Différences entre versions de « GSL »

Version actuelle datée du 13 juillet 2017 à 15:53

Résolution et grille

dt = 300 sec
dx = 5km
dz = 5 à 20 m
nb. de couches sur la verticale = 73

Domaine

Un domaine qui s'étend de Trois-Rivières aux détroits de Cabot et Belle Isle. La description détaillée de ce modèle peut être obtenue dans Saucier et coll. (2003; 2004).

Le modèle d'écosystème

Une description détaillée du modèle d’écosystème planctonique et de son couplage au modèle physique peut être obtenue dans Le Fouest et coll. (2005). Ce modèle d'écosystème planctonique de complexité intermédiaire, dit de type NPZD (pour Nutrient-Phytoplankton-Zooplancton-Détritus), est basé sur les flux d’azote et met en compétition les deux principaux réseaux trophiques planctoniques : le réseau herbivore, prédominant dans les situations de floraisons phytoplanctoniques (printemps, automne), et le réseau microbien caractéristique de conditions oligotrophes qui précèdent et suivent ces floraisons. Le modèle considère les processus de production primaire, de prédation et de régénération selon des formulations couramment utilisées dans les modèles d’écosystème planctonique (Le Fouest et coll., 2005). Il comprend 8 variables d'états que sont les producteurs primaires (phytoplancton) divisés en deux classes de taille (< 5 mm pour les petits flagellés et > 5 mm pour les diatomées), le zooplancton également divisé en deux classes de taille (microzooplancton < 200 mm et mesozooplancton > 200 mm), les sels nutritifs azotés (nitrate et ammonium) et deux types de matière organique détritique, particulaire (MOP) et dissoute (MOD). Un couplage étroit entre le petit phytoplancton, le microzooplankton) et la reminéralisation de la MOD en ammonium représente la dynamique de la chaîne trophique microbienne dans le modèle. Le modèle calcule la quantité de MOP qui sédimente sur le fond.

Forçages atmosphériques

Le modèle océan-glace de mer est forcé par la température de l'air, la dépression du point de rosée à 2 m du sol, le taux de précipitation, la fraction du couvert de nuage, et les vents à 10 m du sol. Les valeurs aux points de grille du modèle sont interpolées dans le temps et l'espace à partir des analyses réalisées avec le modèle de prévision opérationnel canadien. Ce modèle fournit les prévisions de 12 heures séquentielles en champs en utilisant des séries non interrompues d'analyses globales et la méthode variationnelle en place au Centre Météorologique Canadien de Montréal (Côté et coll., 1997ab, Mailhot et coll., 1997). Le modèle atmosphérique n'a pas été couplé à un modèle océanique interactif, mais utilise néanmoins les conditions extérieures des analyses globales quotidiennes de la température de mer de surface et des observations de la glace de mer.

Forçages hydrologiques

Les débits de rivière entrent dans le modèle comme conditions aux frontières sur le momentum, la température (considérée égale à celle de la cellule voisine de la grille de mer), et la salinité du côté ascendant des cellules de la grille du modèle correspondantes aux embouchures des rivières. Le modèle considère 28 rivières majeures en plus du Saint-Laurent. Ces données de débits sont interpolées dans le temps à partir des observations quotidiennes (base de données de Hydat, Dept. Environment Canada) et normalisées pour représenter les bassins versants non jaugés. Le débit le plus important est celui du Saint-Laurent à Trois-Rivières.

Conditions initiales et aux limites

Les conditions aux frontières ouvertes du modèle de circulation (détroits de Cabot et de Belle-Isle) sont définies à partir de climatologies mensuelles de température et salinité. Sur ces mêmes frontières, le modèle est forcé par la propagation de l'onde de marée de l'Océan Atlantique pour laquelle les niveaux d'eau sont prescrits à chaque cellule en utilisant les constituantes harmoniques de marée du Service Hydrographique Canadien. Le modèle peut être initialisé en début d'année avec les données de température et de salinité issues des campagnes du Programme de Monitorage Zonal Atlantique (e.g., Therriault et coll.,1998) de l’automne précédent ou en mode démarrage à chaud en utilisant des champs physiques (T, S, U, Ke...) issus d'une simulation préexistante.

