SURFEX

SURFEX (Surface Externalisée) est la plateforme de modélisation de surface développée par Météo-France (plus d’info ici), résultat de l’externalisation des paramétrisations physiques de surface, de la préparation des paramètres spécifiques de surface requis par ces schémas physiques ainsi que l’initialisation de leurs variables d’état. SURFEX, qui rassemble l’ensemble des développements et améliorations apportés aux schémas de surface afin de les rendre disponibles au plus grand nombre, est conçu pour être couplé à des modèles atmosphériques et hydrologiques. Il inclut des modèles indépendants comme le modèle de surfaces continentales ISBA et son option carbone, TEB pour les zones urbanisées et FLake pour les lacs.

A chaque pas de temps du modèle couplé surface-atmosphère, chaque point de grille est soumis aux champs atmosphériques suivants : la température, l’humidité spécifique, les composantes horizontales du vent, la pression, les précipitations totales, les rayonnements infrarouge et solaires direct et diffus et optionnellement les concentrations en espèces chimiques ou en poussière. Surfex, pour sa part, calcule les flux moyens de quantité de mouvement, de chaleur sensible, de chaleur latente et optionnellement les flux d’espèces chimiques ou de poussières puis transmet l’ensemble de ces variables à l’atmosphère de même que la température radiative de surface, les albedos de surface direct et diffus ainsi que l’émissivité de surface. Cette information est ensuite utilisée comme conditions à la limite inférieure par les schémas de rayonnement et de turbulence du modèle atmosphérique :

Dans Surfex, chaque point de grille du modèle est représenté par quatre types de surface : mer ou océan, lacs, zones urbaines et nature (sol et végétation). La surface occupée par chacune d’elle est obtenue grâce à la base de données ECOCLIMAP (Masson et al. 2003), qui combine des cartes d’occupation des terres avec de l’information satellite. Chaque type de surface est modélisé avec un modèle spécifique et le flux total pour un point de grille est la moyenne pondérée des flux des quatre surfaces.

Le modèle ISBA (plus de détails ici) calcule les échanges d’énergie et d’eau entre le continuum sol-végétation-neige et l’atmosphère. Dans sa version originale, l’évapotranspiration de la végétation est contrôlée par une résistance comme proposé par Jarvis (1976). Le modèle ISBA-A-gs (Calvet 1998) inclut un modèle de photosynthèse simplifié ou l’évaporation est contrôlée par l’ouverture des stomates, partie des feuilles qui régule l’équilibre entre la transpiration et l’assimilation du CO2.

Le modèle TEB (plus de détails ici) est basé sur le concept de canyon (Oke 1987), ou une ville est représentée par un toit, une rue et deux murs se faisant face et ayant des caractéristiques déterminantes pour le calcul du bilan d’énergie dans la ville. En particulier, le modèle prend en compte le piégeage d’une fraction des rayonnements incidents solaire et infrarouge par le canyon.

Les échanges d’énergie entre les surface d’eau et l’atmosphère peuvent être traitées de façon très simple ou en utilisant des modèle plus physiques et complexes. Deux possibilités existent pour le calcul des flux au dessus des surface marines. La plus simple consiste à utiliser l’approche de Charnock pour calculer une longueur de rugosité, puis les flux en imposant une température de surface constante lors de la période de simulation. L’autre méthode consiste à utiliser un modèle unidimensionnel pour simuler de façon plus précise l’évolution temporelle de la température de surface de la mer et les flux à l’interface terre/mer. Ce modèle basé sur Gaspar (1990) est très utile à méso-échelle pour représenter le cycle diurne de la SST (Lebeaupin 2006).

Une meilleure restitution de la température de surface et par conséquent des flux de surface associés sont aussi les principaux bénéfices liés à l’utilisation du modèle de lacs FLake. FLake est basé sur une représentation paramétrique à deux niveaux de l’évolution du profil de température et de bilan intégral de chaleur et d’énergie cinétique pour ces deux couches.