CNRM-AROME

 Description

Depuis 2014, le CNRM s’est lancé dans les études climatiques à haute résolution en utilisant le modèle non-hydrostatique à aire limitée AROME comme modèle régional de climat à convection profonde résolue (Convection-Permitting Regional Climate Model (CP-RCM) en anglais).
A Météo-France, le CP-RCM CNRM-AROME, avec une résolution horizontale de 2,5km et 60 niveaux verticaux, hérite de la plupart des avancées du modèle de prévision numérique du temps AROME : petite taille de la maille, description détaillée des surfaces, meilleure simulation des phénomènes convectifs grâce à une dynamique non-hydrostatique et à la résolution explicite de la convection profonde, schémas sophistiqués pour la microphysique, les nuages et la turbulence. Les paramétrisations physiques du modèle proviennent principalement du modèle de recherche Meso-NH, tandis que le coeur dynamique est le coeur spectral semi-lagrangien et semi-implicite non-hydrostratique d’ALADIN. Le modèle de surface utilisé est l’interface de surface externalisée SURFEX (Masson et al. 2013).
Avec une meilleure représentation des processus météorologiques étroitement liés à la topographie et aux phénomènes de petite échelle, des améliorations significatives sont attendues grâce à cette nouvelle génération de modèles climatiques (Prein et al. 2015, Déqué et al. 2016, Berthou et al. 2020, Coppola et al. 2020, Fumière et al. 2020).

 Simulations et versions

Actuellement, afin de limiter le saut de résolution, une stratégie de forçage en deux étapes est choisie pour fournir les conditions aux limites latérales au modèle CNRM-AROME. La fréquence de couplage est fixée à une heure. Le modèle intermédiaire est le modèle CNRM-ALADIN (Nabat et al. 2020) avec une résolution de 12,5 km.

La première version climatique du modèle était basée sur le cycle 38t1 d’AROME (Seity et al. 2011). Les simulations climatiques ont été calculées sur le sud-est de la France. Les premières études ont porté sur la valeur ajoutée d’AROME pour la représentation des précipitations extrêmes à l’automne (Fumière et al. 2020) et sur la réponse future de ces événements au changement climatique (Déqué et al. 2016, Fumière 2019).

La version actuelle de CNRM-AROME est basée sur le cycle 41t1 (Termonia et al. 2018, Caillaud et al. 2021) avec trois modifications importantes depuis les premières simulations climatiques d’AROME :
- la correction COMAD (Malardel et Ricard. 2015) a été ajoutée afin de limiter les surestimations de précipitation et les vents irréalistes qui apparaissaient sous certaines conditions au voisinage des nuages convectifs.
- le modèle TEB (Town Energy Balance en anglais) pour la modélisation urbaine est activé (Masson 2000).
- la paramétrisation des flux air-mer par ECUME est remplacée par le schéma COARE3.

Le modèle CNRM-AROME permet au CNRM de participer au programme européen CORDEX Flagship Pilot Study (FPS) on convection (2016-) et au projet européen H2020-EUCP (EUropean Climate Prediction system, 2017-2022).

Deux grands domaines ont été définis pour les études à haute résolution avec CNRM-AROME41t1 : le domaine pan-alpin commun au FPS Convection et le domaine Nord-Ouest Europe qui est presque deux fois plus grand. Récemment, des simulations ont également été faites sur un domaine couvrant l’île de la Réunion.

Fig : A gauche : Domaine pan-alpin à 2,5 km (640*540 = 345600 points) - Au milieu : Domaine Nord-Ouest Europe à 2,5 km (720*900 = 648000 points) - A droite : Domaine La Réunion à 2.5km (640*540 = 345600 points)

Le modèle AROME est également utilisé pour des études climatiques par la communauté HARMONIE-CLIMAT (Belušic et al. 2020 ; Lind et al. 2020).

