GROUPE DE PROJET MESONH
Compte-rendu de la réunion du 31 mars 2008
Rédactrice C. Lac, CNRM

Présents : N.Asencio, C.Barthe, S.Berthet, A.Boilley, F.Bouttier, JP. Chaboureau, J. Escobar, D. Gazen, C. Lac, P.Le Moigne, M.Leriche, J.-F. Mahfouf, I. Mallet, C. Mari, P.Mascart, V.Masson, J. Noilhan, J.Payart, J.Pergaud, E.Perraud, J.P. Pinty, J.Rangognio, E. Richard, I.Sandu, R.Tardif, O.Thouron, P.Tulet, S.Turner

1. Informations générales

Licences

Durant l'année passée, de nouvelles licences ont été signées avec l'Université de Corte pour les applications de feux de forêt, le CEPMMT, et l'EMPA (Dübendorf, Suisse) pour la modélisation de transport de polluant (F.Gheusi). Un projet de licence est en cours avec l'Université Antilles-Guyane (Pointe-à-Pitre), visant des simulations de cyclones.

Convention

A.Boilley a débuté en janvier 2008 une thèse au CNRM, à partir d'une bourse CIFRE octroyée par DEGREANE HORIZON. L'objet de la thèse est la modélisation à l'échelle hectométrique (avec Méso-NH) et l'assimilation (avec AROME) du champ de vent dans la couche limite sur l'aéroport de Nice (phénomènes de renverses). Un comité de suivi de thèse se réunira tous les 6 mois, auquel E.Richard participera en tant que représentante du LA. Une convention d'accord de coopération entre Météo-France, le CNRS et DEGREANE est en cours de finalisation, permettant à DEGREANE de disposer après la thèse, s'il le souhaite, d'une licence d'utilisation de Méso-NH.

Rencontre SIRTA du 27 mars 2008

O.Thouron, R.Tardif et J.-P.Chaboureau ont participé à la journée scientifique annuelle du SIRTA. Le projet COSY (Comparaisons Systématiques Modèles Obs sur le Sirta) a été présenté au cours de cette journée, comme suite du projet COMPERES, auquel participent notamment les modèles LMDZ, CHIMERE, MM5, WRF. H.Chepfer a invité d'autres modèles de méso-échelle comme Méso-NH et AROME à se joindre à l'exercice d'intercomparaison continu sur l'année. Si la mise en place d'une prévision continue de Méso-NH par le LA n'est pas envisageable en raison des contraintes techniques qu'elle impose, la participation d'AROME serait en revanche envisageable, ainsi que celle de Méso-NH occasionnellement sur des cas d'étude. Un contact a été pris avec H.Chepfer pour répondre à cette opportunité.

2. Développements en cours

Evaluation d'AROME

Le système est en cours de livraison à DPREVI pour une mise en place de l'architecture technique de la chaîne de production. La déclaration opérationnelle est toujours prévue en octobre prochain. Des modifications d'AROME d'ici cet été seront possibles à condition que l'impact technique soit mineur. La mise à jour suivante aura lieu au printemps 2009. La diminution de la diffusion numérique dans la dynamique ALADIN-NH a permis de faire disparaître les problèmes de divergence irréalistes en « feux d'artifice » sous nuages convectifs, et d'apporter des différences visibles entre les versions non-hydrostatisque et hydrostatique. Une chaîne de test qui fonctionne avec EDKF depuis l'automne montre un impact neutre sur les scores, mais positif sur les organisations irréalistes du vent en « arêtes de poisson ». Des cas de plantage plus fréquents du modèle ont cependant eu lieu sur la dernière version du prototype, incluant également surfex3, et sont en cours d'investigation. Un autre problème majeur actuel concerne la surestimation des précipitations modérées à fortes avec AROME, qui se traduit dans les scores mensuels. Même si une légère tendance à la surestimation des précipitations est également notée avec Méso-NH, plusieurs cas montrent une aggravation avec AROME par rapport à Méso-NH.

