Paramétrisation (modélisation atmosphérique) - Parametrization (atmospheric modeling)
Le paramétrage dans un modèle météorologique ou climatique dans le contexte de la prévision numérique du temps est une méthode de remplacement de processus trop petits ou trop complexes pour être physiquement représentés dans le modèle par un processus simplifié. Cela peut être comparé à d'autres processus - par exemple, l'écoulement à grande échelle de l'atmosphère - qui sont explicitement résolus dans les modèles. Associés à ces paramétrisations, divers paramètres utilisés dans les processus simplifiés. Les exemples incluent le taux de descente des gouttes de pluie, les nuages convectifs, les simplifications du transfert radiatif atmosphérique sur la base des codes de transfert radiatif atmosphérique et la microphysique des nuages . Les paramétrisations radiatives sont importantes à la fois pour la modélisation atmosphérique et océanique. Les émissions atmosphériques de différentes sources au sein de boîtes de grille individuelles doivent également être paramétrées pour déterminer leur impact sur la qualité de l'air .
Des nuages
Les grilles de modèles météorologiques et climatiques ont des côtés compris entre 5 kilomètres (3,1 mi) et 300 kilomètres (190 mi). Un nuage cumulus typique a une échelle de moins de 1 kilomètre (0,62 mi) et nécessiterait une grille encore plus fine que celle-ci pour être représentée physiquement par les équations du mouvement des fluides. Par conséquent, les processus que ces nuages représentent sont paramétrés , par des processus de diverses sophistications. Dans les premiers modèles, si une colonne d'air dans une grille de modèle était instable (c'est-à-dire, le fond plus chaud que le haut), alors elle serait renversée et l'air de cette colonne verticale se mélangeait. Des schémas plus sophistiqués ajoutent des améliorations, reconnaissant que seules certaines parties de la boîte peuvent convecter et que l'entraînement et d'autres processus se produisent. Les modèles météorologiques qui ont des grilles avec des côtés entre 5 kilomètres (3,1 mi) et 25 kilomètres (16 mi) peuvent représenter explicitement des nuages convectifs, bien qu'ils aient encore besoin de paramétrer la microphysique des nuages.
La formation de nuages à grande échelle (de type stratus ) est davantage basée sur la physique: ils se forment lorsque l' humidité relative atteint une valeur prescrite. Néanmoins, les processus à l'échelle du sous-réseau doivent être pris en compte. Plutôt que de supposer que les nuages se forment à une humidité relative de 100%, la fraction nuageuse peut être liée à une humidité relative critique de 70% pour les nuages de type stratus et de 80% ou plus pour les nuages cumuliformes, reflétant la variation d'échelle de sous-grille qui se produisent dans le monde réel. Des parties du paramétrage des précipitations comprennent le taux de condensation, les échanges d'énergie traitant du changement d'état de la vapeur d'eau en gouttes liquides, et le composant microphysique qui contrôle le taux de changement de la vapeur d'eau aux gouttelettes d'eau.
Rayonnement et interaction atmosphère-surface
La quantité de rayonnement solaire atteignant le niveau du sol dans un terrain accidenté, ou en raison de la nébulosité variable, est paramétrée car ce processus se produit à l'échelle moléculaire. Cette méthode de paramétrage est également effectuée pour le flux d'énergie de surface entre l'océan et l'atmosphère afin de déterminer des températures de surface de la mer réalistes et le type de glace de mer trouvée près de la surface de l'océan. En outre, la taille de la grille des modèles est grande par rapport à la taille et à la rugosité réelles des nuages et de la topographie. L'angle du soleil ainsi que l'impact de plusieurs couches nuageuses sont pris en compte. Le type de sol, le type de végétation et l'humidité du sol déterminent tous la quantité de rayonnement qui entre dans le réchauffement et la quantité d'humidité qui est aspirée dans l'atmosphère adjacente. Ainsi, ils sont importants à paramétrer.
Qualité de l'air
.svg)
Les prévisions de la qualité de l'air tentent de prédire quand les concentrations de polluants atteindront des niveaux dangereux pour la santé publique. La concentration de polluants dans l'atmosphère est déterminée par le transport, la diffusion , la transformation chimique et le dépôt au sol . Outre les informations sur la source des polluants et le terrain, ces modèles nécessitent des données sur l'état de l' écoulement du fluide dans l'atmosphère pour déterminer son transport et sa diffusion. Dans les modèles de qualité de l'air, les paramétrisations prennent en compte les émissions atmosphériques de plusieurs sources relativement minuscules (par exemple, routes, champs, usines) dans des cases de grille spécifiques.
Problèmes avec une résolution accrue
Au fur et à mesure que la résolution du modèle augmente, les erreurs associées aux processus de convection humide augmentent, car les hypothèses qui sont statistiquement valides pour les boîtes de grille plus grandes deviennent discutables une fois que les boîtes de grille se réduisent en échelle vers la taille de la convection elle-même. À des résolutions supérieures à T639, qui a une dimension de grille d'environ 30 kilomètres (19 mi), le schéma convectif Arakawa-Schubert produit des précipitations convectives minimales, ce qui rend la plupart des précipitations de nature stratiforme irréaliste.
Étalonnage
Lorsqu'un processus physique est paramétré, deux choix doivent être faits: quelle est la forme structurelle (par exemple, deux variables peuvent être liées linéairement) et quelle est la valeur exacte des paramètres (par exemple, la constante de proportionnalité ). Le processus de détermination des valeurs exactes des paramètres dans un paramétrage est appelé étalonnage, ou parfois moins précis, réglage. L'étalonnage est un processus difficile et différentes stratégies sont utilisées pour le faire. Une méthode courante consiste à exécuter un modèle ou un sous-modèle et à le comparer à un petit ensemble de mesures sélectionnées, telles que la température. Les paramètres qui mènent au modèle qui ressemble le mieux à la réalité sont choisis.
Voir également
Les références
Lectures complémentaires
Usine, Robert S; Yano, Jun-Ichi (2015). Paramétrage de la convection atmosphérique . Imperial College Press. ISBN 978-1-78326-690-6 .