Les processus dynamiques
Le climat de la Terre est aussi déterminé par la façon dont les vents et les courants marins transportent la chaleur reçue en excès dans les régions équatoriales vers les régions polaires. Vents et courant ne vont pas directement de l’équateur aux pôles. La rotation de la Terre infléchit leurs trajectoires, créant tourbillons océaniques, anti-cyclones et dépression atmosphériques, et rendant la circulation des enveloppes fluides de la Terre très complexe.
Les modèles décrivent de manière explicite les processus dynamiques relatifs à la circulation à grande échelle de l’atmosphère et de l’océan. Les équations de la mécanique des fluides (équations de Navier-Stokes) sont appliquées à des fluides qui constituent une couche très mince autour de la Terre, et qui sont aussi caractérisés à la fois par une stratification en densité et par l’influence de la rotation de la planète.
La plupart des modèles climatiques utilisent une approximation adaptée à la grande échelle climatique (approximation hydrostatique) qui rend la formulation des modèles climatiques différente de celles des modèles locaux ou régionaux de circulation atmosphérique ou océanique. Dans ces derniers, les mouvements verticaux violents de l’atmosphère, non-hydrostatiques, ne sont plus paramétrés (voir ci-dessous), mais explicitement résolus. Avec l’augmentation de la puissance des ordinateurs, les échelles résolues par les modèles de climat se rapprochent progressivement de l’échelle régionale, et certains modèles climatiques sont désormais déjà écrits de manière directe dans une formulation non-hydrostatique.
Plusieurs méthodes de résolution des équations coexistent dans la communauté (différences finies, volumes finis, méthodes spectrales, , …) et d’autres, connues depuis longtemps, ont commencé à être utilisées plus récemment (éléments spectraux, grille icosaédrique, projection cubique, grilles déstructurées …).
Depuis plusieurs années le couplage des modèles atmosphériques et océaniques, permettant de décrire les interactions entre l’évolution de ces deux fluides est aussi devenu une réalité relativement bien maîtrisée dans un grand nombre de laboratoires. D’autres modélisation se sont développées en parallèle. Elles concernent les glaciers et les grandes calottes de glace, la glace de mer, les sols continentaux, avec la végétation qu’ils portent et l’hydrologie associée, et les cycles d’éléments qui conditionnent la composition chimique de l’atmosphère, tels que le carbone ou l’azote. Tous ces systèmes sont influencés par le climat, et l’influence en retour. Pour appréhender le climat dans toute sa complexité, on se dirige vers des modèles de plus en plus complexes que l’on appelle « modèles du système Terre » (Figure 2), qui à partir d’un modèle océan et atmosphère intègrent petit à petit les éléments précédents. Ces modèles nous permettent de mieux comprendre les interactions entre toutes les composantes du système climatique. Ils s’appuient sur l’apparition d’une nouvelle discipline scientifique, centrée sur l’étude des interactions entre les différentes composantes du système.
Les modèles décrivent de manière explicite les processus dynamiques relatifs à la circulation à grande échelle de l’atmosphère et de l’océan. Les équations de la mécanique des fluides (équations de Navier-Stokes) sont appliquées à des fluides qui constituent une couche très mince autour de la Terre, et qui sont aussi caractérisés à la fois par une stratification en densité et par l’influence de la rotation de la planète.
La plupart des modèles climatiques utilisent une approximation adaptée à la grande échelle climatique (approximation hydrostatique) qui rend la formulation des modèles climatiques différente de celles des modèles locaux ou régionaux de circulation atmosphérique ou océanique. Dans ces derniers, les mouvements verticaux violents de l’atmosphère, non-hydrostatiques, ne sont plus paramétrés (voir ci-dessous), mais explicitement résolus. Avec l’augmentation de la puissance des ordinateurs, les échelles résolues par les modèles de climat se rapprochent progressivement de l’échelle régionale, et certains modèles climatiques sont désormais déjà écrits de manière directe dans une formulation non-hydrostatique.
Plusieurs méthodes de résolution des équations coexistent dans la communauté (différences finies, volumes finis, méthodes spectrales, , …) et d’autres, connues depuis longtemps, ont commencé à être utilisées plus récemment (éléments spectraux, grille icosaédrique, projection cubique, grilles déstructurées …).
Depuis plusieurs années le couplage des modèles atmosphériques et océaniques, permettant de décrire les interactions entre l’évolution de ces deux fluides est aussi devenu une réalité relativement bien maîtrisée dans un grand nombre de laboratoires. D’autres modélisation se sont développées en parallèle. Elles concernent les glaciers et les grandes calottes de glace, la glace de mer, les sols continentaux, avec la végétation qu’ils portent et l’hydrologie associée, et les cycles d’éléments qui conditionnent la composition chimique de l’atmosphère, tels que le carbone ou l’azote. Tous ces systèmes sont influencés par le climat, et l’influence en retour. Pour appréhender le climat dans toute sa complexité, on se dirige vers des modèles de plus en plus complexes que l’on appelle « modèles du système Terre » (Figure 2), qui à partir d’un modèle océan et atmosphère intègrent petit à petit les éléments précédents. Ces modèles nous permettent de mieux comprendre les interactions entre toutes les composantes du système climatique. Ils s’appuient sur l’apparition d’une nouvelle discipline scientifique, centrée sur l’étude des interactions entre les différentes composantes du système.
