Modèle de circulation générale

Pour les articles homonymes, voir GCM.

Modèle de circulation générale GEOS-5 (Goddard Earth Observing System Model) développé par la NASA.

Un modèle de circulation générale (en anglais, general circulation model ou GCM) est un modèle climatique. Il s'appuie sur les équations de Navier-Stokes, appliquées à une sphère en rotation ainsi que sur des équations d'équilibre de la thermodynamique pour inclure les sources d'énergie (rayonnement, changement de phase). Ceci permet de simuler à la fois la circulation atmosphérique mais aussi la circulation océanique. Ces équations sont ensuite codées pour être utilisée par des superordinateurs.

Ces modèles de circulation générale sont utilisés pour les prévisions atmosphériques, pour l'étude du climat et du changement climatique.

## Terminologie

[modifier | modifier le code]

En anglais, l'acronyme GCM signifiait à l'origine modèle de circulation générale, mais on parle également de plus en plus de modèle climatique global en utilisant le même acronyme.

Les modèles de circulation générale désignent un vaste ensemble de modèles comprenant notamment :

* Les modèles de circulation générale atmosphérique ou AGCM ;
* Les modèles de circulation générale océanique ou OGCM ;
* Les modèles de circulation générale océan-atmosphère (couplés) ou AOGCM.

Les modèles climatiques désignent la dernière catégorie, c'est-à-dire les modèles couplés. Aujourd'hui, les modèles climatiques incluent également des modèles de glace continentale, des modèles de surface continentale, des modèles de biogéochimie marine, des modèles de chimie atmosphérique, etc. Du fait de cette complexité et de l'étendue des processus physiques et chimiques représentés dans les modèles climatiques actuels, on parle de plus en plus de "Modèles du Système Terre" désignés par l'acronyme ESM (pour Earth system model)[1].

## Histoire

[modifier | modifier le code]

En 1956, Norman Philips développe pour la première fois un modèle climatique qui décrit de manière convaincante la circulation troposphérique. À sa suite, de nombreux GCM sont élaborés. Le premier qui combine à la fois les processus atmosphériques et océaniques est développé dans les années 1960 par le laboratoire NOAA Geophysical Fluid Dynamics Laboratory.

## Structure

[modifier | modifier le code]

Les GCM utilisent d'une part les équations de Navier-Stokes discrétisées auxquelles on ajoute des paramétrisations pour rendre compte des phénomènes sur des échelles fines. Cela peut-être le cas des ondes de gravité, de l'interaction avec la surface, l'albédo... On complète ce système avec des équations décrivant les changements d'état, l'effet de serre, etc.

D'un modèle à un autre, la complexité peut varier énormément. Les modèles les plus simples son axi-symétriques et modélisent le flux d'énergie solaire par un flux thermique proportionnel à l'écart à une température d'équilibre[2].

Une seconde étape consiste à modéliser les gaz à effet de serre (gray-radiation), les flux d'humidité et les changements de phase (par exemple avec une aqua-planète, c'est-à-dire une planète océan)[3].

Par la suite, on peut ajouter un ou plusieurs continents, un cycle diurne/nocturne et saisonnier etc.

## Les modèles climatiques du CMIP

[modifier | modifier le code]

Les prévisions de quelques-uns des super-modèles développés par les centres météorologiques nationaux suivant les scénarios du SRES (GIEC)

Le projet d'intercomparaison des modèles couplés (Coupled Model Intercomparison Project \- CMIP) organisé sous l'égide du groupe de travail du programme mondial de recherche sur le climat (WCRP) a démarré en 1997 avec la comparaison des performances de cinq modèles climatiques couplant la circulation atmosphérique avec une dynamique océanique, une surface continentale simple et une glace océanique thermodynamique. Aujourd'hui, le CMIP s'occupe d'organiser le développement des modèles climatiques, de manière cohérente au niveau des données de sortie, de l'historique des expériences menées et des lacunes scientifiques. Ces modèles climatiques sont développés dans de nombreux pays.

Aujourd'hui, ces résultats font office de référence presque au même titre que les réanalyses météorologiques. Cependant, un modèle isolé donne très souvent des résultats dont la variabilité est aléatoire et donc indésirable pour mettre en valeur des tendances. Le plus souvent, on utilise les variations moyennées sur l'ensemble des modèles. C'est pourquoi il est important que de nombreux modèles soient développés de manière indépendante par les différents centres.

Pour tester ces modèles, on les utilise pour modéliser des scénarios connus grâce à la connaissance de l'histoire du climat ou bien en observant la manière dont ils rendent compte de certains phénomènes connus tels que El Niño.

Centre de modélisation  | ID de l'Institut  | Nom du modèle  | Nationalité

|
|
|

Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO) and Bureau of Meteorology (BOM), Australia  | CSIRO-BOM  |  |  Australie
Beijing Climate Center, China Meteorological Administration  | BCC  | BCC-CSM1.1

BCC-CSM1.1(m)

|  Chine
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (National Institute for Space Research)  | INPE  | BESM OA 2.3  |  Brésil
College of Global Change and Earth System Science, Beijing Normal University  | GCESS  | BNU-ESM  |  Chine
Centre canadien de la modélisation et de l'analyse climatique[4] | CCmaC/CCCMA  | CanESM2

CanCM4

CanAM4

|  Canada
University of Miami - RSMAS  | RSMAS  | CCSM4(RSMAS)  |  États-Unis
National Center for Atmospheric Research  | NCAR  | CCSM4  |  États-Unis
Community Earth System Model (en) Contributors  | NSF-DOE-NCAR  | CESM1(BGC)

