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<strong>ECOCLIMAP</strong> et PGDFormation Surfex10-12 october 2011
PARTIE THEORIE
Objectifs• Renseigner, pour la simulation SURFEX, les champsphysiographiques (n’évoluent pas dans le temps):• Orographie• Fraction <strong>de</strong> sable et d’argile• Couvert <strong>de</strong> la surface (type, végétation, paramètres <strong>de</strong> la végétation)• ( Bathymétrie (sur mer)• Coefficient <strong>de</strong> ruissellement sous-maille RUNOFFB• Drainage sous-maille WDRAIN• Indice topographique )• Obtenir ces informations par point <strong>de</strong> grille du domaine et à laprojection choisis par l’utilisateur
Description <strong>de</strong> la surface dans <strong>ECOCLIMAP</strong>•Au travers <strong>de</strong>:•4 types <strong>de</strong> surface ou tuiles:mer (SEA), eaux intérieures (WATER), nature (NATURE), ville (TOWN)•12 types <strong>de</strong> végétation (propres à la tuile NATURE):sol nu (NO), roche nue (ROCK), neige permanente (SNOW),feuillus décidus (TREE), conifères (CONI), feuillus sempervirents (EVER),Cultures C3 (C3), cultures C4 (C4), cultures irriguées (IRR),Prairies tempérées (GRAS), prairies tropicales (TROG), zones humi<strong>de</strong>s (PARK).=> Lien entre la carte <strong>ECOCLIMAP</strong> et ces mo<strong>de</strong>s <strong>de</strong> <strong>de</strong>scriptions?
<strong>La</strong> notion <strong>de</strong> coverUn cover est une surface <strong>de</strong> couvert homogène.Concrètement, sur la carte <strong>ECOCLIMAP</strong>, un cover est un ensemble <strong>de</strong>pixels sur lesquels le couvert <strong>de</strong> la surface est admis commehomogène.<strong>La</strong> carte <strong>ECOCLIMAP</strong>I comporte 215 covers sur le mon<strong>de</strong>.<strong>La</strong> carte <strong>ECOCLIMAP</strong>II comporte 273 covers sur l’Europe.Les covers sont caractérisés par:•Une partition <strong>de</strong> fractions <strong>de</strong>s 4 tuiles•Une partition <strong>de</strong> fractions <strong>de</strong>s 12 types <strong>de</strong> végétation, si la tuile NATURE estreprésentée.
Les paramètres <strong>de</strong> surface induits<strong>ECOCLIMAP</strong> est à la <strong>base</strong> <strong>de</strong> la production <strong>de</strong>s cartes <strong>de</strong>s paramètres<strong>de</strong> surface, en particulier <strong>de</strong> la végétation, pour SURFEX:•LAI, profon<strong>de</strong>urs <strong>de</strong> sols, hauteurs d’arbres•Albedo, fraction <strong>de</strong> végétation, émissivité,résistance stomatique minimale (Rsmin),Inverse <strong>de</strong> la capacité thermique <strong>de</strong> la végétation (Cv)…Ces paramètres interviennent ensuite dans le calcul <strong>de</strong>s flux par le modèle,lors <strong>de</strong> la simulation.Leur détermination en chaque point <strong>de</strong> la grille <strong>ECOCLIMAP</strong> dépend soit:•du cover ET du type <strong>de</strong> végétation•du type <strong>de</strong> végétation
Déclinaison <strong>de</strong>s paramètres <strong>de</strong> surface• 3 paramètres sont définis directement au niveau du cover et pourchaque type <strong>de</strong> végétation présent dans ce cover:• Le profil décadaire annuel <strong>de</strong> LAI (36 valeurs)• Les 3 profon<strong>de</strong>urs <strong>de</strong> sol (superficiel, racinaire, profond)• Les 3 hauteurs d’arbres (pour les types TREE, CONI, EVER)• Certains paramètres dépen<strong>de</strong>nt ensuite d’un <strong>de</strong> ces 3 paramètres:• <strong>La</strong> longueur <strong>de</strong> rugosité Z0 dépend <strong>de</strong>s hauteurs d’arbres• <strong>La</strong> fraction <strong>de</strong> végétation pour les types <strong>de</strong> cultures (C3, C4, IRR) dépenddu LAI• L’émissivité et l’albedo dépen<strong>de</strong>nt <strong>de</strong> la fraction <strong>de</strong> végétation• D’autres paramètres ne varient qu’en fonction du type <strong>de</strong> végétation:• Cv, Rsmin, Gamma, Rgl, Gmes, RE25….
