Rapport de stage
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1. FIGURE 5 Capture d cran de l interface graphique NestGUI Au lancement de NestGUI il est demand de charger la grille m re A savoir ROMS_FILES roms_ grd nc Ensuite s lectionner 1 Define child Cela permet de d finir de mani re grossi re la position et la taille de la grille fille en la dessinant sur la grille m re avec la souris La position et la taille de la grille fille peuvent tre affin es en modifiant les coordonn es en pixels imin imax jmin et jmax Une attention particuli re doit tre apport e la position des fronti res de la grille fille qui doivent tre suffisamment loign des fronti res et des coins de la grille m re pour ne pas mordre sur la couche de sponging m re Comme pour la grille m re les fronti res de la grille fille doivent suivre une topographie suffisamment douce pour ne pas provoquer d erreurs au lancement du Le coefficient de raffinement par d faut fix 3 peut tre aussi ajust malgr le fait qu un rapport de 3 soit consid r comme un bon compromis entre les r solutions m re et fille Au lieu d interpoler la topographie de la grille fille partir de la grille m re il est possible de cr er la grille fille partir d une nouvelle topographie identique ou diff rente de celle de la grille m re en choisissant l option New child topo Il faut alors charger le fichier relatif la topographie choisie th oriquement sit2. Do the interpolations zeta ghull precision error initial facet 1 is coplanar with the interior point ERRONEOUS FACET While executing qhull d Qt Qbb Qc Options selected for Qhull 2003 1 2003 12 30 delaunay Qtriangulate Qbbound last dQcoplanar keep _pre merge zero centrum Pgood dQinterior keep max vidth 90 Error roundoff 1 3e 13 one merge 8 8e 13 Visible distance 2 5e 13 U coplanar distance 2 5e 13 Width outside 5e 13 vide facet 1 5e 12 precision problems corrected unless 2002 or an error 2 flipped facets The input to qhull appears to be less than 3 dimensional or a computation has overfloved Qhull could not construct a clearly convex simplex from points The center point is coplanar vith a facet or a vertex is coplanar vith a neighboring facet The maximum round off error for computing distances is 1 3e 13 The center point facets and distances to the center point are as follovs facet p77 p7012 po distance 0 facet p7089 p7012 po distance 7 1e 15 facet 7089 p77 po distance 0 facet p7089 p77 p7012 distance 7 1e 15 These points either have a maximum or minimum x coordinate or they maximize the determinant for k coordinates Trial points are first selected from points that maximize a coordinate The min and max coordinates for each dimension are 0 1 1 1 2 0 difference 78 difference 90 difference 90 77 90 If the input
3. b Mois 4 Jour 15 FIGURE 9 Champs instantan de vorticit relative de l ann e 2 de l impl mentation restreinte la profondeur 10 m 15 Vort at Y2M4D12 Depth 110 5 705 805 LI gs iH D SE hl 1025 H 1 1 1 2 11S F H 3 4 12 it 123 142 W 141 W 140 W 139 W 138 W 137 W a Mois 4 Jour 12 Vort at Y2M5D6 Depth 110 wii 705 T T T T T 4 3 805 50 2 C 0007 F 44 SRE NE Se sss HA SSSR dE 00 00 ea TS aaa ae lt a ET IS 7 1 1025 4 F 1 2 3 115 F 4 12 L L L L 5 ew 142 W 141 W 140 W 139 W 138 W 137 W b Mois 5 Jour 6 FIGURE 10 Champs instantan de vorticit relative de l ann e 2 de l impl mentation restreinte la profondeur 110 m 16 Vort at Y2M7D9 Depth 210 10 x 755 899 905 1025 1105 i Jew 142 W 141 W 140 W 139 W 138 W 137 W 0 12 FIGURE 11 Champs instantan de vorticit relative au jour 9 Mois 7 Ann e 2 de Vimplemen tation restreinte la profondeur 210 m temp 10 Dec 2 10 s 1195 FIGURE 12 Champs instantan de la temp rature de surface au jour 10 Mois 12 Ann e 2 de l impl mentation restreinte 17 4 Discussion Cette partie expose les diff rents probl mes rencontr s durant le s