CESM1(CAM5)

CESM1(CAM5.1,FV2)

CESM1(FASTCHEM)

CESM1(WACCM)

|  États-Unis
Center for Ocean-Land-Atmosphere Studies and National Centers for Environmental Prediction  | COLA and NCEP  | CFSv2-2011  |  États-Unis
Centro euro-Mediterraneo sui Cambiamenti Climatici | CMCC  | CMCC-CESM

CMCC-CM

CMCC-CMS

|  Italie
Centre national de recherches météorologiques / Centre européen de recherche et de formation avancée en calcul scientifique  | CNRM-CERFACS | CNRM-CM5  |  France
CNRM-CM5-2
Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization in collaboration with Queensland Climate Change Centre of Excellence  | CSIRO-QCCCE  | CSIRO-Mk3.6.0  |  États-Unis
EC-EARTH consortium  | EC-EARTH  | EC-EARTH  |  Europe
LASG, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences and CESS, Tsinghua University  | LASG-CESS  | FGOALS-g2  |  Chine
LASG, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences  | LASG-IAP  | FGOALS-gl

FGOALS-s2

|  Chine
The First Institute of Oceanography, SOA, China  | FIO  | FIO-ESM  |  Chine
NASA Global Modeling and Assimilation Office  | NASA GMAO  | GEOS-5  |  États-Unis
NOAA Geophysical Fluid Dynamics Laboratory  | NOAA GFDL  | GFDL-CM2.1

GFDL-CM3

GFDL-ESM2G

GFDL-ESM2M

GFDL-HIRAM-C180

GFDL-HIRAM-C360

|  États-Unis
NASA Goddard Institute for Space Studies  | NASA GISS  | GISS-E2-H

GISS-E2-H-CC

GISS-E2-R

GISS-E2-R-CC

|  États-Unis
National Institute of Meteorological Research/Korea Meteorological Administration  | NIMR/KMA  | HadGEM2-AO  |  Corée du Sud
Met Office Hadley Centre (additional HadGEM2-ES realizations contributed by Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais)  | MOHC

(additional realizations by INPE)

| HadCM3

HadGEM2-CC

HadGEM2-ES

HadGEM2-A

|  Brésil
Institute for Numerical Mathematics  | INM  | INM-CM4  |  Russie
Institut Pierre-Simon Laplace | IPSL  | IPSL-CM5A-LR

IPSL-CM5A-MR

IPSL-CM5B-LR

|  France
Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology, Atmosphere and Ocean Research Institute (The University of Tokyo), and National Institute for Environmental Studies  | MIROC  | MIROC-ESM

MIROC-ESM-CHEM

|  Japon
Atmosphere and Ocean Research Institute (The University of Tokyo), National Institute for Environmental Studies, and Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology  | MIROC  | MIROC4h

MIROC5

|  Japon
Institut Max-Planck de météorologie (Max-Planck-Institut für Meteorologie) | MPI-M  | MPI-ESM-MR

MPI-ESM-LR

MPI-ESM-P

|  Allemagne
Meteorological Research Institute  | MRI  | MRI-AGCM3.2H

MRI-AGCM3.2S

MRI-CGCM3

MRI-ESM1

|  Japon
Nonhydrostatic Icosahedral Atmospheric Model Group  | NICAM  | NICAM.09  |  Japon
Norwegian Climate Centre  | NCC  | NorESM1-M

NorESM1-ME

|  Norvège

## Articles connexes

[modifier | modifier le code]

* Grille gaussienne

## Références

[modifier | modifier le code]

* (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « General Circulation Model » (voir la liste des auteurs).

1. ↑ (en) Gregory M. Flato, « Earth system models: an overview », Wiley Interdisciplinary Reviews: Climate Change, vol. 2, 1er novembre 2011, p. 783–800 (ISSN 1757-7799, DOI 10.1002/wcc.148, lire en ligne, consulté le 20 avril 2016).
2. ↑ (en) Isaac M. Held, « A proposal for the intercomparison of the dynamical cores of Atmospheric General Circulation Models », Bulletin of the American Meteorological Society, no vol.75 n°10, octobre 1994
3. ↑ (en) Dargan M. W. Frierson, « A Gray-Radiation Aquaplanet Moist GCM. Part I: Static Stability and Eddy Scale », Journal of the Atmospheric Sciences, no vol 63, 9 janvier 2006
4. ↑ Site officiel du Centre canadien de la modélisation et de l'analyse climatique

* Overview of the Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6) experimental design and organisation

v · m

Modèles atmosphériques, océaniques et climatiques

Types |

* Modèle de circulation générale
* Modèle de circulation générale océanique
* Modèle climatique
* Modélisation de la dispersion atmosphérique
* Prévision des cyclones tropicaux
* Prévision numérique du temps
* Prévision d'ensembles
* Réanalyse météorologique
* Reprévision météorologique

Par pays |  | Canada |

* GEMLAM
* GLOBAL

|

États-Unis |

* GFS
* NAM
* WRF

Europe |

* IFS (modèle du CEPMMT)
* Climateprediction.net
* Réanalyse du CEPMMT

Glossaire de la météorologie

* Portail du changement climatique
* Portail de l’informatique
* Portail du climat
* Portail de la météorologie

*[etc.]: et cetera
*[(en)]: Langue : anglais
*[vol.]: volume
*[1er]: premier
*[p.]: pages
*[no]: numéro
*[v]: Voir ce modèle.
*[m]: Modifier ce modèle. Merci de prévisualiser avant de sauvegarder.