Récapitulatif pour <strong>ECOCLIMAP</strong>Composants d’<strong>ECOCLIMAP</strong>Carte <strong>de</strong>s covers sur le globeExpression <strong>de</strong>s covers en terme <strong>de</strong> types<strong>de</strong> surface et <strong>de</strong> types <strong>de</strong> végétationDéfinition du LAI, <strong>de</strong>s profon<strong>de</strong>urs <strong>de</strong> sol,<strong>de</strong>s hauteurs d’arbres <strong>de</strong>s covers ET partype <strong>de</strong> végétationDéfinition <strong>de</strong>s paramètres qui nedépen<strong>de</strong>nt que du type <strong>de</strong> végétationCalcul <strong>de</strong>s paramètres qui dépen<strong>de</strong>nt duLAI, <strong>de</strong>s hauteurs d’arbres ou <strong>de</strong>sprofon<strong>de</strong>urs <strong>de</strong> solFonctionlocalisation <strong>de</strong>s unités <strong>de</strong> surfacehomogènesCaractérisation du contenu <strong>de</strong>s coversRenseignement <strong>de</strong>s paramètres par point<strong>de</strong> la grille <strong>ECOCLIMAP</strong>Renseignement <strong>de</strong>s paramètres par point<strong>de</strong> la grille <strong>ECOCLIMAP</strong>Renseignement <strong>de</strong>s paramètres par point<strong>de</strong> la grille <strong>ECOCLIMAP</strong>
<strong>La</strong> notion <strong>de</strong> PATCH11L’utilisateur n’est pas obligé <strong>de</strong> considérer les 12 types <strong>de</strong> végétation<strong>de</strong> manière indépendante, il a la possibilité <strong>de</strong> travailler avec unnombre <strong>de</strong> patchs compris entre 1 (12 types agrégés) et 12 (12 typesséparés).Un patch est donc un regroupement <strong>de</strong> plusieurs types <strong>de</strong>végétation.Si le nombre <strong>de</strong> patchs est inférieur à 12, les valeurs <strong>de</strong>s paramètres<strong>de</strong> surface sont calculées non plus par type <strong>de</strong> végétation mais parpatch, selon un procédé d’agrégation qui repose sur la composition<strong>de</strong>s patchs en terme <strong>de</strong> types <strong>de</strong> végétation.
12Regroupement <strong>de</strong>s types <strong>de</strong> végétation par patchsNombre total <strong>de</strong> patchs choisi par l’utilisateur113446789101112PARK11335567891011TROG11335567891010GRAS113444567899IRR113333456788C4113333445677C3122222333566EVER122222334455CONI122222333344TREE111111222233SNOW111111111122ROCK111111111111NO123456789101112
Règles d’agrégation simplifiées14
PARTIE TP
Namelists SURFEX pour <strong>ECOCLIMAP</strong>16&NAM_FRAC L<strong>ECOCLIMAP</strong> = T• L’utilisateur peut ne pas utiliser <strong>ECOCLIMAP</strong> et renseigner les valeurs <strong>de</strong>s paramètrespour son domaine directement dans les namelists NAM_DATA_ISBA, NAM_DATA_TEB,NAM_DATA_SEAFLUX, en remplissant <strong>de</strong>s tableaux ou en indiquant <strong>de</strong>s fichiers <strong>de</strong>données contenant ces valeurs.&NAM_COVERYCOVER = ‘<strong>ECOCLIMAP</strong>_II_EUROP’,YFILETYPE = ‘DIRECT’,XRM_COVER = 0.001• Les fichier <strong>ECOCLIMAP</strong> sont constitués d’un fichier binaire .dir et d’un fichier entête .hdr.Ces fichiers doivent être présents dans le répertoire <strong>de</strong> simulation.&NAM_<strong>ECOCLIMAP</strong>2 LCLIM_LAI = T Dans <strong>ECOCLIMAP</strong>II, le LAI <strong>de</strong>s années 2002 à 2006 est disponible. Le LAIclimatologique correspond à la moyenne sur ces 5 années. Si LCLIM_LAI=F, la date <strong>de</strong>début <strong>de</strong> simulation est utilisée pour déterminer l’année <strong>de</strong> LAI à utiliser.
