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En quoi les modèles climatiques diffèrent des modèles météos...
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Paul Aubrin
2017-06-04 17:21:22 UTC
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Raw Message
Une traduction rapide d'un article qui explique pourquoi les modèles
climatiques devraient reposer sur la modélisation des océans plutôt que
celle de l'atmosphère, dans le cas des modèles météo.

Le vrai climat souffre d'une perception nébuleuse par Henk Tennekes

Roger Pielke Sr. m'a aimablement invité à ajouter ma perspective à la
discussion qu'il a eu avec Gavin Schmidt à Real Climate. Si ce n'était
une affaire aussi sérieuse, je me serais volontiers amusé du manque de
connaissance de Gavin des différences entre les modèles climatiques et
les modèles météorologiques. Dans la pratique, j'en suis épouvanté. Gavin
devrait retourner au collège.

Un modèle météo traite de l'atmosphère. Les lents processus océaniques,
la biosphère et les activités humaines peuvent être ignorées ou
représentées par des paramétrisations grossières. Cette stratégie a été
très fructueuse. La communauté confraternelle des modélistes de
l'atmosphère a pris l'avantage d'une façon appropriée, et a mené la
communauté des modélisateurs du climat. Soutenus par un système
d'observation bien plus avancé que ceux des océans ou des autres parties
du système climatique, ils ont exploité leur position de leaders autant
qu'ils l'on pu. Pour eux, c'est une coïncidence fortunée que les systèmes
synoptiques dominants de l'atmosphère aient des tailles de l'ordre de
centaines de kilomètres, de sorte que les approximations des
paramétrisations et le réseau d'observation, qui inclus les satellites
météorologiques, n'empêchent pas de faire des prévisions significatives
avec plusieurs jours d'anticipation.

Un modèle climatique, en revanche, doit prendre en compte le système
climatique en entier, ce qui inclut les océans. Les océans, et ses temps
de réponse longs, constitue le composant crucial du système climatique.
Crucial parce que c'est là que l'essentiel de la chaleur accessible
stockée dans le système se trouve. Les météorologistes ont tendance à
oublier que quelques mètres d'eau contiennent autant de chaleur que
l'atmosphère tout entière. D'autre part, les océans sont la principale
source de vapeur d'eau ce qui rend la dynamique de l'atmosphère à la fois
intéressante et singulièrement compliquée. Pour ces raisons, et bien
d'autres, une représentation explicite des océans devrait être au coeur
de n'importe quel modèle climatique qui se respecte.

Cependant, le système d'observation des océans est primitif comparé à
celui de l'atmosphère. Les satellites qui suivent se qui se produit sous
la surface des océans ont des résolutions spatiales et temporelles
limitées. De même, l'échelle des mouvement synoptiques dans les océans
est bien plus faible que celle des cyclones dans l'atmosphère, ce qui
requiert une résolution spatiale des modèles numériques et des
observations bien au delà des capacités du système d'observation actuel
et des capacités des super-calculateurs. Nous ne pouvons pas observer,
par exemple, la structure de température verticale et horizontale, la
salinité et les mouvements tourbillonnaires dans le Gulf Stream en temps
réel avec un détail suffisant, et nous ne pouvons pas les modéliser au
niveau de détail suffisant en raison des limitations des ordinateurs.
Comment pouvons nous donc compter sur les résultats des calculs de leur
contribution aux changements multi-décadals dans le transport méridional
de la chaleur? Est que les paramétrisations grossières utilisées dans la
pratique sont à la hauteur pour prendre en compte la tâche de prédire les
processus physiques à l'oeuvre dans les océans avec dix ans
d'anticipation? Mon avis est qu'on ne le peut pas.

Comme la quantité de chaleur stockée et transportée dans les océans est
cruciale pour la dynamique du système climatique, mais ne peut pas être
convenablement observé et modélisée, l'on a à admettre que les
prétentions relatives au capacités prédictives des modèles climatiques
sont construites sur des sables mouvants. Les modélisateurs du climat qui
annoncent une capacité de prédiction s'étendant sur des dizaines d'années
opèrent en pleine fantaisie, là où ils ont à jongler avec les multiples
réglages des paramétrisations pour produire des résultats qui aient
quelque semblant de véracité. Des bases assurées? Oubliez!