 Applications scientifiques

CNRM-AROME est un nouveau modèle de climat du CNRM et ses domaines d’application vont s’étendre dans les prochaines années. Les premières études réalisées avec AROME au CNRM portent sur :

  • l’étude de la valeur-ajoutée et des limites du CP-RCM AROME par rapport au RCM CORDEX standard ALADIN-Climat en utilisant la base de données observées de résolution horaire et kilométrique COMEPHORE (Fumière et al. 2020).
  • l’évaluation et la caractérisation de la variabilité de phénomènes climatiques régionaux et d’extrêmes, comme les événements fortement précipitants avec de nouveaux outils d’évaluation comme le tracking de cellules convectives (Caillaud et al. 2021).
  • l’étude du changement climatique régional sur les extrêmes de précipitations dans le Sud-Est de la France (Déqué et al. 2016, Fumière 2019).
  • la contribution à l’initiative d’inter-comparaison multi-modèles de CP-RCM dans le cadre du programme CORDEX FPS convection et du projet EU HORIZON202020 EUCP (Coppola et al. 2020, Ban et al. 2021, Pichelli et al. 2021).
  • les interactions entre le climat et la ville à l’échelle régionale et locale.
  • le climat des îles méditerranéennes.
  • les éclairs.
  • les impacts du changement climatique sur les crues en France.

Les simulations climatiques CNRM-AROME pourront être également utilisées pour d’autres applications : orages d’été, processus météorologiques en zone de montagne, vents marins régionaux et flux air-mer intenses, zones côtières,...

 Où trouver les sorties du modèle CNRM-AROME ?

Les sorties du modèle CNRM-AROME sont disponibles sur demande.

 Contributeurs du CNRM

Antoinette Alias, Erwan Brisson, Cécile Caillaud, Aude Lemonsu, Yohanna Michau, Philippe Lucas-Picher , Edith Virginia Cortès Hernandez, Nils Poncet, Samuel Somot

 Publications associées à CNRM-AROME

Ban, N., Caillaud, C., Coppola, E., Pichelli,E., Sobolowski, S., Adinoli, M., Ahrens, B., Alias, A., Anders, I., Bastin, S., Belusic, D., Berthou, S., Brisson, E. et al. (2021) The first multi-model ensemble of regional climate simulations at kilometer-scale resolution, Part I : Evaluation of precipitation. Clim Dyn. https://doi.org/10.1007/s00382-021-05708-w

Caillaud, C., Somot, S., Alias, A., Bernard-Bouissières, I., Fumière, Q., Laurantin, O., Seity, Y., Ducrocq, V. (2021) Modelling Mediterranean heavy precipitation events at climate scale : an object-oriented evaluation of the CNRM-AROME convection-permitting regional climate model. Clim Dyn 56, 1717–1752. https://doi.org/10.1007/s00382-020-05558-y

Coppola, E., Sobolowski, S., Pichelli, E. et al. (2020) A first-of-its-kind multi-model convection permitting ensemble for investigating convective phenomena over Europe and the Mediterranean. Clim Dyn 55, 3–34. https://doi.org/10.1007/s00382-018-4521-8

Déqué M., Alias A., Rapport de recherche du CNRM 2014, Première tentative de simulation climatique avec AROME.

Déqué M., Alias A., Somot S., Nuissier O. (2016) Climate change and extreme precipitation : the response by a convection-resolving model. Research activities in atmospheric and oceanic modelling. CAS/JSC Working group on numerical experimentation. Report No.46 (available at http://www.wcrp-climate.org/WGNE/blue_book.html)

Fumière, Q. (2019) Changement climatique et précipitations extrêmes : apport des modèles résolvant la convection. PhD thesis, Université Paul Sabatier, Toulouse III

Fumière, Q., Déqué, M., Nuissier, O., Somot, S., Alias, A., Caillaud, C., Laurantin, O., Seity, Y. (2020) Extreme rainfall in Mediterranean France during the fall : added value of the CNRM-AROME convection-permitting regional climate model. Clim Dyn 55, 77–91. https://doi.org/10.1007/s00382-019-04898-8

Fumière, Q., Caillaud, C., Rapport de recherche du CNRM 2019, Episodes méditerranéens et changement climatique : l’apport de CNRM-AROME.

Pichelli, E., Coppola, E., Sobolowski, S., Ban, N., Giorgi, F., Stocchi P., Alias A., Belusic, D., Berthou, S., Caillaud, C., M. Cardoso, R. et al. (2021) The first multi-model ensemble of regional climate simulations at kilometer-scale resolution part 2 : historical and future simulations of precipitation. Clim Dyn. https://doi.org/10.1007/s00382-021-05657-4

Termonia, P., Fischer, C., Bazile, E., Bouyssel, F., Brožková, R., Bénard, P., ... & Hamdi, R. (2018). The ALADIN System and its canonical model configurations AROME CY41T1 and ALARO CY40T1. Geoscientific Model Development, 11(1), 257. https://doi.org/10.5194/gmd-11-257-2018