LOCEAN

Laboratoire d'Océanographie et du Climat: Expérimentations et Approches Numériques

Le laboratoire LOCEAN est fortement impliqué dans le développement et l’utilisation d’un vaste éventail de modèles numériques en code source ouvert. Cela comprend des modèles d’océan, de glace de mer et de biogéochimie marine ainsi que leur couplage avec des modèles de circulation globale et du système Terre. Ces modèles ont des applications diverses qui vont de l’océanographie opérationnelle aux projections climatiques à l’échelle centennale ou millénaire. Notre recherche englobe le développement du code source et de ses démonstrateurs, la performance des simulations et plus largement l’expertise de modèle.

Océanographie physique

NEMO

NEMO (Nucleus for European Modelling of the Ocean) est un cadre de modélisation d’avant garde pour des activités de recherche et des services prévisionnistes en océanographie et en climatologie, il est développé collaborativement par un consortium européen (ITA-FRA-GBR).


Le modèle océanique NEMO intègre 3 éléments principaux :

  • NEMO-OCE représente la dynamique et les échanges de chaleur des masses d’eau en résolvant les équations primitives.
  • NEMO-ICE (SI³: « Sea-Ice Integrated Initiative« ) décrit la banquise à grande échelle, essentiellement sa dérive horizontale, le gel et la fonte et sa contribution au bilan d’énergie de surface.
  • NEMO-TOP (« Tracers in the Ocean Paradigm« ) modélise le transport des marqueurs océaniques et les processus biogéochimiques (avec PISCES).

CROCO

CROCO (Coastal and Regional Ocean COmmunity Model) est le nouveau système de modélisation océanique s’appuyant sur ROMS-AGRIF et le noyau non-hydrostatique de SNH (en test) tout en incorporant les codes de MARS3D (sédiments) et de HYCOM (coordonnées verticales).

Un but essentiel de CROCO est de résoudre les fines échelles (notamment dans la zone côtière) et leurs interactions avec les plus grandes. C’est la composante océanique d’un système couplé complexe incluant divers facteurs comme l’atmosphère, les ondes de surface, les sédiments marins, la biogéochimie et les écosystèmes.

Glace de mer

SI3

SI³ (Sea-Ice Integrated Initiative) est un modèle en continuum de glace de mer 2 + 1D, divisant la dérive horizontale (dynamique) et les processus verticaux (thermodynamique). La dynamique des glaces est résolue à l’aide par la conservation de la quantité de mouvement pour un continuum 2D, exprimant l’équilibre entre les contraintes externes (vent, courants, …), internes (rhéologie) et la force de Coriolis. La thermodynamique englobe tous les processus liés à la croissance et à la fonte des glaces et est supposée purement verticale. Les équations de conservation de la masse, de l’énergie et du sel sont résolues dans le système neige-glace, en tenant compte de phénomènes spécifiques de glace de mer, en particulier la neige, les mares de fonte et les inclusions de saumure. À la résolution actuelle des modèles du climat, les variations d’épaisseur de la glace sont loin d’être résolues. La couverture de glace de mer est divisée horizontalement en plusieurs (disons 5) catégories d’épaisseur et d’autres propriétés, dont la plupart des processus paramétrisés dépendent de manière non linéaire. SI³ (historiquement LIM) est la composante référence de NEMO pour la banquise.

Biogéochimie marine

PISCES

PISCES (Pelagic Interactions Scheme for Carbon and Ecosystem Studies) est un modèle de biogéochimie marine qui simule les écosystèmes marins de faible niveau trophique (phytoplancton et {micro,méso}-zooplancton), les cycles biogéochimique du carbone et des principaux nutriments (phosphore, azote, fer et silicium).

Ce modèle est conçu pour un emploi sur des échelles de temps variées, allant des études prédictives saisonnières à interannuelles vers les projections paléo-océanographiques et de changement climatique. PISCES peut être utilisé dans des configurations océaniques régionales (CROCO) ou globales (NEMO) et exécuté avec une stœchiométrie phytoplanctonique variable ou fixe. Des extensions du modèle incluent des marqueurs isotopiques, des nutriments additionnels et un couplage avec des modèles d’écosystèmes à fort niveau trophique.

Références

NEMO

  • Madec, G. (2015). NEMO ocean engine. France: Institut Pierre-Simon Laplace (IPSL).