4. Je universit Rapport de stage Effet d iles aux Marquises tude des processus physiques l origine de l enrichissement autour des iles Auteur Timoth e Bourgeois 6 ao t 2012 142 W 141 W 140 W 139 W 138 W Tuteur Elodie Martinez Co tuteur Andrea M Doglioli EXT EX Remerciements Je remercie tout d abord mes encadrants Elodie Martinez et Andrea M Doglioli pour ces deux mois de stage pass s en leur compagnie ainsi que pour m avoir conseill et soutenu durant les diff rentes tapes du stage Je remercie aussi l quipe p dagogique du MIO Intitut M diterran en d Oc anologie pour les connaissances qu elle m a transmises Je remercie Marion Kersal Francesco Nencioli et J rome Bouffard pour leur complicit leurs conseils et leur participation la r alisation de ce travail Je remercie enfin les responsables du service Informatique de l Institut Pyth as et du Campus Luminy G rard Milhaud Christophe Yohia et Maurice Libes pour leur disponibilit lors de mes probl mes informatiques R sum L objectif initial de ce stage tait valuer l impact de diff rents processus physiques sur la production biologique dans l archipel marqu sien Pour ce faire il a t convenu de r aliser l impl mentation d une simulation partir du mod le physique ROMS coupl avec un mod le biog o
5. Deux impl mentations ont t r alis es et lanc es de mani re s quentiel sur le cluster de calcul intensif de l Institut Pyth as Elles int grent une composante de raffinement de maillage avec un coefficient de raffinement de 3 La premi re impl mentation consiste en une grille m re tendue sur la r gion des Marquises avec une grille fille zoom e sur l archipel La deuxi me pr sente une grille m re similaire la grille fille pr c dente mais avec une grille fille zoom e sur Nuku Hiva et Hiva Oa Les diff rents param tres fix s sont pr sent s en annexe 2 2 4 1 Impl mentation large Cette impl mentation a t r alis afin d obtenir une visualisation globale des ph nom nes physiques engendr s par l effet d iles Suite des probl mes d interpolations avec NestGUI cf partie 4 la g n ration de la grille fille a t r alis en interpolant partir de la topographie de la grille m re La d obtenir des iles ellipsoidales La grille m re permet d obtenir les conditions hydrodynamiques globales de la r gion des iles Marquises tout en s affranchissant des conditions aux fronti res Figure 6 a La grille fille permet d affiner la zone o les all es de tourbillons se propagent Figure 6 b La r solution du champs topographique utilis ETOPO2 ne permet pas de rendre compte de la totalit des iles Ce probl me s aggrave avec le lissage bathym trique effectu lors de la cr
6. and McWilliams 2003 2005 ainsi qu au manuel d utilisation ROMS AGRIF Roms_ tools Penven et al 2010 ROMS est un mod le num rique 3D de surface libre qui r sout les quations primitives de Navier Stokes dans un environnement en rotation en se basant sur l approximation de Bous sinesq hypoth se d incompressiblit et l quilibre hydrostatique En utilisant de Reynolds qui consiste s parer la moyenne statistique des fluctuations on obtient le syst me de six quations A six inconnues suivant Wal Ken Zi V Va fo 19P Avi A po z Zi nimm 19 Ain ALG 0 pg z By Be O V VT K V T K T 87 75 K V S K523 p p T S z Ce mod le emploie un sch ma aux diff rences finies et permet l application de conditions de fronti res ouvertes La discr tisation temporelle est effectu e avec un pas de temps court pour l l vation de surface et les quations barotropes alors qu un pas de temps plus long est utilis pour la temp rature la salinit et les quations baroclines Concernant la discr tisation spatiale des coordonn es verticales de type sigma et des coordonn es horizontales curvilignes sont utilis es Afin d am liorer la visualisation des interactions entre dynamique c ti re et hauturi re cette version du mod le ROMS int gre la capacit d emboitement d un nombre arbitraire de grilles avec la librairie AGRIF Adaptive Grid Refinemen