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-== Historique ==
+== Résolution et grille ==
-Le modèle ROM utilise la base d’un modèle nommé GF8. Le modèle GF8 est la 8e version d'un modèle développé pour la région du détroit de Georgia, de Juan de Fuca et le Puget Sound près de Vancouver (Stronach, 1993). Ce système est nommé Georgia-Fuca, d'où le nom du modèle. L’évolution du modèle ROM entraîne plusieurs différences par rapport à GF8, que ce soit au niveau du traitement du mélange, de la présence d’un modèle de glace couplé ou bien du transport des scalaires. Cependant, les équations de base ainsi que la technique de résolution restent quasiment les mêmes. Pour plus de détails sur la section suivante, veuillez consulter Stronach (1993).
+ dt = 300 sec
+ dx = 5km
+ dz = 5 à 20 m
+ nb. de couches sur la verticale = 73
-== Implémentation du modèle numérique ==
+== Domaine ==
-=== Modèle de Hambourg ===
+Un domaine qui s'étend de Trois-Rivières aux détroits de Cabot et Belle Isle. La description détaillée de ce modèle peut être obtenue dans Saucier et coll. (2003; 2004).
-La technique utilisé pour solutionné les équations est celle de Backhaus (1985), le modèle Hambourg. Les modes externe et interne sont traités de façon implicite et n'impose pas de restriction sur le pas de temps autre que la précision de la propagation de l'onde de marée. Voici quelques caractéristiques clés de ce modèle:
+== Le modèle d'écosystème ==
+Une description détaillée du modèle d’écosystème planctonique et de son couplage au modèle physique peut être obtenue dans Le Fouest et coll. (2005). Ce modèle d'écosystème planctonique de complexité intermédiaire, dit de type NPZD (pour Nutrient-Phytoplankton-Zooplancton-Détritus), est basé sur les flux d’azote et met en compétition les deux principaux réseaux trophiques planctoniques : le réseau herbivore, prédominant dans les situations de floraisons phytoplanctoniques (printemps, automne), et le réseau microbien caractéristique de conditions oligotrophes qui précèdent et suivent ces floraisons. Le modèle considère les processus de production primaire, de prédation et de régénération selon des formulations couramment utilisées dans les modèles d’écosystème planctonique (Le Fouest et coll., 2005).
+Il comprend 8 variables d'états que sont les producteurs primaires (phytoplancton) divisés en deux classes de taille (< 5 mm pour les petits flagellés et > 5 mm pour les diatomées), le zooplancton également divisé en deux classes de taille (microzooplancton < 200 mm et mesozooplancton > 200 mm), les sels nutritifs azotés (nitrate et ammonium) et deux types de matière organique détritique, particulaire (MOP) et dissoute (MOD). Un couplage étroit entre le petit phytoplancton, le microzooplankton) et la reminéralisation de la MOD en ammonium représente la dynamique de la chaîne trophique microbienne dans le modèle. Le modèle calcule la quantité de MOP qui sédimente sur le fond.
-# La discrétisation dans le temps est partagée entre le mode implicite et explicite, habituellement moitié-moitié, ce qui en fait donc une méthode du second degré dans le temps. Augmenté ce facteur (donc plus implicite) permettrait de plus long pas de temps, mais au prix d'un amortissement de l’amplitude des ondes de courte période.
+== Forçages atmosphériques ==
-# La solution implicite des ondes gravitationnelles de surface est résolue par la technique SOR (Successive Over-Relaxation) appliquée à l’équation de continuité. Dans cette équation, la divergence du temps présent est combinée à la divergence du temps futur dans une proportion déterminée par le ratio de la contribution explicite et implicite discutée au précédemment, pour déterminer la variation du niveau d’eau sur un pas de temps. La divergence du pas de temps futur est basée sur le niveau d’eau future, ce qui en fait une méthode implicite. L’équation de continuité est ultimement résolue comme une équation elliptique pour le champ de niveau d’eau du pas de temps futur.