Namelists SURFEX pour le choix <strong>de</strong> la grille17&NAM_PGD_GRID CGRID = GAUSS / CONF PROJ / CARTESIANLONLAT REG / IGN / LONLAT VAL / NONE Définit le type <strong>de</strong> projection souhaité par l’utilisateur&NAM_LONLAT_REG XLONMIN =XLONMAX =XLATMIN =XLATMAX =NLON =NLAT =Définit les limites du domaine et sa résolution (exemple en projection LONLATREG, une namelist différente par type <strong>de</strong> projection).
Namelists SURFEX pour les autres champsphysiographiques (1)18&NAM_ZS XUNIF_ZS = 113. Cas d’une altitu<strong>de</strong> uniforme à 113 mètres.&NAM_ZS YZS = ‘Z.SIM’YFILETYPE = ‘ASCLLV’Cas d’une altitu<strong>de</strong> passée par un fichier LONLATVAL ASCII. Comme dans le casd’un fichier binaire, les points peuvent ne pas coller au domaine <strong>de</strong> l’utilisateur.&NAM_ZS YZS = ‘gtopo30’,YFILETYPE = ‘DIRECT’Cas <strong>de</strong> l’utilisation <strong>de</strong> la carte gtopo30 (format binaire avec un .dir et un .hdr,comme <strong>ECOCLIMAP</strong>).&NAM_GAUSS_INDEX et &NAM_SEABATHY sont dédiées à l’indicetopographiMque et à la bathymétrie marine.
Namelists SURFEX pour les autres champsphysiographiques (2)19&NAM_ISBAYCLAY = ‘HWSD_CLAY_MOY’,YCLAYFILETYPE = ‘DIRECT’,YSAND = ‘HWSD_SAND_MOY’,YSANDFILETYPE = ‘DIRECT’,YWDRAIN = ‘WDRAIN.SIM’,YWDRAINFILETYPE = ‘ASCLLV’,YRUNOFFB = ‘RUNOFFB.SIM’,YRUNOFFBFILETYPE = ‘ASCLLV’,NPATCH = 1,NGROUND_LAYER = 3Définition <strong>de</strong>s sources pour les fractions d’argile et <strong>de</strong> sable, le drainagesous-maille, le coefficient <strong>de</strong> ruissellement sous-maille; définition dunombre <strong>de</strong> patchs et du nombre <strong>de</strong> profon<strong>de</strong>urs <strong>de</strong> sol souhaité.
Autres namelists impliquées dans le PGD20&NAM_PGD_SCHEMES CNATURE = ‘ISBA ‘, (FLUX, TSZ0, NONE)CSEA = ‘NONE’, (FLUX, SEAFLX)CTOWN = ‘TEB’, (NONE, FLUX)CWATER = ‘NONE’, (FLUX, WATFLX, FLAKE)LGARDEN = .FALSE Choix <strong>de</strong>s modèles utilisés pour chaque tuile&NAM_IO_OFFLINECSURF_FILETYPE = ASCII / LFI / FACPGDFILE = ‘PGD’LWRITE_COORD = TType <strong>de</strong>s fichiers <strong>de</strong> sortie <strong>de</strong>s phases PGD et PREP, nom du fichier PGD,booléen pour écrire les coordonnées <strong>de</strong>s points du domaine dans le fichier <strong>de</strong>sortie.
Récapitulatif pour le PGD21Durant la phase PGD:• <strong>La</strong> grille <strong>de</strong> sortie est définie• Les champs physiographiques sont projetés sur cette grille• Les fractions <strong>de</strong> covers sont calculées sur cette grille• Les valeurs <strong>de</strong>s champs physiographiques et <strong>de</strong>s fractions <strong>de</strong> covers sontécrites dans le fichier <strong>de</strong> sortie.
Métho<strong>de</strong>s d’agrégation appliquées selon les paramètres• <strong>La</strong> moyenne arithmétique est appliquée pour la majeure partie <strong>de</strong>sparamètres;•<strong>La</strong> moyenne « inverse », qui divise la somme <strong>de</strong>s inverses <strong>de</strong>s pondérationspar la somme <strong>de</strong>s inverses <strong>de</strong>s valeurs, est appliquée dans le cas <strong>de</strong>sparamètres Rsmin et Cv;•<strong>La</strong> moyenne « CDN », qui repose sur l’utilisation <strong>de</strong> la fonction LOG, estAppliquée dans le cas du Z0.