7. close disp Month num2str months Depth num2str vlevel gt Day num2str tps end end end clear all close all 32
8. e passive du maximum profond de chlorophylle Le second se produit dans les tourbillons d tach s du sillage de l ile qui forment une all e de tourbillons de Karman Figure 1 La remont e des nutriments observ e dans les tourbillons cycloniques stimule la production primaire locale dans la couche euphotique de surface Enfin le troisi me processus se traduit par l entretien d un upwelling c tier par les vents ce qui engendre une injection de nutriments du fond vers la surface localis proximit de lile et dans son sillage Associ au temps de r sidence plus long des eaux cet endroit la remont e de nutriment entraine l apparition d un bloom phytoplanctonique de moindre mesure Depth m 0 Distance km 26 FIGURE 1 Aper u 3D de l augmentation de la concentration phytoplanctonique localis dans la couche euphotique et la concentration en phytoplancton int gr sur la colonne d eau Image tir e de Hasegawa et al 2000 ont tudi l importance relative des contraintes topographiques et des for ages atmosph riques sur le d tachement des tourbillons oc aniques cr s par les iles fort relief et en eaux profondes L tude de la propagation des tourbillons est r alis en tudiant leurs signatures via le param tre de vorticit relative Figure 2 L tude num rique a montr que les for ages topographiques sont d terminant dans la formation d une all e de tourbillons alors q
9. n rer la grille fille partir d une autre topographie que celle l origine de la grille m re ETOPO1 la place de ETOPO2 par exemple ou de passer la version 2 2 de ROMS AGRIF Pour tenter de rattraper le retard accumul l am lioration de la bathym trie a t abandonn donc la proc dure de raffinement de maillage a t effectu sans l option New child topo 4 3 Relancement de simulation Pour gagner du temps une tentative de r d marrage d une impl mentation a t effectu en ajoutant en m me temps une composante de raffinement de maillage L impl mentation d origine sans composante de raffinement de maillage t r alis lors des travaux dirig s de l unit d enseignement OPB205 Mod lisation de la Circulation Oc anique anim par Andrea M Doglioli Le d marrage de la simulation a t r ussi mais le mod le explose blouw up au bout de quelques pas de temps sur un pas de temps de la grille fille Le blouw up n arr te pas le mod le Ce dernier ex cute tous les mois de la m me mani re avec la m me erreur Suite a divers tests il a t jug que l origine du probl me pourrait provenir du fait que Vintroduction d une composante de raffinement de maillage tout en r d marrant une simulation n est techniquement pas possible Une question se pose alors Pourquoi peut on cr er avec NestGUI un fichier de red marrage fille en interpolant partir d un fic
10. Heywood K J Stevens D P and Bigg G R 1996 Eddy formation behind the tropical island of aldabra Deep Sea Res I 43 4 555 578 Jimenez B Sangra P and Mason E 2008 A numerical study of the relative importance of wind and topographic forcing on oceanic eddy shedding by tall deep water islands Ocean Model 22 146 147 Martinez E Ganachaud A Lefevre J and Maamaatuaiahutapu K 2009 Central south pacific thermocline water circulation from a high resolution ocean model validated against satellite data Seasonal variability and el nino 1997 1998 influence J Geophys Res 114 C05012 Martinez E and Maamaatuaiahutapu K 2004 Island mass