+Le modèle océan-glace de mer est forcé par la température de l'air, la dépression du point de rosée à 2 m du sol, le taux de précipitation, la fraction du couvert de nuage, et les vents à 10 m du sol.  Les valeurs aux points de grille du modèle sont interpolées dans le temps et l'espace à partir des analyses réalisées avec le modèle de prévision opérationnel canadien. Ce modèle fournit les prévisions de 12 heures séquentielles en champs en utilisant des séries non interrompues d'analyses globales et la méthode variationnelle en place au Centre Météorologique Canadien de Montréal (Côté et coll., 1997ab, Mailhot et coll., 1997). Le modèle atmosphérique n'a pas été couplé à un modèle océanique interactif, mais utilise néanmoins les conditions extérieures des analyses globales quotidiennes de la température de mer de surface et des observations de la glace de mer.
-# L'épaisseur des couches, bien que constante sur l'horizontale, peut varier sur la verticale.
-Différences finies
-Les équations moyennées sur les couches sont résolues sur une grille tridimensionnelle où l'indice k  croit avec l'axe des x,   l'indice i croit avec l'axe des y et l'indice j décroît avec l'axe des z.  La résolution horizontale est constante, mais la résolution verticale est habituellement choisie afin de résoudre les gradients verticaux de densité et de courant.
+== Forçages hydrologiques ==
-Les variables sont distribuées sur une grille Arakawa C montrée à la Figure 1 (Arakawa & Lamb, 1977). L’unité fondamentale de calcul, la cellule, peut-être considérée comme un cube. Les courants sont calculés au centre des faces du cube et la salinité et la température sont définies au centre du cube. Les densités et les vitesses sont décalées dans l’espace afin que les gradients de densité soient centrés sur les vitesses.
+Les débits de rivière entrent dans le modèle comme conditions aux frontières sur le momentum, la température (considérée égale à celle de la cellule voisine de la grille de mer), et la salinité du côté ascendant des cellules de la grille du modèle correspondantes aux embouchures des rivières. Le modèle considère 28 rivières majeures en plus du Saint-Laurent. Ces données de débits sont interpolées dans le temps à partir des observations quotidiennes (base de données de Hydat, Dept. Environment Canada) et normalisées pour représenter les bassins versants non jaugés. Le débit le plus important est celui du Saint-Laurent à Trois-Rivières.
+== Conditions initiales et aux limites ==
-[[Fichier:Arakawa-c.png]]
+Les conditions aux frontières ouvertes du modèle de circulation (détroits de Cabot et de Belle-Isle) sont définies à partir de climatologies mensuelles de température et salinité. Sur ces mêmes frontières, le modèle est forcé par la propagation de l'onde de marée de l'Océan Atlantique pour laquelle les niveaux d'eau sont prescrits à chaque cellule en utilisant les constituantes harmoniques de marée du Service Hydrographique Canadien. Le modèle peut être initialisé en début d'année avec les données de température et de salinité issues des campagnes  du Programme de Monitorage Zonal Atlantique (e.g., Therriault et coll.,1998) de l’automne précédent ou en mode démarrage à chaud en utilisant des champs physiques (T, S, U, Ke...) issus d'une simulation préexistante.
-Figure 1: Grille Arakawa-c horizontale
-La forme du bassin est contrainte à avoir un nombre entier de cellules. La condition de transport nul à travers les parois du bassin est facilement respectée en imposant les vitesses sur la face de ces cellules formant la paroi à zéro.
-Le trait de côte détermine donc si la cellule sera dite mouillée, contenant de l’eau, ou bien sèche. Par la suite, c’est la profondeur en ce point mouillé qui détermine de nombre de cellules nécessaires. Nous ajoutons des cellules jusqu’à ce que la colonne d’eau soit égale à la profondeur. La cellule de surface et celle du fond sont d’épaisseur variable. Nous en discuterons plus dans la section de construction d’une grille.
-=== Méthode de solution ===
-La solution d’un système complet d’équation de différence finie comporte 5 étapes.
-.L’équation de conservation est résolue afin de trouver le champ de vitesse verticale.
-.Le champ de densité est  résolu en utilisant les vitesses verticale et horizontales au temps (0).
-.Les termes explicites des équations du mouvement sont évalués et ajoutés à une valeur intermédiaire des champs de vitesse u et v.
-.L’intégral verticale de l’équation de conservation est transformé en équation elliptique et résolue en utilisant SOR.
-.Le champs de niveau d’eau et de courant sont mise à jour à l’aide de la partie implicite des équations appropriés.