Modèle régional canadien du climat

Centre canadien de la modélisation et de l’analyse climatique

Le modèle régional canadien du climat (MRCC), CanRCM4, a été élaboré au moyen d’une nouvelle approche de modélisation globale et régionale « coordonnée » (Scinocca et al., 2016). Suivant cette approche, le modèle climatique régional (MCR) est apparié à un modèle parent global (MCG) pour toutes ses applications, et piloté exclusivement par celui-ci. Le modèle parent du CanRCM4 est CanAM4 (von Salzen et al., 2013), lequel forme le composant atmosphérique du modèle du système terrestre de deuxième génération CanESM2 (Arora et al., 2011).

Un des objectifs principaux d’une telle coordination est d’éliminer toutes les différences contrôlables entre le MCR et le MCG pilote afin que, lorsqu’elles sont appliquées à une expérimentation précise, les différences entre leurs réponses soient plus susceptibles d’être associées à la résolution améliorée du MCR qu’à l’influence potentiellement confondante des différences dans les formulations des modèles. À cette fin, CanRCM4 partage exactement le même ensemble de paramétrisations physiques que son modèle parent CanAM4 (p. ex., transfert radiatif, nuages, précipitations).

CanAM4 emploie un cœur dynamique spectral et ainsi n’offre pas de voie directe vers les intégrations à aire limitée requises pour le modèle climatique régional. Afin de faciliter un programme continu de modélisation climatique régionale, il a été décidé de transférer l’ensemble de physique complet de CanAM4 à la configuration à aire limitée du modèle global environnemental multiéchelle (GEM), lequel a été élaboré par la Division de la recherche météorologique d’Environnement et Changement climatique Canada et employé tant pour les prévisions météorologiques globales (Côté et al., 1998) que régionales (Zadra et al., 2008). Le GEM est un modèle à deux niveaux temporels semi-lagrangiens. Bien qu’une configuration non hydrostatique complètement élastique ait été mise en œuvre (Yeh et al., 2002), la configuration employée ici pour le CanRCM4 est hydrostatique et utilise une pression hybride - et une coordonnée verticale du relief ainsi qu’une grille régulière de latitude-longitude avec un pôle en rotation.

En général, la donnée de pilotage pour toutes les applications du CanRCM4 tombe dans trois catégories : observations ou données de réanalyse; sortie du modèle global de CanAM4, CanCM4 ou CanESM2; et sortie du modèle global d’un MCG qui n’est pas son modèle parent. Pour les centres de modélisation climatiques régionaux indépendants, qui ne sont pas appariés à un modèle parent global, seules les variables dynamiques du vent, de la température et de l’humidité spécifique peuvent être utilisées pour piloter leurs MCR. Cela est dû au fait que la formulation des variables prévisionnelles employées pour représenter les processus physiques (p. ex., les systèmes de nuages pronostics, les interactions de nuages d’aérosol et la chimie atmosphérique) diffère nettement entre les modèles et ne correspondent généralement pas entre les MCR indépendants et les MCG (y compris les modèles de réanalyse qui assimilent des observations). Par conséquent, à l’intérieur d’un MCR, il n’est généralement pas possible de représenter la distribution et l’évolution des aérosols et des espèces chimiques dont les régions sources sont à l’extérieur du domaine du MCR. Dans le cas où le CanRCM4 est piloté par son modèle parent, CanAM4, cela ne constitue pas un problème. Comme les deux modèles partagent exactement le même ensemble de paramétrisations physiques, toutes les variables prévisionnelles seront disponibles dans le CanAM4 afin de piloter CanRCM4 dans ses frontières latérales. On appelle cela du « pilotage de tous les champs » (Scinocca et al., 2016).

Afin que le pilotage de tous les champs du CanRCM4 soit possible pour les deux catégories supplémentaires dans lesquelles le CanRCM4 est piloté par des données de réanalyse (c.-à-d. des observations) ou un MCG qui n’est pas parent, une procédure à deux étapes est employée. Dans la première étape, les vents, la température et l’humidité spécifique dans CanAM4 sont contraints par une procédure de forçage spécial (Scinocca et al., 2016) de suivre l’évolution décrite par la réanalyse ou le MCG externe. De cette façon, tous les autres champs physiques prévus liés aux aérosols et à la chimie dans le CanAM4 sont naturellement asservis à cette évolution et sont ainsi uniformisés avec les données de pilotage étrangères. À la deuxième étape, la sortie de cette simulation contrainte est utilisée pour fournir un pilotage de tous les champs du CanRCM4. La capacité d’obtenir un ensemble de champs de pilotage si complet nécessite à la fois un modèle parent global et une philosophie de comptabilité physique stricte. En principe, par conséquent, le pilotage de tous les champs du CanRCM4 peut être employé pour toutes ses applications. Des exemples des répercussions du pilotage de tous les champs sont présentés dans Scinocca et al. (2016).

Références

Arora V.K., Scinocca J.F., Boer G.J., Christian J.R., Denman K.L., Flato G.M., Kharin V.V., Lee W.G. et Merryfield W.J. 2011. Carbon emission limits required to satisfy future representative concentration pathways of greenhouse gases, Geophysical Research Letters, 38, L05805, doi:10.1029/2010GL046270.

Côté, J., Gravel S., Methot A., Patoine A., Roch M. et Staniforth A. 1998. The operational CMC-MRB Global Environmental Multiscale (GEM) model. Part I: Design considerations and formulation. Mon. Wea. Rev., 126, 1373-1395, doi:10.1175/ 1520-0493(1998)126,1373:TOCMGE.2.0.CO;2.

Scinocca J.F., Kharin V.V., Jiao Y., Qian M.W., Lazare M., Solheim L., Flato G.M., Biner S., Desgagne M. et Dugas B. 2016. Coordinated global and regional climate modeling, Journal of Climate, 29 (1), p. 17-35, doi: 10.1175/JCLI-D-15-0161.1

Von Salzen K., Scinocca J.F., McFarlane N.A., Li J., Cole J.N.S., Plummer D., Verseghy D., Reader M.C., Ma X., Lazare M. et Solheim L. 2013. The Canadian fourth generation atmospheric global climate model (CanAM4). Part I: Representation of physical processes, Atmosphere - Ocean, 51, 104-125, doi: 10.1080/07055900.2012.755610.

Yeh, K. S., Côté J., Gravel S., Methot A., Patoine A., Roch M. et Staniforth A. 2002. The CMC-MRB Global Environmental Multiscale (GEM) model. Part III: Nonhydrostatic formulation. Mon. Wea. Rev., 130, 339-356, doi:10.1175/ 1520-0493(2002)130,0339:TCMGEM.2.0.CO;2.

Zadra, A., Caya D., Côté J., Dugas B., Jones C., Laprise R., Winger K. et Caron L. P. 2008. The next Canadian Regional Climate Model. Phys. Canada, 64, 75-83.