effect in the marquesas is lands Time variation Geophys Res Lett 31 L18307 Penven P Cambon G Tan T Marchesiello P and Debreu L 2010 Roms_agrif romstools user s guide roms_agrif v2 1 romstools v2 1 Disponible sur internet l adresse suivante http www romsagrif org index php documentation Shchepetkin A F and McWilliams J C 2003 A method for computing horizontal pressure gradient force in an oceanic model with nonaligned vertical coordinate J Geo phys Res 108 C3 Shchepetkin A F and McWilliams J C 2005 The regional oceanic modeling system ROMS a split explicit free surface topography following coordinate oceanic model Ocean Model 9 347 404 22 Annexes ANNEXE 1 Modificatio
11. avec h la profondeur et K la diffusivit verticale du tourbillon Toutefois ce param tre n est int ressant que si les forces de frictions au niveau des fronti res et du fond sont prises en compte U Laminar ain E gt flow R lt 1 e Attached eddies U Ge Laminar 0 wake 1 c R c 40 a aa eddies 40 lt R lt 80 PERS R gt 80 Detaching eddies FIGURE 8 R gime de courant pour diff rents nombres de Reynolds Image tir e delBarton 2001 Dans un rep re tournant deux autres param tres sont calculables Le nombre de Rossby Ro avec vitesse angulaire de rotation terrestre repr sente le rapport entre les forces d inerties et les forces dues la rotation terrestre Le nombre d Ekman Ey as traduit la largeur du sillage De la m me mani re que le nombre de Reynolds turbulent le nombre d Ekman turbulent est utilis pour mieux caract riser l coulement Le rapport est proportionnel au nombre de Reynolds ce qui g n ralise ce concept pour un coulement en rotation Il est aussi int ressant de noter que la rotaton terrestre stimule le d tachement des tourbillons en rotation dans le m me sens savoir les tourbillons cycloniques TABLE 1 Estimations des nombres de Reynolds Re et Ekman Ep pour le sillage des iles de Nuku Hiva Hiva Oa Ua Huka et Ua Pou Nom de Dimension Re Ex Vile km U ens U 30 cm Nuku Hiva 28
12. diff rentes r solutions spatiales Le manque de temps associ des probl mes informatiques de r seau n ont pas permis de r aliser l ensemble des travaux convenus 6 2 Mat riel amp M thodes Pour r aliser cette tude le mod le ROMS a t appliqu la r gion oc anique de l ar chipel marqu sien Gr ce l utilisation d une composante de raffinement de maillage il est possible d am liorer localement la r solution du mod le afin de caract riser les ph nom nes de sub m so chelle engendr s par l effet d ile de cette r gion oc anique 2 1 Zone d tude Les iles Marquises se situent dans la partie centrale du gyre subtropical du Pacifique Sud 218 E 222 E 8 S 11 S Ces iles font partie de l un des cinq archipels de la Polyn sie fran aise D une superficie totale de 997 km elles s organisent en deux groupes d iles principaux entour s d il ts Figure 41 i le groupe septentrional centr autour de la grande ile de Nuku Hiva avec les iles de Ua Pou au sud Ua Huka l est et au nord les iles de Eiao Hatutaa et Motu One ii le groupe m ridional centr autour de Vile principale de Hiva Oa avec les iles de Tahuata et Moho Tani et au sud Vile de Fatu Hiva Cette r gion pr sente de fortes variations topographiques au niveau terrestre avec des monts qui d passent fr quemment les 1100 m tres d altitudes Parmi eux on peut citer le mont Tekao 1 224 m sur l ile
