ISBA-CTRIP

  Sommaire  

  Description :

Le nouveau système de modélisation des surfaces continentales à grande échelle ISBA-CTRIP est plus ambitieux que la version précédente, ISBA-TRIP. Ce système développé depuis une dizaine d’années est inclus dans la plateforme de modélisation SURFEX version 8. Il est utilisé dans nos modèles de climat et nos modèles couplées participant à CMIP6 mais aussi pour des applications hydrologiques à grande échelle. ISBA grâce à SURFEX et CTRIP sont interfacés avec le serveur d’entrée/sortie XIOS (Xml configurable Input/Output Server) développé à l’IPSL/LSCE et qui permet de fournir à la fois des sorties à haute performance pour des simulations massivement parallèles, de configurer facilement des sorties de modèle et certains post-traitements en ligne.

Schéma du système de modélisation hydrologique ISBA-CTRIP utilisé pour des applications climatique et hydrologique à l’échelle globale (d’après Decharme et al. 2019)

ISBA est utilisé ici dans sa version « diffusion » multi-couche. Il résout explicitement les lois de Fourier et de Darcy dans tout le sol (Boone et al. 2000 ; Decharme et al. 2011 ; Decharme et al. 2013), en tenant compte des propriétés hydrauliques et thermiques du carbone organique du sol (Decharme et al. 2016). L’utilisation d’un modèle de neige multicouche de complexité intermédiaire (Boone and Etchevers 2001 ; Decharme et al. 2016) permet de simuler des bilans hydriques et énergétiques distincts pour le sol et le manteau neigeux.

CTRIP simule le routage de l’eau en rivière. Il signifie « the CNRM version of TRIP ». En effet, la version précédente de TRIP était codée en Fortran 77 avec un format d’entrée/sortie en binaire, ce qui limitait ses performances, le développement de nouvelles composantes physiques et sa capacité à être couplée à d’autres modèles. Il a donc été recodé en Fortran 90 en utilisant un format d’entrée/sortie en netcdf. L’ancien réseau de rivière à 1° de résolution a été augmenté à la résolution de 0,5 ° et amélioré sur l’Europe. La vitesse d’écoulement de l’eau en rivière est maintenant résolue de manière dynamique en utilisant l’équation de Manning et en supposant que la section transversale de la rivière et rectangulaire (Decharme et al. 2010).

Un véritable couplage « aller-retour » entre ISBA et CTRIP a été mis en place grâce à l’introduction dans SURFEX d’une interface de couplage standardisée (Voldoire et al. 2017) via le coupleur OASIS3-MCT. Ce couplage permet de prendre en compte : (1) un schéma dynamique d’inondation des rivières dans lequel les plaines inondables interagissent avec le sol et l’atmosphère par évaporation, infiltration et interception des précipitations (Decharme et al. 2008 ; Decharme et al. 2012) ; et (2) un schéma diffusif bidimensionnel de nappes phréatiques représentant les aquifères non confinés et capable de simuler les flux de capillarité ascendante dans le sol superficiel (Vergnes et al. 2012 ; Vergnes and Decharme 2012 ; Vergnes et al. 2014).

Pour plus de détails sur la partie hydrologie de ce système voir Decharme et al. (2019).


  Publications :

ISBA-CTRIP :

  • Decharme B., Delire C., Minvielle M., Colin J., Vergnes J.-P., Alias A., Saint-Martin D., Séférian R., Sénési S., Voldoire A., (2019). Recent changes in the ISBA‐CTRIP land surface system for use in the CNRM‐CM6 climate model and in global off‐line hydrological applications. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 11. https://doi.org/10.1029/2018MS001545
  • Voldoire, A., Decharme, B., Pianezze, J., Lebeaupin Brossier, C., Sevault, F., Seyfried, L., et al. (2017). SURFEX v8.0 interface with OASIS3-MCT to couple atmosphere with hydrology, ocean, waves and sea-ice models, from coastal to global scales. Geoscientific Model Development, 10(11). https://doi.org/10.5194/gmd-10-4207-2017

ISBA "diffusion" :

  • Boone, A., & Etchevers, P. (2001). An Intercomparison of Three Snow Schemes of Varying Complexity Coupled to the Same Land Surface Model : Local-Scale Evaluation at an Alpine Site. Journal of Hydrometeorology. https://doi.org/10.1175/1525-7541(2001)002<0374:AIOTSS>2.0.CO ;2
  • Boone, A., Masson, V., Meyers, T., Noilhan, J., Boone, A., Masson, V., et al. (2000). The Influence of the Inclusion of Soil Freezing on Simulations by a Soil–Vegetation–Atmosphere Transfer Scheme. Journal of Applied Meteorology, 39(9), 1544–1569. https://doi.org/10.1175/1520-0450(2000)039<1544:TIOTIO>2.0.CO ;2
  • Decharme, B., Boone, A., Delire, C., & Noilhan, J. (2011). Local evaluation of the Interaction between Soil Biosphere Atmosphere soil multilayer diffusion scheme using four pedotransfer functions. Journal of Geophysical Research Atmospheres, 116(20). https://doi.org/10.1029/2011JD016002
  • Decharme, B., Martin, E., & Faroux, S. (2013). Reconciling soil thermal and hydrological lower boundary conditions in land surface models. Journal of Geophysical Research Atmospheres, 118(14). https://doi.org/10.1002/jgrd.50631
  • Decharme, B., Brun, E., Boone, A., Delire, C., Le Moigne, P., & Morin, S. (2016). Impacts of snow and organic soils parameterization on northern Eurasian soil temperature profiles simulated by the ISBA land surface model. Cryosphere, 10(2). https://doi.org/10.5194/tc-10-853-2016

CTRIP :

  • Decharme, B., Douville, H., Prigent, C., Papa, F., & Aires, F. (2008). A new river flooding scheme for global climate applications  : Off-line evaluation over South America. Journal of Geophysical Research Atmospheres, 113(11). https://doi.org/10.1029/2007JD009376
  • Decharme, B., Alkama, R., Douville, H., Becker, M., & Cazenave, A. (2010). Global Evaluation of the ISBA-TRIP Continental Hydrological System. Part II : Uncertainties in River Routing Simulation Related to Flow Velocity and Groundwater Storage. Journal of Hydrometeorology, 11(3), 601–617. https://doi.org/10.1175/2010JHM1212.1
  • Decharme, B., Alkama, R., Papa, F., Faroux, S., Douville, H., & Prigent, C. (2012). Global off-line evaluation of the ISBA-TRIP flood model. Climate Dynamics, 38(7–8), 1389–1412. https://doi.org/10.1007/s00382-011-1054-9
  • Vergnes, J.-P., & Decharme, B. (2012). A simple groundwater scheme in the TRIP river routing model : Global off-line evaluation against GRACE terrestrial water storage estimates and observed river discharges. Hydrology and Earth System Sciences, 16(10). https://doi.org/10.5194/hess-16-3889-2012
  • Vergnes, J.-P., Decharme, B., Alkama, R., Martin, E., Habets, F., & Douville, H. (2012). A simple groundwater scheme for hydrological and climate applications : Description and offline evaluation over France. Journal of Hydrometeorology, 13(4). https://doi.org/10.1175/JHM-D-11-0149.1
  • Vergnes, J.-P., Decharme, B., & Habets, F. (2014). Introduction of groundwater capillary rises using subgrid spatial variability of topography into the ISBA land surface model. Journal of Geophysical Research, 119(19), 11,065-11,086. https://doi.org/10.1002/2014JD021573