Gavin Schmidt n'est pas le seul météorologue qui ait une perception
inadéquate du rôle des océans dans le système climatique. Dans mon blog
du 24 juin 2008 <http://climatesci.org/2008/06/24/seamless-prediction-
systems-by-hendrik-tennekes/> j'adresse la perception limitée qu'au moins
un autre modélisateur semble avoir. Quelques lignes de cet essai méritent
d'être reproduites ici. En réponse à un papier de Tim Palmer de l'ECMWF,
j'ai écrit:
"Palmer et al. semblent oublier que, bien que la prévision météorologique
soit fondée sur la rapide succession des événements atmosphériques, la
prévision climatique doit se focaliser sur la lente évolution de
l'utilisation des sols et de la végétations. Dans l'évolution de la lente
copie (pour emprunter un terme de Ed. Lorenz) l'atmosphère agit
principalement comme un bruit stochastique à haute fréquence. Si j'étais
jeune, je tenterais de construire un modèle climatique conceptuel basé
sur une représentation déterministe des océans et un représentation
stochastique de l'activité synoptique de l'atmosphère.

De mon point de vue, ce n'est pas peu inquiétant que la génération
actuelle des modèles climatiques ne soit pas en mesure de simuler des
phénomènes aussi fondamentaux que l'oscillation décadale du Pacifique. Je
n'aurai confiance dans aucun modèle climatique tant qu'il ne seront pas
en mesure de reproduire avec exactitude l'océan pacifique et d'autres
processus lents de la circulation océanique. Et même si cela devait
arriver, je resterais sceptique sur le potentiel de prévision de tels
modèles sur des dizaines d'années dans l'avenir.
Nicolas Krebs
2017-06-04 17:51:13 UTC
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Raw Message
Post by Paul Aubrin
Henk Tennekes
Excellent !
Paul Aubrin
2017-06-04 18:44:30 UTC
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Raw Message
Post by Nicolas Krebs
Post by Paul Aubrin
Henk Tennekes
Excellent !
Ca a l'air d'être un homme remarquable: irecteur de recherche à
l'institut de météorologie des Pays Bas (KNMI), professeur d'ingénierie
aéronautique à l'université de Pennsylvanie. Il est connu pour ses
travaux dans le domaine de la turbulence et les prévision multi-modales.
C'est l'auteur de livres de cours dont "un premier cours sur la
turbulence" qui est un classique.