13. l 4 r T ET SZ v 3 z B A E D 8 o B 8 2 4 ms a i a e s o be P 8 3 5 S m 5 E S A 2 H 8 A 1 2 Se P o e m Q 53 4 g s a lt L B 5 E j 5 z 2 2 r H Ss 1 P 25 BS SC BR ZS 1 Le H il 25 ANNEXE 4 Diagnostic de l impl mentation restreinte 15 3 10 Volume anomaly km x 1 3211 1 3211 H 0 2 04 RS 12 2 21 1 6 1 8 Surface averaged kinetic energy em s 1 200 0 2 0 4 0 6 0 6 1 1 2 2 2 14 1 6 1 8 Volume averaged kinetic energy 2 5 2 r 20 0 2 04 0 6 0 6 1 1 2 14 1 6 1 6 r x 10 Volume averaged w I r P 0 0 2 0 4 0 6 0 6 1 1 2 14 1 6 1 6 2 Volume averaged salt 34 73 34 72 0 0 2 0 4 0 6 0 6 1 1 2 14 1 6 1 6 2 Volume averaged temp 4 5 445 44 0 0 2 0 4 0 6 0 6 1 1 2 14 1 6 1 6 2 ANNEXE 5 Erreur de compilation pour la parall lisation de la simulation mpiifort c 03 w90 w95 cm 72 fno alias i4 r8 fp model precise I AGRIFZOOM I apps intel impi 3 2 0 011 include64 main_ f o main o main_ f 8 error 7002 Error in opening the compiled module file Check INCLUDE paths AGRIF_UTIL Use Agrif_Util ANNEXE 6 Message d erreur MATLAB lors de Tinterpolation des conditions initiales associ l option d extrapolation
14. 2 4 1 Impl mentation large 2 4 2 Impl mentation restreinte 2 5 Caract risation des all es de tourbillons 3 R sultats 4 Discussion 4 1 Repr sentation de la topographiel 42 Interpolations des conditions initiales 4 3 Relancement de simulation 4 4 Erreur MATLAB 4 5 Cr ation des figures de sortie de mod le OO N N 11 11 12 12 14 18 18 18 19 20 20 21 1 Introduction En milieu oc anique les iles sont connues pour perturber la circulation oc anique L in teraction entre les contraintes topographiques la dynamique oc anique locale ainsi que les for ages atmosph riques engendrent des perturbations de sub m so chelle au niveau du sillage des iles sous forme de tourbillons et de pompage d Ekman L advection vertical qui en r sulte permet une remont e des nutriments d origine profonde qui enrichit les eaux su perficielles Ainsi des blooms phytoplanctoniques importants se d veloppent au niveau du sillage des iles et dans les tourbillons form s Ce ph nom ne nomm effet d iles island mass effect Doty and Oguri 1956 stimule ainsi l ensemble de la chaine trophique Par l utilisation du mod le num rique POM Hasegawa et al 2009 ont d termin trois processus majeurs associ s l effet d iles Le premier consiste en une augmentation de la biomasse phytoplanctonique en surface au niveau du sillage due la remont
15. 4 pouvoir le lancer en calcul parall lis sur le cluster de calcul au lieu de le lancer en calcul s quentiel Le mod le ROMS permet ce genre de configuration Pour cela il est n cessaire de modifier trois fichiers Une premi re modification concerne la d finition de la cl MPI la ligne 48 du fichier cppdefs h MPI correspond au compilateur install sur le cluster pour la parall lisation Ensuite il faut d finir la ligne 24 du fichier jobcomp le nom du compilateur a utilis savoir set LINUX _FC mpiifort Enfin il faut d finir le nombre de noeud utiliser sur le cluster la ligne 127 du fichier param h d faut 4 La compilation est alors pr te a tre lanc e Une tentative de compilation pour le calcul parall lis de la simulation a t effectu en vain annexe 5 Le probl me a t soumis au forum ROMS AGRIF 4 2 Interpolations des conditions initiales Un autre probl me a t rencontr cette fois ci concernant la proc dure de raffinement de maillage Un des objectifs fix s dans ce travail tait d am liorer la repr sentation de la topographie du mod le en augmentant la r solution spatiale de la zone d tude par ajout d une composante de raffinement de maillage L am lioration de la topographie est r alis e par l activation de l option New child topo de NestGUI Cette option permet de cr er la grille fille en interpolant partir d une topographie ori
