La base de donnees ECOCLIMAP

ECOCLIMAP et PGDFormation Surfex10-12 october 2011

PARTIE THEORIE

Objectifs• Renseigner, pour la simulation SURFEX, les champsphysiographiques (n’évoluent pas dans le temps):• Orographie• Fraction de sable et d’argile• Couvert de la surface (type, végétation, paramètres de la végétation)• ( Bathymétrie (sur mer)• Coefficient de ruissellement sous-maille RUNOFFB• Drainage sous-maille WDRAIN• Indice topographique )• Obtenir ces informations par point de grille du domaine et à laprojection choisis par l’utilisateur

Description de la surface dans ECOCLIMAP•Au travers de:•4 types de surface ou tuiles:mer (SEA), eaux intérieures (WATER), nature (NATURE), ville (TOWN)•12 types de 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 humides (PARK).=> Lien entre la carte ECOCLIMAP et ces modes de descriptions?

La notion de coverUn cover est une surface de couvert homogène.Concrètement, sur la carte ECOCLIMAP, un cover est un ensemble depixels sur lesquels le couvert de la surface est admis commehomogène.La carte ECOCLIMAPI comporte 215 covers sur le monde.La carte ECOCLIMAPII comporte 273 covers sur l’Europe.Les covers sont caractérisés par:•Une partition de fractions des 4 tuiles•Une partition de fractions des 12 types de végétation, si la tuile NATURE estreprésentée.

Les paramètres de surface induitsECOCLIMAP est à la base de la production des cartes des paramètresde surface, en particulier de la végétation, pour SURFEX:•LAI, profondeurs de sols, hauteurs d’arbres•Albedo, fraction de végétation, émissivité,résistance stomatique minimale (Rsmin),Inverse de la capacité thermique de la végétation (Cv)…Ces paramètres interviennent ensuite dans le calcul des flux par le modèle,lors de la simulation.Leur détermination en chaque point de la grille ECOCLIMAP dépend soit:•du cover ET du type de végétation•du type de végétation

Déclinaison des paramètres de surface• 3 paramètres sont définis directement au niveau du cover et pourchaque type de végétation présent dans ce cover:• Le profil décadaire annuel de LAI (36 valeurs)• Les 3 profondeurs de sol (superficiel, racinaire, profond)• Les 3 hauteurs d’arbres (pour les types TREE, CONI, EVER)• Certains paramètres dépendent ensuite d’un de ces 3 paramètres:• La longueur de rugosité Z0 dépend des hauteurs d’arbres• La fraction de végétation pour les types de cultures (C3, C4, IRR) dépenddu LAI• L’émissivité et l’albedo dépendent de la fraction de végétation• D’autres paramètres ne varient qu’en fonction du type de végétation:• Cv, Rsmin, Gamma, Rgl, Gmes, RE25….

Récapitulatif pour ECOCLIMAPComposants d’ECOCLIMAPCarte des covers sur le globeExpression des covers en terme de typesde surface et de types de végétationDéfinition du LAI, des profondeurs de sol,des hauteurs d’arbres des covers ET partype de végétationDéfinition des paramètres qui nedépendent que du type de végétationCalcul des paramètres qui dépendent duLAI, des hauteurs d’arbres ou desprofondeurs de solFonctionlocalisation des unités de surfacehomogènesCaractérisation du contenu des coversRenseignement des paramètres par pointde la grille ECOCLIMAPRenseignement des paramètres par pointde la grille ECOCLIMAPRenseignement des paramètres par pointde la grille ECOCLIMAP

La notion de PATCH11L’utilisateur n’est pas obligé de considérer les 12 types de végétationde manière indépendante, il a la possibilité de travailler avec unnombre de patchs compris entre 1 (12 types agrégés) et 12 (12 typesséparés).Un patch est donc un regroupement de plusieurs types devégétation.Si le nombre de patchs est inférieur à 12, les valeurs des paramètresde surface sont calculées non plus par type de végétation mais parpatch, selon un procédé d’agrégation qui repose sur la compositiondes patchs en terme de types de végétation.

12Regroupement des types de végétation par patchsNombre total de patchs choisi par l’utilisateur113446789101112PARK11335567891011TROG11335567891010GRAS113444567899IRR113333456788C4113333445677C3122222333566EVER122222334455CONI122222333344TREE111111222233SNOW111111111122ROCK111111111111NO123456789101112

Règles d’agrégation simplifiées14

PARTIE TP

Namelists SURFEX pour ECOCLIMAP16&NAM_FRAC LECOCLIMAP = T• L’utilisateur peut ne pas utiliser ECOCLIMAP et renseigner les valeurs des paramètrespour son domaine directement dans les namelists NAM_DATA_ISBA, NAM_DATA_TEB,NAM_DATA_SEAFLUX, en remplissant des tableaux ou en indiquant des fichiers dedonnées contenant ces valeurs.&NAM_COVERYCOVER = ‘ECOCLIMAP_II_EUROP’,YFILETYPE = ‘DIRECT’,XRM_COVER = 0.001• Les fichier ECOCLIMAP sont constitués d’un fichier binaire .dir et d’un fichier entête .hdr.Ces fichiers doivent être présents dans le répertoire de simulation.&NAM_ECOCLIMAP2 LCLIM_LAI = T Dans ECOCLIMAPII, le LAI des années 2002 à 2006 est disponible. Le LAIclimatologique correspond à la moyenne sur ces 5 années. Si LCLIM_LAI=F, la date dedébut de simulation est utilisée pour déterminer l’année de LAI à utiliser.

Namelists SURFEX pour le choix de la grille17&NAM_PGD_GRID CGRID = GAUSS / CONF PROJ / CARTESIANLONLAT REG / IGN / LONLAT VAL / NONE Définit le type de 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 de projection).

Namelists SURFEX pour les autres champsphysiographiques (1)18&NAM_ZS XUNIF_ZS = 113. Cas d’une altitude uniforme à 113 mètres.&NAM_ZS YZS = ‘Z.SIM’YFILETYPE = ‘ASCLLV’Cas d’une altitude passée par un fichier LONLATVAL ASCII. Comme dans le casd’un fichier binaire, les points peuvent ne pas coller au domaine de l’utilisateur.&NAM_ZS YZS = ‘gtopo30’,YFILETYPE = ‘DIRECT’Cas de l’utilisation de la carte gtopo30 (format binaire avec un .dir et un .hdr,comme ECOCLIMAP).&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 des sources pour les fractions d’argile et de sable, le drainagesous-maille, le coefficient de ruissellement sous-maille; définition dunombre de patchs et du nombre de profondeurs de 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 des modèles utilisés pour chaque tuile&NAM_IO_OFFLINECSURF_FILETYPE = ASCII / LFI / FACPGDFILE = ‘PGD’LWRITE_COORD = TType des fichiers de sortie des phases PGD et PREP, nom du fichier PGD,booléen pour écrire les coordonnées des points du domaine dans le fichier desortie.

Récapitulatif pour le PGD21Durant la phase PGD:• La grille de sortie est définie• Les champs physiographiques sont projetés sur cette grille• Les fractions de covers sont calculées sur cette grille• Les valeurs des champs physiographiques et des fractions de covers sontécrites dans le fichier de sortie.

Méthodes d’agrégation appliquées selon les paramètres• La moyenne arithmétique est appliquée pour la majeure partie desparamètres;•La moyenne « inverse », qui divise la somme des inverses des pondérationspar la somme des inverses des valeurs, est appliquée dans le cas desparamètres Rsmin et Cv;•La moyenne « CDN », qui repose sur l’utilisation de la fonction LOG, estAppliquée dans le cas du Z0.