https://www.scribd.com/document/230876158/A-First-Course-in-Turbulence-
Tennekes-H-Lumley-J-L
l***@wanadoo.fr
2017-06-04 18:48:53 UTC
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Raw Message
Post by Paul Aubrin
Une traduction rapide d'un article qui explique pourquoi les modèles
climatiques devraient reposer sur la modélisation des océans plutôt que
celle de l'atmosphère, dans le cas des modèles météo.
Le vrai climat souffre d'une perception nébuleuse par Henk Tennekes
Roger Pielke Sr. m'a aimablement invité à ajouter ma perspective à la
discussion qu'il a eu avec Gavin Schmidt à Real Climate. Si ce n'était
une affaire aussi sérieuse, je me serais volontiers amusé du manque de
connaissance de Gavin des différences entre les modèles climatiques et
les modèles météorologiques. Dans la pratique, j'en suis épouvanté. Gavin
devrait retourner au collège.
Un modèle météo traite de l'atmosphère. Les lents processus océaniques,
la biosphère et les activités humaines peuvent être ignorées ou
représentées par des paramétrisations grossières. Cette stratégie a été
très fructueuse. La communauté confraternelle des modélistes de
l'atmosphère a pris l'avantage d'une façon appropriée, et a mené la
communauté des modélisateurs du climat. Soutenus par un système
d'observation bien plus avancé que ceux des océans ou des autres parties
du système climatique, ils ont exploité leur position de leaders autant
qu'ils l'on pu. Pour eux, c'est une coïncidence fortunée que les systèmes
synoptiques dominants de l'atmosphère aient des tailles de l'ordre de
centaines de kilomètres, de sorte que les approximations des
paramétrisations et le réseau d'observation, qui inclus les satellites
météorologiques, n'empêchent pas de faire des prévisions significatives
avec plusieurs jours d'anticipation.
Un modèle climatique, en revanche, doit prendre en compte le système
climatique en entier, ce qui inclut les océans. Les océans, et ses temps
de réponse longs, constitue le composant crucial du système climatique.
Crucial parce que c'est là que l'essentiel de la chaleur accessible
stockée dans le système se trouve. Les météorologistes ont tendance à
oublier que quelques mètres d'eau contiennent autant de chaleur que
l'atmosphère tout entière. D'autre part, les océans sont la principale
source de vapeur d'eau ce qui rend la dynamique de l'atmosphère à la fois
intéressante et singulièrement compliquée. Pour ces raisons, et bien
d'autres, une représentation explicite des océans devrait être au coeur
de n'importe quel modèle climatique qui se respecte.
Cependant, le système d'observation des océans est primitif comparé à
celui de l'atmosphère. Les satellites qui suivent se qui se produit sous
la surface des océans ont des résolutions spatiales et temporelles
limitées. De même, l'échelle des mouvement synoptiques dans les océans
est bien plus faible que celle des cyclones dans l'atmosphère, ce qui
requiert une résolution spatiale des modèles numériques et des
observations bien au delà des capacités du système d'observation actuel
et des capacités des super-calculateurs. Nous ne pouvons pas observer,
par exemple, la structure de température verticale et horizontale, la
salinité et les mouvements tourbillonnaires dans le Gulf Stream en temps
réel avec un détail suffisant, et nous ne pouvons pas les modéliser au
niveau de détail suffisant en raison des limitations des ordinateurs.
Comment pouvons nous donc compter sur les résultats des calculs de leur
contribution aux changements multi-décadals dans le transport méridional
de la chaleur? Est que les paramétrisations grossières utilisées dans la
pratique sont à la hauteur pour prendre en compte la tâche de prédire les
processus physiques à l'oeuvre dans les océans avec dix ans
d'anticipation? Mon avis est qu'on ne le peut pas.
Comme la quantité de chaleur stockée et transportée dans les océans est
cruciale pour la dynamique du système climatique, mais ne peut pas être
convenablement observé et modélisée, l'on a à admettre que les
prétentions relatives au capacités prédictives des modèles climatiques
sont construites sur des sables mouvants. Les modélisateurs du climat qui
annoncent une capacité de prédiction s'étendant sur des dizaines d'années
opèrent en pleine fantaisie, là où ils ont à jongler avec les multiples
réglages des paramétrisations pour produire des résultats qui aient
quelque semblant de véracité. Des bases assurées? Oubliez!
Gavin Schmidt n'est pas le seul météorologue qui ait une perception
inadéquate du rôle des océans dans le système climatique. Dans mon blog
du 24 juin 2008 <http://climatesci.org/2008/06/24/seamless-prediction-
systems-by-hendrik-tennekes/> j'adresse la perception limitée qu'au moins
un autre modélisateur semble avoir. Quelques lignes de cet essai méritent
d'être reproduites ici. En réponse à un papier de Tim Palmer de l'ECMWF,
"Palmer et al. semblent oublier que, bien que la prévision météorologique
soit fondée sur la rapide succession des événements atmosphériques, la
prévision climatique doit se focaliser sur la lente évolution de
l'utilisation des sols et de la végétations. Dans l'évolution de la lente
copie (pour emprunter un terme de Ed. Lorenz) l'atmosphère agit
principalement comme un bruit stochastique à haute fréquence. Si j'étais
jeune, je tenterais de construire un modèle climatique conceptuel basé
sur une représentation déterministe des océans et un représentation
stochastique de l'activité synoptique de l'atmosphère.
De mon point de vue, ce n'est pas peu inquiétant que la génération
actuelle des modèles climatiques ne soit pas en mesure de simuler des
phénomènes aussi fondamentaux que l'oscillation décadale du Pacifique. Je
n'aurai confiance dans aucun modèle climatique tant qu'il ne seront pas
en mesure de reproduire avec exactitude l'océan pacifique et d'autres
processus lents de la circulation océanique. Et même si cela devait
arriver, je resterais sceptique sur le potentiel de prévision de tels
modèles sur des dizaines d'années dans l'avenir.
les deux Pielke, père et fils c'est du très, très solide
--
L.C.
l***@wanadoo.fr
2017-06-04 18:57:39 UTC
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Raw Message
Post by Paul Aubrin
Un modèle climatique, en revanche, doit prendre en compte le système
climatique en entier, ce qui inclut les océans. Les océans, et ses temps
de réponse longs, constitue le composant crucial du système climatique.
Crucial parce que c'est là que l'essentiel de la chaleur accessible
stockée dans le système se trouve. Les météorologistes ont tendance à
oublier que quelques mètres d'eau contiennent autant de chaleur que
l'atmosphère tout entière. D'autre part, les océans sont la principale
source de vapeur d'eau ce qui rend la dynamique de l'atmosphère à la fois
intéressante et singulièrement compliquée. Pour ces raisons, et bien
d'autres, une représentation explicite des océans devrait être au coeur
de n'importe quel modèle climatique qui se respecte.
de ton intervention j'extrais ce paragraphe car il est important. Lors d'un congrès tenu il y a une dizaine d'années j'ai retenu la chose suivante d'un interlocuteur peu connu mais travaillant dans un très grand organisme :
lorsqu'on essaye d'associer n'importe quel modèle de circulation atmosphérique avec n'importe quel modèle de circulation océanique on n'arrive STRICTEMENT jamais à une cohérence bien au contraire tout diverge. Et au cours d'un échange en aparté il est apparu que l'ensemble des équations qui régissent ( ou sont censés régir...) les circulations relèvent toutes des attracteurs étranges ....
Mais il y a des petits malins, bac B sans mention comme l'affirme les pingouins, qui ont résolu tout cela ... la médaille Field est à leur disposition ...
Au passage remarquons que leurs exposés commencent tous par "on ne peut pas nier.... "
--
L.C;

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