LA MODELISATION METEOROLOGIQUE ET LE MODELE NUMERIQUE (WEATHER RESEARCH FORECAST)

Télécharger le fichier pdf d’un mémoire de fin d’études

La température de surface 

La partie nord du Canal, de 12° S à 20° S, reste to ute l’année la région la plus chaude du sud-ouest de l’Océan Indien, au nord, la zone de divergence entre le courant sud-équatorial et le contre-courant équatorial, où on note un faible refroidissement moyen de la température de surface, et la partie sud du Canal où la température décroît avec la latitude.
Au cœur de l’été, la température dans le nord est de 28-29°C et décroît jusqu’à 25-26°C en hiver ; cet écart de 3 – 4°C entre l’été et l’hiver est conservé dans le sud, entre 26-27°C en été et 22-23°C en hiver à 25°S.

La salinité de surface 

L’eau de la surface du Canal de Mozambique dérivant du courant sud-équatorial est une eau relativement dessalée à l’origine (35 %o contre 35,5 %o pour l’eau tropicale nord ou sud).
Recevant en outre des pluies excédentaires sur l’évaporation, principalement dans sa partie septentrionale, et les eaux de ruissellement provenant du Mozambique et de l’ouest de Madagascar, l’eau superficielle du Canal peut connaître de gran des dessalures. Ces dessalures se retrouvent sur les cartes moyennes de répartition, principalement en hiver (premier trimestre) et plus particulièrement du côté malgache. En été, la salinté est voisine de 35,0 %o de 10°S à 22° S, et de 35,4 %o au sud de 22° S. Elle est voisine de 35, 25 %o sur tout le Canal en hiver.

Circulation méridienne dans le canal de Mozambique

En raison de sa fermeture continentale asiatique autour de 20°N, l’Océan Indien subit deux fois par an, un renversement de vents : c’est le régime des moussons. Comme cet océan se situe en région tropicale où la force de Coriolis est plus faible, la circulation océanique répond rapidement au vent et s’inverse donc aussi deux fois par an : c’est l a région de monde qui présente la plus forte variabilité océanique.
La circulation générale dans le canal, à partir de données hydrographiques et hydrologiques 1977-1980. La circulation est caractérisée par l’influence de trois gyres anticycloniques se trouvant dans les parties nord, centrale et sud du canal.
Le régime de circulation de surface dans le canal de Mozambique :
– Dans le nord, elle est prédominée par un tourbillonanticyclonique. Ce qui montre une anomalie du courant de façon zonale. Cette anom alie se présente pendant la saison du mois de mars à novembre, tandis que pendant la s aison novembre- mars, l’anomalie du courant est dans le sud.
– Dans le sud du canal, l’anomalie se présente au nord de mars à août, au sud du mois d’août au mois de février.
Ces courants résultants dans le canal de Mozambiquedu nord et du sud se présentent avec un cycle saisonnier net du transport méridien à travers le canal.

Généralités sur les modèles numériques de prévision

Les progrès des méthodes numériques et l’amélioration des performances des ordinateurs ont fait de la simulation numérique un outil essentiel dans la recherche. Les systèmes de prévision numérique du temps appelés « modèles » servent à produire, de manière automatique, une représentation la plus exacte possible de l’éta présent et futur de l’atmosphère. Leur principale utilisation est la prévision météorologique pour étudel’ des mécanismes de l’évolution de l’atmosphère.

Le modèle numérique de recherche WRF

Le modèle de prévision météorologique et de recherc (WRF – Weather Research and Forecasting), est le plus récent modèle informatique de prévision numérique du temps pour effectuer des prévisions météorologiques utilisé rpale Centre National de prévision des États-Unis et pour la recherche en simulation de l’atmosphère. Il a été développé à partir d’un modèle antérieur appelé Eta, conçu par Zaviša Janjić et Fedor Mesinger, en partenariat entre le Centre National pour la Recherche Atmosphérique (NCAR), les CentresNationaux de l’Administration Océanique et Atmosphérique (NOAA) des États-Unis, le Centre National Environnementale de système de Prévision (NCEP), le département de l’agence dela défense « Force Weather » et du laboratoire de recherche Naval (NRL), le Centre pour l’analyse et la prévision des orages à l’Université de l’Oklahoma, et l’administration fédérale de l’Aviation (FAA).et plus de 150 centres de recherche universitaire en météorologie . Les sorties de ce modèles sont disponibles sur internet et peuvent être visité sur le site webwww.wrf-model.org.
Le modèle WRF est un modèle entièrement compressible et non hydrostatique. Il est maintenu et soutenu comme un modèle de la communauté pour faciliter l’utilisation large internationalement, pour la recherche, les opérations, et l’enseignement. Il convient à une large envergure des applications aux simulations globales. De telles applications incluent le développement d’assimilation de données et destudesé de recherche de paramétrisation physique, des simulations régionales du climat, de la modélisation de la qualité d’air, du couplage d’atmosphère océan, et des simulations idéaliséesCe. modèle à méso échelle a une résolution horizontale entre 4 à 12,5 kilomètres ce qui lui permet de résoudre analytiquement les équations associées à la convection profonde comme les orages. Il comporte entre 25 et 37 niveaux verticalement. Les principaux composants du système de WRF sont montrés sur la figure ci-dessous.
Le modèle WRF propose deux noyaux qui diffèrent principalement dans leur mode d’utilisation: le noyau « Non hydrostatique Mesoscale Model » (NMM) est utilisé pour la prévision météorologique opérationnelle qui est développé parle NOAA/NCEP et le noyau « Advanced Research WRF » (ARW) développé par le NCAR qui est une plateforme de recherche sur la simulation numérique régionale que nous traitions dans ce travail.

