Universite Claude Bernard Lyon I S T I L Ecole Polytechnique Universitaire de Lyon

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Universite Claude Bernard Lyon 1 I.S.T.I.L. , Ecole Polytechnique Universitaire de Lyon Rapport de stage Maıtre de stage : Mr Pierre Dreyfuss (Laboratoire J.A. Dieudonne - Nice) Tuteur universitaire : Mr Daniel Leroux (ISTIL EPU - Lyon) La methode BFN, une nouvelle methode d'assimilation de donnees pour le code NEMO Baptiste CHOUZET Nice, le 25 aout 2010

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Publié le : dimanche 1 août 2010
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Universit´eClaudeBernardLyon1 I.S.T.I.L. , Ecole Polytechnique Universitaire de Lyon Rapport de stage Maıˆtredestage:MrPierreDreyfuss(LaboratoireJ.A.Dieudonn´e-Nice) Tuteur universitaire : Mr Daniel Leroux (ISTIL EPU - Lyon)
Lam´ethodeBFN,unenouvelleme´thode d’assimilation de donne´es pour le code NEMO
Nice,le25aoˆut2010
Baptiste CHOUZET
1 Remerciements
Parlepresent,jetiensa`vousremercierMrDreyfussdemavoiraccept´ecomme ´ stagiairedansvotree´quipeauseindulaboratoireJ.A.Dieudonne´edeluniversit´ede Nice.
Monstagea´et´etr`esformateuretlesactivite´sauxquellesjaiprispart,du17mai au13aouˆt,montpermisdeconsolidermesconnaissancesthe´oriques.Cetteexp´erience aurae´t´etre`senrichissante,dansundomainequim´etaitinconnujusqu`amaintenant.
Jesouhaite´egalementtransmettreparvotreinterme´diairemesremerciements`a touteslespersonnesquimontencadr´edurantcestroismois.Grˆace`aleurexpertise, etaussia`leurgentillesse,jaide´couvertladiversite´des´echangesauseindunlabora-toire.
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Tabledesmati`eres 1 Remerciements 2 Laboratoire 3 Introduction
IPre´sentationduprobl`eme 4M´ethd´´eraledediscre´tisationdansNEMO o e gen 4.1Pr´esentationdese´quations.......................... 4.2Pre´sentationdelalgorithmedere´solution................. 4.3D´enitiondusyste`medecoordonn´ees................... 4.4D´enitiondudomaine............................ 4.5De´nitiondesconditionslimites....................... 5Lesm´ethodesdassimilationdedonne´es 6 La methode BFN : the Back and Forth Nudging algorithm ´ 6.1 Nudging direct . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2Nudgingr´etrograde.............................. 6.3 Back and Forth Nudging (BFN) algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . 7Re´sultatsnum´eriques 7.1Expe´riencedere´f´erencedanslacongurationGYRE........... 7.1.1Proldelasalinit´e.......................... 7.1.2 Profil de la Hauteur d’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.3Proldelatemp´erature....................... 7.2 Principe des experiences jumelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 7.3Expe´rience1:InuencesurlerreurRMSdelam´ethodedassimilation dedonne´esBFN............................... 7.3.1Applicationdelam´ethodeBFNauseinducodeNEMO..... 7.3.2Re´sultatdelame´thodesurlerreurRMS............. 7.4Expe´rience2:Comparaisondelare´solutionavecousansassimilationde donnees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 7.4.1Re´sultatsnum´eriquesduNudgingDirect.............. 7.4.2Re´sultatsnum´eriquesduNudgingR´etrograde...........
