Résolution spatiale optimale pour modéliser l'inlandsis du Groenland

Abstract

Le bilan de masse (BM) d’un inlandsis sert à déterminer son état de fonte et il peut être estimé par modélisation climatique. Les modèles de calotte glaciaire (MCG) régissent la dynamique glaciaire, mais la surface de la calotte doit être forcée pour tenir compte de l’interaction entre la calotte et l’atmosphère. Cette interaction est résolue de manière plus précise par les modèles climatiques. Cette précision augmente encore si on utilise des modèles climatiques régionaux (RCM). En ciblant une superficie plus réduite, ils sont spécialisés pour résoudre les processus physiques spécifiques à la région en question. Cependant dans les régions polaires, la topographie et l’étendue de glace sont fixes dans les RCM. Or, celles-ci varient en fonction de la dynamique glaciaire. Par ailleurs, le bilan de masse en surface (BMS) doit forcer les MCG mais souvent, ce forçage est réalisé par des données de modèles de surface simples. Un couplage entre un RCM résolvant le bilan d’énergie à la surface du manteau neigeux (comme MAR), et un MCG (comme f.ETISh) devrait donc être bénéfique pour les deux modèles. Dans la perspective d’un couplage futur entre MAR et f.ETISh, nous avons réalisé 9 simulations f.ETISh forcées par le BMS et la température en surface issus de simulations MAR réalisées à 9 résolutions spatiales différentes (10-100 km) sur la période 1980 – 2015. L’objectif était d’isoler une simulation MAR utilisant une résolution la plus basse possible, pour forcer f.ETISh qui allie justesse des résultats et temps de calcul réduit. L’analyse spatiale des BMS annuels moyens venant de simulations MAR à différentes résolutions spatiales montre que les résultats à basse résolution surestiment le BMS, notamment dans le sud-est de l’île, par rapport aux résultats à haute résolution. Cela s’explique par une surestimation des précipitations modélisées par MAR à basse résolution causée par une mauvaise représentation des reliefs le long des côtes. Une technique ayant pour but de mieux répartir les précipitations sur l’inlandsis en fonction de la distance de la côte a été mise au point. L’objectif était que la répartition des précipitations à basse résolution se rapproche le plus possible de celle à haute résolution. La simulation à une résolution de 30 km pour les données MAR est un bon compromis entre justesse des résultats et temps de calcul. En effet, les résolutions plus fines n’améliorent pas significativement les résultats f.ETISh. Les expériences de correction de la répartition des précipitations montrent que la prise en compte de la distance de la côte n'est pas suffisante pour mieux répartir les précipitations à basse résolution. D’autres facteurs, comme la provenance des masses d’air amenant les précipitations, devraient être considérés.

The mass balance (MB) of an ice sheet is used to characterize its melting state and can be computed by climate model. Ice sheet models (ISM) determine ice dynamic, but need forcing fields in order to take into account the interactions between the ice sheet and the atmosphere. These interactions are resolved more precisely by climate models and regional climate models (RCM) in particular. As they are run over a limited area, their physics can be calibrated to solve processes that are specific to the region of interest. In polar regions, the topography and ice extent are fixed in RCMs. However, both vary with ice dynamic. On the other hand, surface mass balance (SMB) needs to be forced in ISMs but often comes from simple surface models. A coupling between RCM explicitly solving the energy balance at the surface of the snow pack (such as MAR) and an ISM (such as f.ETISh) would therefore be beneficial for both models. With the aim of coupling f.ETISh and MAR, 9 f.ETISh simulations have been run with SMB and near-surface temperature forcing fields coming from MAR simulations run at 9 different spatial resolutions (10-100 km) during the period 1980 – 2015. The aim is to isolated one MAR simulation using the lowest resolution possible to force f.ETISh which combine relevant results and lowered calculation time. The spatial analysis of mean annual SMB from MAR simulations at different resolutions shows that low resolution results overestimate SMB compared to high resolution results, especially in the south-east of the island. It can be explained by an overestimation of the modeled precipitation by MAR at low resolutions caused by a misrepresentation of the landforms along the coast. A method has been developed to better distribute precipitation on the Greenland ice sheet as a function of the distance from the coast so that the distribution of the low resolution precipitation pattern would be similar to the high resolution one. We show that a 30 km resolution for MAR outputs is the best trade-off between relevant f.ETISh results and calculation time. Indeed, with finer resolutions, f.ETISh results are not significantly improved anymore. Precipitation distribution correcting experiments at low resolution show that it is not sufficient to only consider the distance from coast to correct it and other factors should be taken into account for the correction, like the origin of air masses which bring precipitation.