La technique appelée « réduction d’échelle dynamique », qui implique l’utilisation de modèles climatiques régionaux pour déduire dynamiquement les effets des processus climatiques à grande échelle à l’échelle locale, s’est avérée être un moyen efficace de simuler les précipitations à haute résolution. De plus, avec les progrès des capacités de calcul intensif, la réduction d’échelle dynamique progresse désormais à l’échelle du kilomètre.
Des études antérieures ont montré que les modèles de réduction d’échelle dynamique (DDM) à l’échelle kilométrique capturent les caractéristiques des précipitations de manière plus réaliste que les DDM fonctionnant à des échelles de plusieurs dizaines de kilomètres. Cependant, notre compréhension du mécanisme derrière les avantages de la simulation à l’échelle kilométrique reste limitée.
Le professeur Yanhong Gao et son équipe de recherche de l’Université Fudan, en Chine, ont exploré un grand nombre de DDM à une résolution d’un quart de degré (environ 25 à 30 km) et ont pris l’initiative de mener des simulations d’espacement de grille de 4 km sur le plateau tibétain.
Puis, plus récemment, ils ont mené des expériences avec deux DDM à l’échelle de 2 km et la résolution traditionnelle d’un quart de degré dans un domaine couvrant la région densément peuplée et économiquement développée de l’est de la Chine. Les relations entre la topographie et les précipitations ont été établies à l’aide de la méthode de régression pondérée géographiquement à plusieurs échelles (MGWR), et les résultats ont été évalués par rapport aux observations des stations météorologiques.
Premièrement, ils ont reconfirmé que les DDM à l’échelle du kilomètre décrivent mieux les caractéristiques des précipitations observées que les DDM fonctionnant à une résolution d’un quart de degré. Ensuite, en approfondissant les raisons pour lesquelles, il a été constaté que la topographie à petite échelle jouait un rôle dominant dans la distribution des précipitations observées dans la plupart des stations météorologiques de l’est de la Chine, et le DDM à l’échelle kilométrique reproduisait ces effets observés de la topographie sur les précipitations plus exactement que le quart de degré DDM. Ces résultats ont été publiés dans Lettres scientifiques atmosphériques et océaniques.
Les influences importantes de la topographie sur la formation et la distribution des précipitations ont été reconnues dans de nombreuses études. Sur la base de ce consensus, le professeur Gao et son équipe ont sélectionné cinq facteurs topographiques couramment utilisés dans les études des relations entre la topographie et les précipitations, à savoir l’élévation topographique, la pente topographique, le relief topographique, la distance du littoral et la direction du vent dominant.
Plusieurs méthodes de régression ont été comparées et la méthode MGWR s’est avérée la plus performante pour montrer l’influence des facteurs topographiques sur la distribution spatiale des précipitations. Cela était dû à ses avantages de refléter les effets d’échelle des différents facteurs sur la distribution des précipitations en fonction de la largeur de bande ; c’est-à-dire qu’un facteur avec une plus petite largeur de bande avait une plus forte influence sur l’hétérogénéité spatiale des précipitations.
Selon les observations de la station météorologique, le relief topographique, l’élévation topographique et la distance par rapport au littoral avaient tous de petites largeurs de bande et ont montré des influences importantes sur l’hétérogénéité de la distribution des précipitations dans l’est de la Chine. Parmi eux, le relief topographique était le facteur local dominant à environ 3/4 des stations.
« Par rapport au DDM au quart de degré, la simulation à l’échelle kilométrique avait les avantages d’une résolution horizontale plus fine et, en outre, elle était capable de décrire plus précisément les caractéristiques topographiques de la sous-grille et de capturer les influences des variations de surface de la sous-grille dans Les écarts résultant de la modélisation à résolution grossière de la relation topographie-précipitations pourraient être une cause de précipitations non concordantes entre les observations et les simulations », explique le professeur Gao. « Cela implique une voie à suivre potentielle pour améliorer la simulation des précipitations. »
En exposant les mécanismes qui sous-tendent les différences entre les résultats DDM à l’échelle kilométrique et au quart de degré du point de vue des relations entre la topographie et les précipitations dans l’est de la Chine, cette recherche souligne le rôle clé joué par les variations de sous-grille de la surface sous-jacente dans la simulation. de précipitations. Cela pourrait s’avérer crucial alors que des tentatives sont faites pour améliorer encore les performances de simulation des modèles météorologiques numériques.
Plus d’information:
Li Zeng et al, Évaluation des effets des facteurs topographiques sur les précipitations simulées par des modèles de réduction d’échelle dynamiques à l’échelle du kilomètre par rapport au quart de degré dans l’est de la Chine, Lettres scientifiques atmosphériques et océaniques (2022). DOI : 10.1016/j.aosl.2022.100287