16. 56 84 3 54 107 Hiva Oa 28 56 84 3 54 107 Ua Huka 13 26 39 1 64 1076 Ua Pou 13 26 39 1 64 1076 13 3 R sultats Beaucoup de probl mes ont t rencontr s pendant ce stage ce qui a consid rablement retard le lancement des simulations Les sorties de mod le n ont pas t exploit cause de la phase d quilibrage spin up du mod le n cessaire au d but des simulations longues Cette partie ne comporte donc pas d analyse des figures mais seulement une pr sentation des figures pouvant tre obtenues avec un mod le int grant des grilles embo t es Les r sulats expos s ici concernent l impl mentation restreinte qui a n cessit 15 jours de calcul pour 2 ans de simulation Le diagnostic des 2 ans de simulation est disponible dans Vannexe 4 14 Vort at Y2M3D15 Depth 10 a 705 T T T 5 4 805 3 os E 222 2 905 b F 0 10 S F D DPI GR rer 27 E Z Z 77 R 11S H a 4 12 L L 11 ew 142 W 141 W 140 W 139 W 138 W 137 W a Mois 3 Jour 15 Vort at Y2M4D15 Depth 10 wi 705 T T T T T 5 4 gs 7 3 Mu gs q F 44 ies A PEA Gf lh E a P 1 0 TES R zz ee ee s i Se 25 ili ms EE 7 3 E up EE E E 4 12 i i i i i 5 ew 142 W 141 VV 140 W 139 W 138 W 137 W
17. R solution m re 1 15 R solution fille 1 45 Nombre de couche verticale 32 Param tres de la grille verticale theta s theta b he m 10 Epaisseur de la couche de sponging km Grille m re 30 Grille fille 10 Viscosit aux fronti res m s7 1000 Nombre de pas de temps pour les quations 3D Grille m re 7200 Grille fille 21600 Pas de temps pour les quations 3D s Grille m re 360 Grille fille 120 Nombre de pas de temps 2D dans les quations 3D 60 Fr quence d criture des donn es historiques 10 mois Fr quence d criture des donn es moyenn es 1 mois P rode de simulation ann es 5 For ages atmosph riques Climatologie COADS 2005 Conditions initiales et aux fronti res ouvertes WOA 2005 24 ANNEXE 3 Oro hydrographie des iles de Nuku Hiva Hiva Oa Ua Huka et Ua Pou issue de la planche num ro 10 de l Atlas de la Polyn sie fran aise 1993 tablie par J F Dupon Paris ORSTOM Institut fran ais de recherche scientifique pour le d veloppement en coop ration Echelle 1 150000 e e 1 5 B 4 1 2 a 8 e f Ow 3 3 5 EP 4 f 2 2 e 4 d i 5 DS 2 39 8 5 s 7 i u x Ke 8 5 x s x F 5 35 3 N o 8 8 53 8 r ao el l 4 ids Sua E E i SS e 5 2 3 2 i d 8 gE s 8 2 4 33 Pi bd 3 4
18. ation des grilles qui fait appara tre certaines iles sous forme de monts sous marins aux reliefs adoucis 10 57 EK 1a am 136 EN E D i Di en en a Grille m re b Grille fille FIGURE 6 Bathym tries de l impl mentation large 11 2 4 2 Impl mentation restreinte L implementation restreinte a t r alis apr s l impl mentation pr c dente de mani re r duire le temps de calcul Cette impl mentation est identique la premi re mis part les positions et les tailles des grilles m res et filles Figure 7 4500 3500 3000 2500 2000 1439 Lem Lem Ba BS 1374 Do 3 ES a Grille m re b Grille fille FIGURE 7 Bathym tries de impl mentation restreinte 2 5 Caract risation des all es de tourbillons Selon Barton 2001 il est possible de caract riser le sillage form par les iles par le biais de diff rents crit res Dans un rep re non tournant la forme du sillage provoqu e par un courant de vitesse U rencontrant un cylindre de diam tre d d pend du nombre de Reynolds Batchelor 1967 Re Ud avec v la viscosit mol culaire du fluide M me si la formule est difficile appliq
19. atologiques similaire aux interpolations pr c dentes est utile seulement si l on souhaite lancer une simulation partir de la grille fille seule Il est ensuite n cessaire de cr er le fichier d entr e fille du mod le roms in 1 en s lec tionnant Create roms in partir du fichier roms in qui est demand Enfin il faut g n rer un fichier renseignant la position de la grille fille en s lectionnant simplement Create AGRIF_ FixedGrids in Pour relancer une simulation partir d un fichier restart il faut g n rer un fichier restart fille roms_rst_Y7 M nc 1 partir de celui m re roms_rst_ Y M nc en s lectionnant A bis Interp restart Pour lancer des simulations longues il est n cessaire de g n rer aussi un fichier d entr e fille du mod le qui soit ad quate savoir roms inter in 1 L interface NestGUI ne permet pas la cr ation de ce fichier partir du fichier m re roms inter in La copie de ce dernier permet d obtenir l architecture de base du fichier Il ne reste alors plus qu y reporter les valeurs contenues dans le fichier roms in 1 Avant la compilation du mod le il est n cessaire de d finir la cl AGRIF undef gt define la ligne 50 du fichier cppdefs h Avant le lancement de la simulation il faut d finir le nombre de niveau de grille ici 2 a la ligne 38 du fichier Tun roms esh 10 2 4 Impl mentations r alis es