Evaluation de PPM sur des simulations LES de Stratocumulus

I.Sandu a présenté une comparaison des schémas d'advection FCT et PPM sur 2 cas de Stratocumulus marins en LES (DYCOMS et FIRE). PPM représente de manière plus réaliste que FCT la zone de fort gradient au sommet du nuage, où s'exerce l'entraînement, mais tend à dissiper trop fortement le nuage par rapport aux observations. Cette dissipation est très atténuée si PPM advecte les variables conservatives plutôt que les variables d'état, et les résultats avec PPM appliqué aux variables conservatives sont alors améliorés par rapport à FCT sur le cas FIRE. Ceci pose la question d'une évolution du modèle vers les variables conservatives : cette évolution est assez facilement réalisable en microphysique chaude, mais beaucoup plus complexe en nuages mixtes. Il a également été noté la création de valeurs négatives de concentration des gouttelettes lors de l'advection en PPM_01, schéma pourtant défini positif : ce problème doit être investigué.

Evaluation d'ICE4

C.Lac a présenté une comparaison ICE3/ICE4 sur le cas idéalisé COPT2D de ligne de grains et sur 2 cas réels ayant donné lieu à des chutes grêligènes. Dans tous les cas, la grêle est produite en quantités excessives avec ICE4, et contribue à une augmentation forte de la pluie, liée à la fonte de la grêle. La production de grêle à partir du graupel étant un processus irréversible dans ICE4 (croissance humide du graupel), il semble nécessaire de réviser le critère de déclenchement de la croissance humide du graupel, ou bien d'introduire un nouveau processus de retour de la grêle vers le graupel. Ce travail se poursuit actuellement avec le stage M1 de Clémentine Dutrey au LA.

Suivi de modification du code

J.-P. Pinty rappelle la nécessité de respecter les règles de codage et de documentation du code, et souligne le fait que l'exigence initiale s'est progressivement assouplie. J.Escobar déplore l'absence de module d'interface (MODI) dans SURFEX : V.Masson confirme l'impossibilité de les introduire compte tenu du caractère externalisé de la surface.

3. Préparation de la masdev4_8

Présentation de EDKF

J.Pergaud a présenté son travail de thèse de développement du schéma de convection profonde EDKF (Eddy-Diffusivity-Kain-Fritsch). Il est basé, suivant Soares et al.(2004), sur une formulation améliorée d'un updraft idéalisé unique. L'entraînement/détraînement des variables conservatives dans la CL sèche sont calculés suivant une fonction inverse des longueurs de mélange up/down (inspirée de Lappen et Randall (2004)). Si le niveau de condensation est atteint, l'updraft unique se poursuit dans le nuage, avec un entraînement/détraînement définis suivant KFB. La fraction nuageuse et le contenu nuageux convectifs sont calculés à partir du flux de masse, de la vitesse verticale et du rapport de mélange de l'updraft. Une formulation de l'autoconversion permet d'utiliser directement la fraction nuageuse convective. L'approche flux de masse est également utilisée pour réaliser un mélange non local sur le vent, ainsi que sur les traceurs. Les résultats sont en bon accord avec les LES sur les cas de convection peu profonde de type Cumulus comme Bomex, Eurocs/Arm/Cu, Rico, sur le cas de Sc de FIRE, et sur les cas convectifs secs (Ayotte, Wangara). Les tests 3D dans AROME et Méso-NH ont également montré une amélioration des nuages de couche limite de type Cu, et la disparition des « arêtes de poisson » ou des rouleaux de couche limite en CL convective sèche, en situation de vent faible. Ce nouveau schéma se porté dans la prochaine version Masdev4_8, et est testé dans une « chaîne en double » d'AROME.

Correction de l'émissivité dans le rayonnement

O.Thouron a présenté des comparaisons entre les émissivités déduites d'un calcul exact de Mie et celles calculées avec la paramétrisation de Savijarvi (1997) et la paramétrisation de Smith and Shi (1992) (pour les 16 bandes spectrales LW du schéma RRTM). Cette comparaison a permis de mettre en évidence une erreur dans le codage de la paramétrisation Savijarvi (1997) qui avait pour effet d'accentuer artificiellement le refroidissement radiatif. Après correction, la paramétrisation de Savijarvi montre un meilleur accord avec le calcul de Mie. La paramétrisation de Smith and Shi (1992) a tendance à accentuer le refroidissement radiatif.
Jusqu'à maintenant la paramétrisation de Savijarvi (1997) était utilisée pour les schémas à 2 moments et la paramétrisation de Smith and Shi (1992) pour les schémas à 1 moment. L'erreur identifiée dans le codage de Savijarvi (1997) n'affectait donc que les simulations à 2 moments. La correction proposée sera portée dans Méso-NH en Masdev4_8 et s'accompagnera d'un nettoyage du code des calculs des propriétés optiques. La paramétrisation de Savijarvi (1997) pourra alors être utilisée dans les schémas à 1 moment également.

