Le National Center for Atmospheric Research (NCAR) a publié une version mise à jour de son modèle climatique phare pour inclure une foule de nouvelles capacités, d'une représentation beaucoup plus réaliste de l'évolution de la calotte glaciaire du Groenland à la capacité de modéliser en détail comment les cultures interagissent avec le système terrestre plus vaste à l'ajout de vagues poussées par le vent à la surface de l'océan du modèle.

Le Community Earth System Model version 2 (CESM2) est un modèle informatique communautaire open source largement financé par la National Science Foundation, qui est le sponsor de NCAR, et l'Office of Science du Département de l'énergie des États-Unis.

Publié publiquement la semaine dernière, CESM2 s'appuie sur une succession de modèles climatiques, chaque tranchant pour sa journée, remontant à des décennies jusqu'à une époque où leur logiciel ne simulait que la circulation atmosphérique. Par comparaison, CESM2 inclut les interactions entre le territoire, océan, atmosphère, glace terrestre, et la glace de mer, représentant les nombreuses façons importantes dont les différentes parties du système terrestre interagissent.

« L'éventail des questions scientifiques que nous pouvons aborder s'est considérablement élargi ; c'est très excitant pour moi, " a déclaré Jean-François Lamarque, qui a dirigé l'effort de développement de CESM2 jusqu'à récemment. "Chaque fois que nous publions un nouveau modèle, nous fournissons un meilleur outil pour faire la science. C'est un outil plus compliqué, mais le monde est très compliqué."

Les nouvelles capacités de CESM2 incluent :

• Un composant de modèle atmosphérique qui intègre des améliorations significatives à ses représentations de turbulence et de convection, qui ouvrent la voie à une analyse de l'impact de ces processus à petite échelle sur le climat.
• Amélioration de la capacité à simuler des modes de variabilité tropicale qui peuvent s'étendre sur les saisons et affecter les modèles météorologiques mondiaux, y compris des précipitations extrêmes sur l'ouest des États-Unis. Ces représentations plus réalistes permettront aux chercheurs de mieux comprendre ces liens et pourraient conduire à de meilleures prévisions saisonnières.
• Un composant de modèle de calotte glaciaire pour le Groenland qui peut simuler la manière complexe dont la calotte glaciaire se déplace (lente au milieu et beaucoup plus rapide près de la côte) et simule mieux le vêlage de la glace dans l'océan.
• Un composant de modèle de culture mondiale qui peut simuler à la fois comment les terres cultivées affectent le climat régional, y compris les impacts de l'augmentation de l'irrigation, et comment le changement climatique affectera la productivité des cultures. Le composant permet également aux scientifiques d'explorer les impacts d'une utilisation accrue d'engrais et d'une plus grande concentration de dioxyde de carbone atmosphérique, qui peut stimuler la croissance des plantes.
• Un composant de modèle de vague qui simule la façon dont le vent crée des vagues sur l'océan, un mécanisme important pour le mélange de la partie supérieure de l'océan, ce qui à son tour affecte la façon dont le modèle représente les températures de surface de la mer.
• Un composant de modèle de rivière mis à jour qui simule les écoulements de surface à travers les collines et dans les affluents avant d'entrer dans le chenal principal de la rivière. Il simule également la vitesse de l'eau lorsqu'elle se déplace dans le canal, avec la profondeur de l'eau.
• Un nouvel ensemble d'utilitaires d'infrastructure qui offrent de nombreuses nouvelles fonctionnalités pour une portabilité plus facile, génération de cas et personnalisation des utilisateurs, tester la fonctionnalité, et une robustesse et une flexibilité considérablement accrues.

Une liste complète des mises à jour avec des descriptions plus techniques est disponible sur http://www.cesm.ucar.edu/models/cesm2/whatsnew.html.

Animé par la communauté, continuellement amélioré

Les travaux sur CESM2 ont commencé sérieusement il y a environ cinq ans, mais les scientifiques ont commencé à bricoler pour améliorer le modèle dès la sortie de CESM1 en 2010. Ce n'est pas différent avec CESM2.

"Nous avons déjà commencé à réfléchir à ce que nous pouvons améliorer pour CESM3, " dit Lamarque. " Nous savons, par exemple, que nous voulons améliorer le modèle océanique pour élargir le type de questions scientifiques auxquelles il peut être utilisé pour répondre. »

La collaboration et la contribution de la communauté scientifique du système terrestre au sens large ont toujours été au cœur du développement de modèles complexes facilité par le NCAR. Par exemple, la composante modèle terrestre du nouveau CESM2 a fait appel à l'expertise de plus de 50 chercheurs de 16 institutions différentes.

CESM, qui est disponible gratuitement, est un outil important pour les chercheurs en sciences du système terrestre aux États-Unis et dans le monde qui étudient tout, de la prévisibilité des sécheresses saisonnières à l'accélération de l'élévation du niveau de la mer. Le modèle basé sur le NCAR est l'un d'une douzaine de modèles climatiques de premier plan dans le monde que les scientifiques utilisent pour rechercher le changement climatique et contribuer ce qu'ils trouvent au Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat.

Parce que le système Terre est si compliqué, et les ressources informatiques sont si limitées, les modèles informatiques utilisés pour simuler le comportement du climat terrestre utilisent un mélange d'équations qui représentent réellement la physique, la biologie, et la chimie derrière les processus qui se déroulent dans le système terrestre - de l'évaporation à la formation d'ozone en passant par la déforestation et la fonte des glaces de mer - et les "paramétrisations, " qui simplifient les processus à petite échelle et évaluent leurs impacts.

"CESM2 représente beaucoup plus de la physique que les modèles précédents, et nous en faisons un bien meilleur travail, " a déclaré le scientifique en chef du CESM Gokhan Danabasoglu, qui dirige maintenant l'effort de développement du modèle. « Il existe de nombreuses nouvelles fonctionnalités dans tous les modèles de composants ainsi que des améliorations significatives de l'infrastructure pour la flexibilité et une portabilité plus facile. »

Ces équations améliorées permettent au modèle de reproduire encore mieux le monde réel.

"Le modèle est notre laboratoire - le seul laboratoire que nous ayons pour étudier le climat, " Lamarque a déclaré. " Donc, il doit être suffisamment proche du monde réel pour être pertinent. "