20. chimique id alis de type NPZD avec une composante de raft nement de maillage AGRIF Des tests de sensibilit portant sur la bathym trie et la dynamique atmosph rique devaient tre op r s via l utilisation de diff rents produits de vents et diff rentes r solutions spatiales Malgr le fait qu elles ne pr sentent pas les configurations rigoureusement pr vues deux simulations physiques int grant une composante de raffinement de maillage ont t lanc es Le manque de temps associ des probl mes informatiques de r seau n ont pas permis d exploiter les sorties de ces simulations Abstract The aim of this work was the assessment of the different impacts of physical processes on biological production in the marquesas archipelagos To do so it was decided to perform an implementation of a run from the ROMS physical model coupled with an idealized biogeochimical model NPZD including an embedded domain Sensitivity tests on bathymetry and atmsopheric dynamics should be operated Despite the fact that the implemented runs did not have the exact expected configurations two runs were launched The lack of time associated with network problems do not permit to study the model results Table des mati res 1 Introduction 2 Mat riel amp M thodes 2 1 Zone d tude 2 2 Mod le ROMS 2 3 Proc dure de raffinement de maillage AGRIF 2 4 Impl mentations r alis es
21. conditions initiales si celui ci n est pas r solu Si les capacit du cluster le permettent et de mani re exploiter au maximum ROMS AGRIF l impl mentation de simulations 3 niveaux de grilles serait envisager avec par exemple un domaine m re semblable au domaine m re de l impl menta tion large un domaine fille centr sur l ensemble de l archipel en incluant les sillages et un domaine petite fille zoom e sur une ou plusieurs iles en incluant aussi leurs sillages Apr s le succ s de ces t ches le couplage du mod le physique avec un mod le biog ochimique plus ou moins complexe et la r alisation des diff rents tests de sensibilit convenus r solution bathym trique dynamique atmosph rique pourront tre op r s 21 R f rences Apel J R 1987 Principles of ocean physics Academic Press Orlando FL USA Barton E D 2001 Island wakes Encyclopedia of Ocean Sciences 5 1397 1402 Batchelor G 1967 An Introduction to Fluid Dynamics Cambridge University Press London and New York Blayo E and Debreu L 1999 Adaptive mesh refinement for finite difference ocean mo dels First experiments J Phys Oceanogr 27 1197 1215 Doty M S and Oguri M 1956 The island mass effect J Cons Perm Int Explor Mer 22 33 37 Hasegawa D Lewis M R and Gangopadhyay A 2009 How islands cause phytoplankton to bloom in their wakes Geophys Res Lett 36 L20605
22. de Nuku Hiva le mont Temetiu 1 213 m sur Hiva Oa ainsi que le point culminant des Marquises le mont Oave 1 230 m sur Ua Pou Les falaises plongeantes des iles montrent aussi des reliefs abrupts qui se prolongent dans les fonds marins Polyn sie Frangaise a b FIGURE 4 a Carte de l Oc an Pacifique Source wikipedia b Carte des iles Marquises Source http www bwsailing com images map_marquesas gif 7 2 2 Mod le ROMS Le mod le ROMS Regional Ocean Modeling System est un mod le hydrodynamique permettant la simulation de courants mais aussi d cosyst mes de cycles