MOSAI

Le projet MOSAI (Model and Observation for Surface-Atmosphere Interactions) (ANR 2020) vise à évaluer et améliorer les interactions entre la surface et l’atmosphère dans les modèles de prévision numérique du temps et du climat grâce à des observations à long terme. Ce projet est motivé par le fait que les flux de surface sont la deuxième cause de biais dans les modèles à grande échelle. Trois axes de travail sont prévus entre 2021 et 2025 : 1/ fournir à la communauté des mesures de qualité accompagnées d’un paramètre de représentativité de cette mesure locale dans le paysage hétérogène, 2/ mettre en place des méthodes de comparaison précises permettant de remonter aux faiblesses des paramétrisations, 3/ améliorer la représentation des interactions surface-atmosphère pour les surfaces hétérogènes dans les modèles.

Objectifs :

Les échanges mondiaux sur les cycles de l’énergie et de l’eau (GEWEX) et le Programme mondial de recherche sur le climat (PMRC) ont souligné au cours des dix dernières années l’importance du couplage L-A pour les modèles météorologiques et climatiques. L’enquête du Groupe de travail sur l’expérimentation numérique (WGNE) sur les erreurs systématiques (février 2019) a établi que les erreurs exceptionnelles dans la modélisation des flux de surface de la quantité de mouvement et de la chaleur sensible et latente constituent le deuxième problème le plus important. Les modèles du système terrestre (ESM) et les prévisions météorologiques numériques (NWP) présentent souvent des biais importants dans leur représentation des flux surface-atmosphère par rapport aux observations. La quantification détaillée et la réduction de ces biais sont encore des efforts en cours dans de nombreux centres de modélisation. Le projet MOSAI vise à contribuer à cet effort.

Le premier objectif scientifique (O1) est d’étudier et de déterminer l’incertitude et la représentativité des échanges L-A mesurés sur des paysages hétérogènes. Le projet MOSAI profitera des mesures à long terme acquises sur les sites instrumentés ACTRIS et ICOS et estimera systématiquement les erreurs de mesure, le problème de non-fermeture du bilan énergétique de surface (SEB) et la représentativité des mesures locales dans le paysage hétérogène, à l’échelle de la maille de la grille.

Le deuxième objectif scientifique (O2) est de proposer et de tester deux méthodes pour évaluer les échanges L-A dans ESM en utilisant des mesures à long terme. Ces méthodes iront plus loin que les comparaisons point à point, temps à temps ou les études de cas, et identifieront les faiblesses de l’ESM et de la NWP en fonction des conditions environnementales. La première méthode s’appuie sur un ensemble de simulations de sensibilité 1D et 3D, tandis que la seconde méthode est basée sur une approche d’apprentissage de modèles statistiques.

La deuxième étape du projet concerne l’amélioration des échanges L-A simulés par l’ESM et le NWP. Le couplage entre les modèles de surface terrestre (LSM) et les modèles atmosphériques est basé sur plusieurs simplifications qui sont différentes selon que l’on considère la simulation des grandes structures de turbulence (LES), les modèles météorologiques ou climatiques. Le troisième objectif scientifique (O3) traite de certaines de ces simplifications sous-jacentes dans le couplage entre les MLS et les modèles atmosphériques, et de leurs impacts sur les échanges L-A simulés.