Influence de la circulation atmosphérique tropicale sur les ondes stationnaires extratropicales Hervé Douville CNRM/GMGEC/VDR http://www.cnrm.meteo.fr/ircaam/ Remerciements: S. Bielli, M. Déqué, N. Hall, L. Li, S. Tyteca, A. Voldoire Prévisibilité du Climat Tropical, Toulouse, 1-3 Juin 2010
2 Motivation: Prévisibilité climatique Quelle est la contribution des Tropiques dans «l échec relatif» des prévisions saisonnières extratropicales, notamment en été? http://www.ecmwf.int
3 Motivation: prévisibilité des événements extrêmes Black & Sutton, 2006 Quel est le rôle des téléconnexions tropicales (Indien, Atlantique, Sahel) vs des facteurs régionaux (SST Méditerranée, humidité du sol) dans la canicule 2003?
4 Méthodologie: Nudging en point de grille δx/δt = D(X) + P(X) λ(x-xref) ERA40 Le coefficient de rappel λ varie selon: la variable (plus fort pour U et V que pour T et q) x,y,z: masque 2D + profil vertical l échelle spatiale (en spectral) ou temporelle (filtrage préalable des ré-analyses ERA40) => outil intéressant pour étudier les interactions d échelles Applications (domaine de nudging): Tropical (IRCAAM, Bielli et al. 2009, Douville et al. 2010) Stratosphérique (Douville et al. 2009, Saint-Martin et al. 2010) Hors Afrique de l Ouest (AMMA, Pohl et al. 2010)
5 Méthodologie: 4 domaines de nudging Tr As Af Am
6 Méthodologie: matrice des simulations (DD:domaine / XX:type de nudging) Nudging SST No (Ct) Case study (YY) 1971-2000 (IV) Climatol. (Cl) 1x30 ans CtCl DDXXYYCl DDXXIVCl Case study (YY) CtYY DDXXYYYY 1971-2000 (IV) 1x30 ans CtIV CMO CtML DDXXYYML DDXXIVML Soil nudging CtCC DDXXYYCC DDXXIVCC DDXXIVIV
7 Etude de cas JJAS 2003: SST et OLR JJAS HadSST ( C) and NOAA OLR (W/m²) climatology and 2003 anomalies
8 Réponse du Z500*: CNRM vs LMD (SST clim.) JJAS Tr Am As Af
9 SST forcing vs Tr nudging: CNRM vs LMD JJAS 2003 Z500* ECMWF Contrôle Obs SST Nudging Clim SST Nudging Obs SST
10 SST forcing vs Tr nudging: CNRM vs LMD JJAS 1994 Z500* ERA40 Contrôle Obs SST Nudging Clim SST Nudging Obs SST
11 SST forcing vs Tr nudging: CNRM & LMD JJAS 2000 Z200 ERA40 Contrôle Obs SST Nudging Clim SST Nudging Obs SST
12 Processus dynamiques: Merci Nick!
13 Scores JJAS Z500* (NE) Tr nudging Spatial ACC of ensemble mean eddy Z500 anomalies over the northern extratropics against ERA40 and ECMWF data for each summer season simulated by the CNRM (stars) and LMDZ (solid lines) models. Black: No nudging & observed SST. Blue: Nudging & observed SST. Red: Nudging & climatological SST (Douville et al. 2010, en préparation).
14 Conclusions sur l impact du nudging tropical Le nudging tropical contraint fortement la climatologie (non montré) et la variabilité interannuelle des ondes stationnaires extra-tropicales, aussi bien au Nord qu au Sud (non montré) et dans ARPEGE-Climat que dans LMDZ. Un modèle atmosphérique simplifié et linéarisé autour d un état de base climatologique permet de reproduire en partie la réponse des MCGs et suggère une sensibilité modérée à l état de base => améliorer la climatologie n est pas la panacée pour améliorer les téléconnexions tropiques-extratropiques. L amélioration de la prévision saisonnière aux moyennes latitudes passe en (grande?) partie par une meilleure simulation des anomalies de circulation tropicale. Les SST extratropicales jouent un rôle secondaire (en dehors de la CLA) mais peuvent amplifier régionalement la réponse des ondes stationnaires (Bielli et al. 2010, en préparation). L humidité des sols (en été) peut également exercer un forçage et/ou feedback non négligeable à l échelle régionale.
15 Perspectives (1) Elargir à d autre saisons (e.g. hiver) et à d autres sources de prévisibilité (e.g. stratosphère)? Douville, WGNE Blue Book, 2010
16 Perspectives (2) Elargir à la variabilité intra-saisonnière et à l influence des extratropiques sur la variabilité tropicale NB: Possibilité de sélection d échelles via le nudging vers des réanalyses filtrées vs brutes Influence de l intra-saisonnier tropical (MJO) sur la variabilité extratropicale hivernale (e.g. L heureux et Higgins 2007, Lin et al. 2008, Cassou 2009) Lien entre variabilité sur l Europe et «Heat Low» ou AEW sur l Afrique (Thèses R. Roerhig & S. Leroux) Lien entre variabilité extra-tropicale sur l Eurasie et breaks de la mousson Indienne (projet CEFIPRA proposé par G. Bellon & R. Krishnan)
17 Perspectives (3) Vers une vision «globale» de la prévisibilité climatique??? Vortex stratosphérique polaire Atl. Nord Eurasie WAM SAM Atl. Trop. Indien QBO Pacif. Nord ENSO Am. N
18 Perspectives (4) Le nudging atmosphérique comme outil de compréhension des biais systématiques et des incertitudes quant à la réponse aux forçages anthropiques dans les modèles couplés OA? Multi-model annual mean precipitation change
19 Publications (IRCAAM et un peu au delà) Bielli S., H. Douville, B. Pohl (2009) Understanding the West African monsoon variability and its remote effects: an illustration of the grid point nudging methodology. Clim. Dyn., doi:10.1007/s00382-009-0667-8 Bielli. S., C. Cassou, H. Douville (2010) Influence of tropical circulation on the summer 2003 heat wave over Europe. (en préparation) Douville H., S. Bielli, C. Cassou, M. Déqué, N. Hall, S. Tyteca, A. Voldoire (2010) Tropical influence on boreal summer mid-latitude stationary waves. Clim. Dyn. (soumis) Douville H., S. Bielli, L. Li (2010) Boreal summer stationary wave variability: Assessment of tropical forcing in two atmospheric GCMs. GRL (en préparation) Douville H. (2009) Relative influence of tropical troposphere and extratropical stratosphere on Northern Hemisphere winter climate variability. GRL, 36, L18703, doi:10.1029/2009gl039334 Hall N., H. Douville, L. Li (2010) Simulations of GCM nudging experiments with a simple dynamical model. (en préparation) Pohl B., H. Douville (2010) Diagnosing GCM errors over West Africa using relaxation experiments Part I: climatology, interannual variability and sensitivity to surface conditions. Climate Dyn. (soumis) Saint-Martin D., D. Cariolle, H. Douville (2010) Sensitivity of the northern hemisphere winter circulation to the equatorial stratosphere. Climate Dyn. (soumis)