II Aspects informatiques 8 Installation et compilation du code NEMO 9 Lancement d’un test : 10 Le debbuger, un outil d’analyse 11 Ferret, un logiciel de visualisation pour les fichiers netCdf
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12Miseenplacedelam´ethodeBFNauseinducodeNEMO
IIILam´ethodeBFNencalculparall`ele
13M´ethodedeparall´elisation
14 Conclusion
IV
Annexes
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2 Laboratoire
Lelaboratoiredemath´ematiquesJ.A.Dieudonne´delaFacult´edesSciencesdeNice futcre´e´en1964souslede´canatdupremierdoyen,leProfesseurJeanAlexandreDieu-donn´e.IlestissudelEcoleNormalSup´erieureetobtintsondoctoraten1931
J.A.Dieudonne´futundesdeuxprincipauxre´dacteursdestextesdelas´erieBour-baki.Ilcommenc¸asacarri`eredemath´ematicienpardestravauxsurlanalysepolyno-miale.Iltravaillasurunegrandevari´et´ededomainesmathe´matiquesincluantlatopo-logiege´ne´rale,latopologiedesespacesvectoriels,lag´eometriealge´brique,lathe´oriedes invariants et les groupes classiques.
Actuellement,lelaboratoiresesitueaucoeurdelacit´edessciencesValrosede lUniversit´eNiceSophia-Antipolis.
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3 Introduction Graˆce,notamment,auxpuissantsmoyensdecalculsmaintenantdisponibles,lamod´elisation enge´ophysique,envuedelapre´visionaconnudimportantde´veloppementcesderni`eres d´ecennies.Lesuidesge´ophysiques:lair,leauatmosphe´rique,oc´eaniqueouterrestre sontr´egisparles´equationsdelame´caniquedesuides:conservationdemasse,de lenergie,loidecomportement,toutefoiscertainessp´ecicit´eesdoiventˆetreprisesen compte. Pourcomprendrelane´cessite´desme´thodesdassimilationdedonne´es,ilestim-portantdecomprendrelacomplexite´dudomained´etude,quiseradansnotrecasla mode´lisationdeloc´eanparlecodeNEMO. Unicit´edunesituation:toutepisodege´ophysiqueestunique,unemeˆmesituation ´ neseproduitpasounepeutˆetredupliqu´ee,cequisigniequelessciencesdelenviron-nement ne sont passtricto sensuc,est`adessciencepxesire´tnemselauuo`hynethpose`e estvlid´ere´p´etitiondexp´eriences.Unmode`lege´ophysiquedevradoncˆetre a ee par un test´eetvalide´avecdesdonne´esassoci´eesa`dese´pisodestousdie´rents. Nonlin´earite´:Lesprocessusg´eophysiquessontfondamentalementnon-lin´eaires.Ceci induitdesinteractionsetdescascadesde´nergieentrelesdie´rentes´echellesentemps etenespace.Unediculte´majeureprovientdufaitquelesph`enom´enesinf´erieuresa` latroncature,dueauxdiscr´etisations,peuventcorrespondrea`detr`esimportantsux d´energiedontilfaudratenircomptedanslamode´lisation. Fermeture:Lesseules´equationsdeladynamiquedesuidesnesontpassusantes pourfaireunepre´vision,ilfautenoutreuneconditioninitialeetdesconditionsaux limites.Danslaplupartdescas,lesuidesg´eophysiquesnontpasdefrontie`resna-turelles,demˆemeaucuneconditioninitiale,detypesolutionstationnaire,nesimpose naturellement.
Lassimilationdedonn´eesestlensembledestechniquesquipermettentdecombiner, defac¸onoptimale(enunsensa`d´enir),linformationmathe´matiquecontenuedansles equations et l’information physique provenant des observations en vue de reconstituer ´ l´etatdel´ecoulement. Jacques Blum LaboratoireJ.A.Dieudonne´,Nice
Onpeutdonctoutdesuiteimaginerlesenjeuxdelapre´visionducomportement deloc´eana`courtterme(suividenappedede´chets,peˆche,de´placementdesplateformes p´etroli´eres,etc.),`amoyenterme(pre´visionssaisonnie`resde´pisodestelquelouragan catherina, etc.) ou enco ` l terme (changement climatique). re a ong
Lobjectifmeconcernanta´ete´dinstallerlecodeNEMOsousuneconguration particuli`ere(GYRE),dapporterlesmodicationsdecodene´cessaire`alapplicationde lam´ethode,puisdetesterlesdi´erentesperformancesducodesoussaversionparall`ele.
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