for CMIP6 » dans Journal of Advances in Modeling Earth Systems. Les chercheurs du groupe ont également publié plus de 45 papiers1 basés sur l’analyse des simulations produites.

Ce bilan chiffré est le fruit d’un travail de longue haleine qui a débuté à l’automne 2012, soit juste après la publication des données pour la précédente phase de CMIP. Dès le début 2013, le groupe s’était accordé sur une feuille de route pour CMIP6. De nombreux développements ont été menés depuis cette date, en particulier un grand chantier autour de la composante atmosphérique ARPEGE dans laquelle un nouvel ensemble de paramétrisations de la physique atmosphérique a été activé. Les éléments constitutifs de la version ciblée avaient été choisis mais les différentes étapes de calibration ont nécessité plus de 3 années. En parallèle de nombreux développements techniques ont permis de fluidifier la phase de production finale. L’intégration d’XIOS pour gérer les données produites par toutes les composantes du modèle on-line a été un pilier du nouveau « workflow ». La gestion des données produites a été également facilitée par le développement de l’outil DR2XML qui est à l’interface entre XIOS et la « Data Request » CMIP6, cette dernière définissant les variables à produire pour chaque simulation. Depuis 2011 (CMIP5), le groupe CNRM-Cerfacs est doté d’un serveur ESGF, qui a été maintenu et upgradé tout au long de CMIP6, ce qui a permis de maîtriser le cycle de la donnée de bout en bout.

L’ensemble de ces développements ont été soutenus par de nombreux projets nationaux (ANR Convergence, LEFE MissTerre) et européens. Il est à noter que le calendrier imposé par ces projets a parfois été problématique, n’étant pas toujours en phase avec la réalité du calendrier CMIP6, la définition des forçages à utiliser et de la Data Request ayant été figés très tardivement. Le groupe a cependant réussi à réaliser les simulations de spin-up courant 2017 et a publié ses premières simulations en juillet 2018, CNRM-CM6-1 étant ainsi un des premiers modèles publiés sur ESGF pour CMIP6. Le groupe a réussi à maintenir son calendrier dans un contexte où le calculateur utilisé pour réaliser les simulations a constamment évolué, ce qui a nécessité des phasages successifs contraignants.

Suite à cet effort collectif important, le groupe a réalisé une enquête interne pour sonder les participants sur leur ressenti à l’issue de l’exercice CMIP6. Environ 35 ingénieurs et chercheurs du groupe CNRM-CERFACS ont contribué à CMIP6. Le degré d’implication de chacun a été très variable (de quelques mois à plus de 2 ans de travail individuellement) avec un total cumulé représentant environ 38 personnes mois. Le sentiment de réussite et le caractère motivant de l’aventure collective sont largement partagés même si l’exercice est considéré comme ayant été complexe, chronophage et, pour beaucoup, usant. En ce qui concerne nos modèles, les chercheurs retiennent le succès de la stratégie de développement des 3 versions de modèle “sans couture” et la complémentarité des versions CM et ESM qui ont chacun un coût de temps de calcul relativement faible en regard de leur complexité et de leur résolution. Notre modèle est également vu comme bon et robuste et la composante surface continentale est considérée comme la plus avancée par rapport à l’état de l’art. On retient aussi la singularité de ce modèle qui présente une forte sensibilité climatique à l’équilibre tandis que sa sensibilité climatique en régime transitoire reste faible et compatible avec les tendances récentes. Les chercheurs mettent aussi en avant de nombreuses déficiences, souvent en lien avec leur propre domaine de recherche (mauvaise représentation de la banquise, de la mousson africaine, forte variabilité, problèmes de conservation d’énergie, etc).

L’enquête interne a aussi abordé des questions prospectives, il en ressort que l’exercice CMIP est inscrit dans l’ADN de notre groupe, qu’il constitue un temps fort et fédérateur et qu’il reste encore beaucoup de travail pour exploiter scientifiquement les simulations produites. A l’avenir, il est identifié qu’il faudra veiller à bien soutenir nos axes de travail privilégiés (grands ensembles, physique perturbée, et sensibilité aux incertitudes des forçages). Le développement d’une version à très haute résolution est considéré comme prématuré pour travailler sur le climat mais reste une piste potentiellement intéressante pour l’étude de certains processus. Il y a un consensus sur le fait qu’augmenter la résolution ne garantit pas une nette amélioration de la qualité des modèles et qu’un tel développement demanderait un travail considérable sur la physique que le groupe ne semble pas prêt à soutenir actuellement.

Il existe aussi un consensus sur le besoin de mieux structurer la coordination des deux laboratoires autour de l’activité de modélisation globale. Les premières actions menées à la suite de ce bilan ont donc consisté à lancer une concertation pour repenser cette coordination, puis à mettre en place une nouvelle organisation qui devrait nous permettre de mieux aborder les futures échéances. Enfin, plusieurs points de vigilance ont été soulevés : notre dépendance à des codes communautaires et à leur adaptation aux nouvelles architectures, le besoin d’outils communs et enfin la pérennité du système ESGF et plus généralement de l’hébergement et de la distribution des données produites. Sur ces points l’infrastructure CLIMERI apparaît comme un cadre important pour soutenir l’effort collectif et les outils communautaires.

1 chiffres de mai 2021

 

Rédactrices : A. Voldoire (CERFACS) et M.-P. Moine (CERFACS)

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