Cholette, Mélissa
(2013).
« Méthode de télescopage appliquée au Modèle Régional Canadien du Climat (MRCC5) pour une étude de faisabilité de ce modèle à très haute résolution » Mémoire.
Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Maîtrise en sciences de l'atmosphère.
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Résumé
Cette étude propose d'appliquer la méthode de télescopage de grille (aussi appelée grilles imbriquées ou cascade) à la 5e génération du Modèle Régional Canadien du Climat (MRCC5) afin d'effectuer un test de faisabilité de ce modèle climatique à très haute résolution. La réduction d'échelle dynamique est appliquée autant de fois que nécessaire afin d'obtenir la résolution horizontale souhaitée, en terme d'espacement entre deux points de grille : de l'ordre de 1 km. Chaque intégration est pilotée par les résultats de la simulation précédente obtenue avec un maillage plus grossier. Il sera démontré que, théoriquement, le coût de calcul de chacune des simulations de la cascade peut être maintenu dans des limites acceptables en réduisant successivement la taille du domaine à aire limitée et en choisissant d'effectuer des simulations épisodiques plutôt que des intégrations continues. En utilisant cette approche, la résolution peut alors être fortement augmentée sans engendrer un coût de calcul trop excessif. La cascade de cette étude consiste en une suite de cinq simulations ayant des maillages horizontaux de 0.81°, 0.27°, 0.09°, 0.03° et 0.01°. Le domaine d'intérêt couvre essentiellement la vallée du Saint-Laurent, la vallée du Lac Champlain et les reliefs montagneux entourant ces deux vallées (les Appalaches, les Montagnes Vertes, les Montagnes Blanches, les Adirondacks et les Laurentides). La nécessité et la possibilité de simuler les phénomènes météorologiques de petites échelles associés aux reliefs précédents motivent cette étude et ce, dans le but d'éventuellement évaluer leurs impacts sur le climat passé, présent et dans le cadre des changements climatiques. Une étude des spectres de variance d'énergie cinétique a été effectuée afin d'évaluer le comportement et le développement dynamique des simulations. Les résultats ont montré que les temps d'ajustements des spectres après l'initiation des simulations étaient de moins de 12 heures et que cette durée diminuait au fur et à mesure que la résolution devenait fine. Ce temps d'ajustement des spectres a passé de 12 heures pour la simulation de maillage grossier (0.81°) à 50 minutes pour la simulation de maillage fin (0.01°). Les résolutions effectives, qui représentent la longueur d'onde en dessous de laquelle les spectres sont dynamiquement suspects, ont été approximativement calculées à sept fois l'espacement entre deux points de grille (en kilomètres) pour les simulations de la cascade. La distribution verticale de l'énergie cinétique horizontale donnée par les spectres a montré que l'énergie associée aux petites (grandes) longueurs d'ondes se situait dans les bas (hauts) niveaux de l'atmosphère. La contribution du raffinement des grilles durant la cascade était surtout perceptible dans les champs de précipitation et de vent, ainsi que par leurs distributions d'intensités. Les champs de précipitation ont montré une augmentation de l'intensité des forts taux de précipitation lorsque la grille était raffinée, une conséquence d'un confinement en bande du champ, d'une diminution de la bruine et d'une augmentation de l'effet de la meilleure définition de la topographie dans le modèle. L'effet de canalisation, qui induit des vents provenant du nord-est durant l'hiver dans la vallée du Saint-Laurent, était de plus en plus perceptible dans les simulations aux fines résolutions horizontales (0.09° et 0.03°, respectivement), alors qu'il était non simulé par les intégrations aux maillages grossiers (0.81° et 0.27°, respectivement). D'ailleurs, une augmentation des fréquences et des intensités des vents près de la surface orientés le long de l'axe de la vallée du Saint-Laurent a été observée par les roses des vents du point de grille le plus près de la ville de Québec pour les simulations avec 0.09° et 0.03° de résolutions horizontales. Les résultats de cette étude ont non seulement montré la faisabilité de l'application de la cascade au MRCC5, mais aussi des résultats encourageants face à la simulation d'évènements climatiques de grandes importances à l'échelle locale. Cette étude est un premier pas dans la préparation de la prochaine génération de modèles climatiques à très haute résolution.
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MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Modélisation Régionale du Climat, Très Haute Résolution, Cascade, Télescopage, Modèle Régional Canadien du Climat
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