CROCO

CROCO (Coastal and Regional Ocean COmmunity Model) est le nouveau système de modélisation océanique s’appuyant sur ROMS-AGRIF et le noyau non-hydrostatique de SNH (en test) tout en incorporant les codes de MARS3D (sédiments) et de HYCOM (coordonnées verticales).

LIM

  • Fichefet, T., & Maqueda, M. A. M. (1997). Sensitivity of a global sea ice model to the treatment of ice thermodynamics and dynamics. Journal of Geophysical Research: Oceans, 102(C6), 12609–12646. https://doi.org/10.1029/97JC00480
  • Goosse, H., & Fichefet, T. (1999). Importance of ice-ocean interactions for the global ocean circulation: A model study. Journal of Geophysical Research: Oceans, 104(C10), 23337–23355. https://doi.org/10.1029/1999JC900215
  • Rousset, C., Vancoppenolle, M., Madec, G., Fichefet, T., Flavoni, S., Barthélemy, A., et al. (2015). The Louvain-La-Neuve sea ice model LIM3.6: global and regional capabilities. Geoscientific Model Development, 8, 2991– 3005. https://doi.org/10.5194/gmd-8-2991-2015
  • Vancoppenolle, M., Fichefet, T., Goosse, H., Bouillon, S., Madec, G., & Maqueda, M. A. M. (2009). Simulating the mass balance and salinity of Arctic and Antarctic sea ice. 1. Model description and validation. Ocean Modelling, 27(1), 33–53. https://doi.org/10.1016/j.ocemod.2008.10.005
  • Vancoppenolle, M., Fichefet, T., & Goosse, H. (2009). Simulating the mass balance and salinity of Arctic and Antarctic sea ice. 2. Importance of sea ice salinity variations. Ocean Modelling, 27(1), 54–69. https://doi.org/10.1016/j.ocemod.2008.11.003

PISCES

  • Aumont, O., Maier‐Reimer, E., Blain, S., & Monfray, P. (2003). An ecosystem model of the global ocean including Fe, Si, P colimitations. Global Biogeochemical Cycles, 17(2). https://doi.org/10.1029/2001GB001745
  • Aumont, O., Ethé, C., Tagliabue, A., Bopp, L., & Gehlen, M. (2015). PISCES-v2: an ocean biogeochemical model for carbon and ecosystem studies. Geosci. Model Dev., 8(8), 2465–2513. https://doi.org/10.5194/gmd-8-2465-2015
  • Aumont, O., Maury, O., Lefort, S., & Bopp, L. (2018). Evaluating the Potential Impacts of the Diurnal Vertical Migration by Marine Organisms on Marine Biogeochemistry. Global Biogeochemical Cycles, 32(11), 1622–1643. https://doi.org/10.1029/2018GB005886
  • Kwiatkowski, L., Aumont, O., Bopp, L., & Ciais, P. (2018). The Impact of Variable Phytoplankton Stoichiometry on Projections of Primary Production, Food Quality, and Carbon Uptake in the Global Ocean. Global Biogeochemical Cycles, 32(4), 516–528. https://doi.org/10.1002/2017GB005799

Recent Earth system model implementations

  • Boucher, O., Servonnat, J., Albright, A. L., Aumont, O., Balkanski, Y., Bastrikov, V., et al. (2020). Presentation and Evaluation of the IPSL-CM6A-LR Climate Model. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 12(7), 1–52. https://doi.org/10.1029/2019MS002010
  • Séférian, R., Nabat, P., Michou, M., Saint‐Martin, D., Voldoire, A., Colin, J., et al. (2019). Evaluation of CNRM Earth System Model, CNRM-ESM2-1: Role of Earth System Processes in Present-Day and Future Climate. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 11(12), 4182–4227. https://doi.org/10.1029/2019MS001791
  • Sellar, A. A., Jones, C. G., Mulcahy, J. P., Tang, Y., Yool, A., Wiltshire, A., et al. (2019). UKESM1: Description and Evaluation of the U.K. Earth System Model. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 11(12), 4513–4558. https://doi.org/10.1029/2019MS001739
  • Swart, N. C., Cole, J. N. S., Kharin, V. V., Lazare, M., Scinocca, J. F., Gillett, N. P., et al. (2019). The Canadian Earth System Model version 5 (CanESM5.0.3). Geoscientific Model Development, 12(11), 4823–4873. https://doi.org/10.5194/gmd-12-4823-2019

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