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Implémentation du code de transfert radiatif ECRAD dans le modèle LMDZ

Note technique décrivant le travail d'implémentation de Ecrad dans LMDZ

Introduction :

Ecrad (ECMWF Radiation scheme) est un code de transfert radiatif atmosphérique conçu pour calculer les flux du rayonnement solaire (shortwave) et thermique irradiances infrarouges (longwave) de la surface jusqu'à la mésosphère moyenne. Il est intégré au modèle de prévision météorologique  Integrated Forecasting System (IFS), utilisé de manière opérationnelle par le Centre européen de Prévisions météorologiques à moyen terme (ECMWF), dans lesquelles il est utilisé pour calculer les taux de chauffage et de refroidissement radiatifs de l'atmosphère et de la surface.
Un aperçu scientifique d'ecRad a été fourni par Hogan et Bozzo (2018). Il intègre le Rapid Radiatif Modèle de transfert pour les MCG (RRTMG ; Iacono et al., 2008) pour représenter l'absorption par les gaz atmosphériques et un traitement flexible des propriétés optiques des particules d'aérosol. Trois solveurs différents capables de représenter les effets de la structure des nuages ​​de sous-grille : McICA (Pincus et al., 2003), Tripleclouds (Shonk et Hogan, 2008) et SPARTAQUE (Hogan et al., 2016). Il est codé en Fortran 2003 de manière efficace et flexible.

Dans cette page, sera décrit le travail d'implémentation du code Ecrad dans le modèle LMDZ. Les différentes étapes suivies seront décrites dans le but de faciliter l'utilisation du modèle avec le code radiatif ECRAD.

 

Version "offline" :

Pour pouvoir tourner le code Ecrad sur les sorties 1D du modèle LMDZ. Voici les étapes à suivre :

  •  Installer et tourner les différents cas 1D avec le modèle LMDZ :
wget http://www.lmd.jussieu.fr/~lmdz/pub/install_lmdz.sh
chmod +x install_lmdz.sh
./install_lmdz.sh -debug -bench 0 -SCM
  •  Installer la version offline du code Ecrad :
git clone https://github.com/ecmwf/ecrad
cd ecrad
make PROFILE=gfortran
  • Installer un utilitaire permettant d'adapter les sorties LMDZ (tmp_lmdz_std.nc) à Ecrad (lmdz_pour_ecrad.nc) :
wget http://www.lmd.jussieu.fr/~lmdz/dephy2ecRad.tar .
tar -
xzvf dephy2ecRad.tar
cd dephy2ecRad
./make_ecRad_input.sh lmdz_pour_ecrad_armcu.nc
  • Tourner Ecrad sur les sorties de LMDZ:
../ecrad/bin/ecrad namelists/config_all_parameters.nam lmdz_pour_ecrad.nc out.nc

 

Version "online" :

Les sources du code Ecrad ont été implémenté dans le modèle LMDZ. Les fichiers sont regroupés dans le répertoire :

../LMDZ//libf/phylmd/ecrad

Le code ECRAD est compilé sous une clés CPP (CPP_ECRAD). Les différents scripts de compilations ont été adapté pour compiler avec le code ECRAD en utilisant l'option : "-rad ecrad".

Pour tourner une simulation LMDZ avec ECRAD, il faut mettre dans physiq.def, la clés logique iflag_rrtm=2

Avec le script install_lmdz.sh, pour compiler et faire tourner la version 1D de LMDZ avec ECRAD  :

wget http://www.lmd.jussieu.fr/~lmdz/pub/install_lmdz.sh
chmod +x install_lmdz.sh
./install_lmdz.sh -rad ecrad -debug -bench 0 -SCM

 

Validation 1D :

Comparaison LMDZ avec RRTM / ECRAD :

Dans le cas 1D "ARMCU", j'ai tourné 2 simulations 1D avec le modèle LMDZ. L'une en utilisant le code radiatif ECRAD et la seconde en utilisant RRTM. Ensuite, j'ai comparé les différents flux radiatifs obtenus à partir de 2 simulations. Voici le lien vers les résultats obtenus :

A partir de ces simulations de référence, j'ai également tourné 2 simulations avec le doublement de la concentration de CO2. Voici quelques résultats obtenus à partir de ces simulation :

    • SW and LW downward and upward radiation :
    • SW and LW upward and downward at Surface :
    • SW and LW upward and downward at TOA :

 

Comparaison online-offline :

 Pour comparer les résultats obtenus à partir des simulations online et offline avec le code ECRAD, j'ai utilisé la démarche ci-après.

J'ai tourné une première simulation online en utilisant le code ECRAD. Dans cette simulation, l'ajout des tendance physiques aux champs climatiques est désactivé. Au cours de cette simulation, ces champs climatiques ainsi que les flux radiatifs sont stockés en sortie. Ensuite ces champs sont adaptés et utilisés pour tourner une simulation avec ECRAD offfline. Les flux radiatifs obtenus à partir des 2 simulations sont comparés.

Travaux en cours ou à venir

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