Numerical modification of atmospheric models to include the feedback of oceanic currents on air-sea fluxes in ocean-atmosphere coupled models

In this note we present the modification to bring to an atmospheric model to account for relative winds (i.e. the difference between the near-surface winds and the oceanic currents) instead of absolute winds in the computation of air-sea fluxes. Because of the implicit treatment of the bottom boundary condition in most atmospheric models the use of relative winds involves a modification of both the surface layer parameterization and the tridiagonal matrix for vertical turbulent diffusion

Méthodes mathématiques et numériques pour la modélisation de l'océan/atmosphère

Rapport de l'Atelier Réflexion Prospective (ARP) MATHématiqueS en INteractions pour la TERRE (MathsInTerre)La prévision à court ou long terme de l'évolution du système climatique (global et local) est au centre d'enjeux socio-économiques majeurs. La compréhension de la circulation océanique et atmosphérique est nécessaire aussi bien à l'échelle de la planète pour étudier les effets à long terme de l'évolution du climat, qu'à l'échelle régionale/côtière pour prédire localement des événements extrêmes notamment (e.g. ; les cyclones, les surcotes/décotes, les vagues "scélérates" etc). Nous présentons ici l'état des lieux au niveau mathématique dans ce domaine et en esquisserons les grands défis à venir

Méthodes mathématiques et numériques pour la modélisation de l'océan/atmosphère

Rapport de l'Atelier Réflexion Prospective (ARP) MATHématiqueS en INteractions pour la TERRE (MathsInTerre)La prévision à court ou long terme de l'évolution du système climatique (global et local) est au centre d'enjeux socio-économiques majeurs. La compréhension de la circulation océanique et atmosphérique est nécessaire aussi bien à l'échelle de la planète pour étudier les effets à long terme de l'évolution du climat, qu'à l'échelle régionale/côtière pour prédire localement des événements extrêmes notamment (e.g. ; les cyclones, les surcotes/décotes, les vagues "scélérates" etc). Nous présentons ici l'état des lieux au niveau mathématique dans ce domaine et en esquisserons les grands défis à venir

Analysis of ocean-atmosphere coupling algorithms : consistency and stability

International audienceThis paper is focused on the numerical and computational issues associated to ocean-atmosphere coupling. It is shown that usual coupling methods do not provide the solution to the correct problem, but to an approaching one since they are equivalent to performing one single iteration of an iterative coupling method. The stability analysis of these ad-hoc methods is presented, and we motivate and propose the adaptation of a Schwarz domain decomposition method to ocean-atmosphere coupling to obtain a stable and consistent coupling method

Consistent subgrid scale modeling for oceanic climate models

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Analysis of Ocean-Atmosphere Coupling from the Point of View of Domain Decomposition Methods

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On the spatial and temporal discretization of vertical diffusion in the turbulent planetary boundary layer

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Toward variational data assimilation for coupled models: first experiments on a diffusion problem

International audienceNowadays, coupled models are increasingly used in a wide variety of fields including weather forecasting. We consider the problem of adapting existing variational data assimilation methods to this type of application while imposing physical constraints at the interface between the models to be coupled. We propose three data assimilation algorithms to address this problem. The proposed algorithms are distinguished by their choice of cost function and control vector as well as their need to reach convergence of the iterative coupling method (the Schwarz domain decomposition method is used here). The performance of the methods in terms of computational cost and accuracy are compared using a linear 1D diffusion problem.De nos jours, les modèles couplés sont de plus en plus utilisés dans de nombreux domaines, dont les prévisions météorologiques. Nous essayons ici d'adapter les méthodes courantes d'assimilation de données variationnelles à ce type d'applications tout en imposant des contraintes physiques entre les deux modèles couplés. Nous proposons trois méthodes d'assimilation de données pour ce problème. Les différents algorithmes se distinguent par le choix de leur fonction coût, de leur vecteur de contrôle et du nombre d'itérations de couplage nécessaires (nous utilisons les méthodes de Schwarz pour coupler nos modèles). Ces méthodes sont comparées dans le cadre d'un problème linéaire de diffusion 1D en analysant leur coût de calcul et la qualité de leur analyse

An overview of the ocean-atmosphere coupling

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Numerical modification of atmospheric models to include the feedback of oceanic currents on air-sea fluxes in ocean-atmosphere coupled models

In this note we present the modification to bring to an atmospheric model to account for relative winds (i.e. the difference between the near-surface winds and the oceanic currents) instead of absolute winds in the computation of air-sea fluxes. Because of the implicit treatment of the bottom boundary condition in most atmospheric models the use of relative winds involves a modification of both the surface layer parameterization and the tridiagonal matrix for vertical turbulent diffusion