La résolution ARW

C’est la composante clé du système, qui se composeen plusieurs programmes d’initialisation pour idéaliser, et de simulations des données observées,et le programme numérique d’intégration. Les dispositifs principaux du modèle de WRF incluent:
– Equations d’Euler non hydrostatique entièrement compressibles avec l’option hydrostatique.
– Applications régionales et globales.
– Termes complètes du Coriolis et de la courbure.
– Emboîtement bidirectionnel avec des nids multiples et des niveaux de nid.
– Nids mobiles.
– Coordonnée suivante le terrain de masse.
– L’espacement vertical de la grille peut changer avec la taille.
– Les facteurs de projections.
– Grille horizontale : chancellement de grille de type C d’Arakawa.
– Options d’intégration de temps d’ordre de Runge-Kutta 2ème et 3ème ordre.
– Conservation de flux pour les variables pronostiques.
– Discrétisation spatiale : options d’advection d’ordre 2èmes à 6èmes.
– Conditions aux frontières latérales : options périodiques, symétrique.
– Analyse d’emboitement de la grille en utilisant les données séparées de la couche supérieure et celle de la surface.
– Initialisation de filtre Numérique et progression d’adaptation du temps.

Graphiques et outils de visualisation

Il y existe un certain nombre d’outils de visualisation disponibles pour montrer les données du modèle WRF – ARW. Les modèles de données dans le format NetCDF, peuvent essentiellement être montrées en utilisant n’importe quel outil capable de montrer ce format de données. Actuellement, plusieurs programmes sont soutenus comme :
RIP4 : basé sur des graphiques de NCAR.
NCL : NCAR Langage de commande d’ordres de gestion de graphiques.
Le programme d’ARWpost en utilisant le convertisseur GrADS ou Vis5D.
IDV (Integrated Data Viewer) : un nouveau logiciel basé par le cadre de Java pour analyser et pour visualiser les données de géoscience.

Emboîtement

Le modèle ARW soutient l’emboîtement horizontal, ce qui permet d’obtenir des données à haute résolution en présentant une grille additionnelle uo des grilles dans la simulation. L’exécution d’emboîtement du modèle est d’une manière semblabl aux réalisations des autres modèles à méso-échelle. L’amélioration principale de l’infrastructure d’emboîtement d’ARW comparé aux techniques utilisées dans d’autres modèles est les capacitésourp calculer les simulations efficacement des nids sur les systèmes informatiques de distribution à mémoire parallèle, ce qui inclut le soutien de déplacer des grilles nichées.

Options d’emboitements 

Les options d’emboîtement 1- way et 2-way (bidirectionnel) se rapportent par l’interaction de la grille brute et de la grille fine. Dans le mode de la simulation 1-way et 2-way (bidirectionnels), les conditions aux frontières de la grille fine sont interpolées à la grille brute prévue. Dans un nid 1-way, la théorie d’échange de l’information entreles grilles est de la grille brute à la grille fin e. Par conséquent, dans un nid 2-way ou bidirectionnel, cet échange entre les grilles est maintenant dans les deux directions : pour la condition aux frontières, la grille brute à la grille fine et de la grille fine à la grille brute pendant la rétroaction à chaque étape de temps de la grille brute.
L’ARW emploie un chancellement de grille d’Arakawa de type C. Les composants u et v de la vitesse horizontale respective de la cellule de grille, et des variables de masse, de thermodynamique, de scalaire et de la chimie sont situées au centre de la cellule. La rétroaction est une manipulation pour préserver ces valeurs moyennes: des champs de la masse, de la thermodynamique, du scalaire et de la chimie qui sont en retrait avec une moyenne dans le point de grille brute entière et des variables horizontales sont ramenés à une moyenne le long de leurs visages bruts normaux respectifs des cellules de grille. Le chancellement définit la manière dont la grille fine est située sur la grille brute.

Conditions aux frontières latérales du nid 

Pour la grille fine avec l’emboîtement 1-way ou 2- way, les conditions aux frontières sont indiquées par la grille mère à chaque grille brute. La condition aux frontières latérales du nid se comporte pareillement à la frontière indiquée conditionnée ourp des cas des données observées. Les variables sont entièrement indiquées dans la rangée et la colnne spatiale externe de la grille fine et l’interpolation temporelle de la grille brute est faite à un pas de temps en avant, avant l’avancement de toute grille fille de la grille mère.

Table des matières

PARTIE I
CHAPITRE I : LE PHENOMENE D’INTERACTION OCEAN-ATMOSPHERE
I – 1 : Généralités
I – 2 : Le phénomène des interactions océan-atmosphère
I – 3 : Etude théorique de l’interaction océan-atmosphère
CHAPITRE II : PRESENTATION DU CANAL DE MOZAMBIQUE
II – 1 : Localisation
II – 2 : Température et salinité
II – 3 : Circulation méridienne dans le canal de Mozambique
PARTIE II
CHAPITRE I : LA MODELISATION METEOROLOGIQUE ET LE MODELE NUMERIQUE (WEATHER RESEARCH FORECAST)
I – 1 : Généralités sur les modèles numériques de prévision
I – 2 : Le modèle numérique de recherche WRF
I – 3 : Théorie mathématique du modèle WRF – ARW
CHAPITRE II : MISE EN OEUVRE DU MODELE WRF (ARW)
II – 1 : Les modules de la WRF
II – 2 : Emboîtement
PARTIE III
CHAPITRE I : CONFIGURATION DU MODELE WRF-ARW
I– 1 : Etapes de la simulation du modèle
I– 2 : Exécution du modèle
CHAPITRE II : RESULTATS ET INTERPRETATION
II – 1 : Domaine père
II – 2 : Domaine fils
CONCLUSION
ANNEXES
BIBLIOGRAPHIE

Télécharger le rapport complet