Présentation de surfex3

P.Le Moigne a présenté les nouveautés de la surfex3, version de la surface introduite dans la Masdev4_8, et qui sera opérationnelle avec AROME :

Autres nouveautés de la Masdev4_8

La prochaine version Masdev4_8 inclura :

Cette nouvelle version est prévue de sortir avant l'été.

4. Documentation scientifique

J.-P.Chaboureau a rassemblé et mis en forme différentes contributions de la documentation scientifique. Il manque encore quelques parties, qui devront lui être envoyées dans les toutes prochaines semaines. A l'échéance d'un mois, il mettra à disposition une 1ère version de cette nouvelle édition, qui sera corrigée au fil des relectures.

5. Adaptation de Méso-NH aux grandes grilles

L'arrivée de nouvelles machines ouvre l'utilisation de Méso-NH à de grandes grilles (typiquement 2000 x 2000 x 100), comme la machine scalaire PLATINE au CEA (puissance totale de 47.3 TFlops) ou BLUEGENE à l'IDRIS (139 TFlops). J.Escobar présente des tests de performance sur Platine pour des grilles de 1024 x 1024 x 64 ou 512x 512 x 64, en utilisant jusqu'à 1024 processeurs. Jusqu'alors, Méso-NH ne pouvait s'exécuter que sur un nombre de processeurs inférieur à la dimension horizontale minimale, limite propre au solveur de pression : cet état de fait constitue une limite forte compte tenu du nombre de processeurs maintenant disponible. J.Escobar a donc développé la parallélisation du solveur en z afin de lever cette limite en nombre maximal de processeurs. D'autres étapes de Méso-NH sont aussi non parallélisées comme le PGD et le PREP_REAL, et une solution devra être trouvée à terme.
Une autre limitation actuelle est liée au format LFI, qui impose que les actions de lecture/écriture d'entrées/sorties (I/O) ne se fassent que sur un seul processeur : ceci limite les I/O à la mémoire du processeur, typiquement 2 Go. Aucun développement n'est envisagé côté Météo-France/DSI sur ce point, puisque ces nouvelles contraintes ne concernent pas les modèles opérationnels ou de climat, dans un avenir proche. La solution préconisée par Méso-NH, à laquelle va se consacrer D.Gazen, consiste à écrire les tableaux 3D plan par plan (passer les champs 3D NI x NJ x NK en NK champs 2D NI x NJ).
Les tools devront aussi à terme évoluer, mais l'évolution du format LFI est un préalable à tout autre développement. Enfin le logiciel graphique Diaprog n'est pas parallélisé, et aucune solution n'est pour l'instant envisagée.
Le groupe s'accorde sur le fait que Méso-NH doit s'inscrire dans une perspective d'évolution des moyens, et qu'il convient en premier lieu de faire une analyse précise des problèmes.

6. CR de la réunion technique du 13 mars 2008

L'absence prolongée de I.Mallet à partir de juin 2008 induit une redistribution seulement partielle des tâches dont elle a la charge, compte tenu de la charge de travail des autres membres de l'équipe de soutien, et des compétences spécifiques d'Isabelle. En particulier, diaprog et les outils Méso-NH ne connaîtront pas de nouveaux développements de la part de l'équipe de soutien pour répondre à d'éventuelles demandes d'utilisateurs. N.Asencio souligne le risque de cette situation si elle devait perdurer dans le temps.
Concernant la fonctionnalité de recherche élaborée de chaînes de caractères dans les sources F90 sur le site web, qui n'existe plus depuis la masdev4_7, l'enquête d'opinion lancée par N.Asencio a reçu 15 réponses, dont 13 favorables à une restauration de la fonctionnalité. Mais celle-ci ne pouvant être réalisée à partir des fonctions CVS, le statu quo demeure.