biog ochimiques et de transports de s diment La version du code ROMS utilis dans ce travail est la ver sion 2 1 du code ROMS AGRIF de VIRD Institut de Recherche pour le D veloppement Compatible avec les architectures informatiques parall lis es ROMS AGRIF est accompagn d une librairie Roms tools http www brest ird fr Roms_tools Ces outils cod es sous format MATLAB http www mathworks com permettent de g n rer simplement la grille les for ages de surface les conditions initiales les conditions de fronti re lat rale pour les exp riences climatologiques et inter annuelles De plus ils permettent la mise en place d un syst me de pr vision et l exploitation des sorties du mod le Pour davantage d information sur le mod le le lecteur est invit se r f rer aux travaux de Shchepetkin
23. ear all close all Ahhhhhhhhhhhhhhh Ahhhhhhhhhhhhhhh 1LPARTIE A EDITER Ahhhhhhhhhhhhhhh chld data 15 his 2 beginmnths year endmnths parent_vec 0 child_vec 1 parent_skp 6 child_skp 4 scale 0 25 rempts 1 1 1 1 totindex 10 variable Vort deriv 1 hhhhhhhhhhhhhhhh hhhhhhhhhhhhhhhh Pr sence d une grille fille chld 1 type de fichier utiliser his pour history avg pour average situ dans le dossier SCRATCH ann e choisie premier mois tudier dernier mois tudier Affichage des vecteurs m res 1 activ Affichage des vecteurs filles 1 activ r solution des vecteurs vitesses m res r solution des vecteurs vitesses filles chelle des vecteurs vitesses nombre de vecteurs vitesse ignorer aux fronti res S E N W fr quence d criture par mois variable observer zeta u v ubar vbar omega w temp salt Ke Pot_vort Rho Vort Psi Speed Transport Okubo Rho_pot Bvf Chla z_SST 1C z_rho 1 25 z_max_bvf z_max_dTdZ z_20C z_15C z_sig27 z_sig26 Lorbacher_MLD rfactor deriv 1 si la variable est une variable d riv des variables ROMS 30 if deriv vname num2str variable l else vname variable end parentgrd ROMS_FILES roms_grd nc if child childgrd ROMS_FILES roms_grd nc 1 end for months beginmnths endmnths parentdat SCRATCH ro
24. fille En comparant les valeurs int rieurs et ext rieurs 4 la grille fille des conditions hydrody namiques et hydrologiques 4 proximit des fronti res de la grille fille on observe parfois de fortes diff rences Ces diff rences ne devraient pas avoir lieu d tre car les conditions aux bords de la grille fille sont d finis partir des valeurs de la grille m re Aucune explication n a t apport e 20 5 Conclusion L axe de recherche initial de ce travail tait l valuation de l impact de diff rents proces sus physiques sur la production biologique dans l archipel des Marquises La proc dure de raffinement de maillage bien qu elle soit ma tris e a pos des probl mes qui n ont pas t r solu Certains objectifs fix s comme l am lioration de la topographie n ont pas abouti Ce pendant des simulations op rationnelles incluant une composante de raffinement de maillage ont t pr par es et lanc es sur le cluster de calcul intensif La dur e limit e du stage et le retard accumul n ont pas permis l exploitation des r sultats Il serait int ressant de poursuivre ce travail en impl mentant une simulation lanc e de mani re parall lis en augmentant la r solution d un facteur 2 r solution m re 1 30 tout en am liorant la topographie New child topo Pour cela il sera n cessaire de trouver une taille de domaine m re s affranchissant du probl me d interpolation des
25. ginale et non partir de la grille m re L activation de cette option active automatiquement deux autres options qui sont Vertical corrections et Extrapolations Or l interpolation des conditions initiales avec 18 ces options affiche un message d erreur MATLAB sur certaines configurations annexe 3 Malgr le fait que ce probl me nai pas t r solu plusieurs configurations ont t test pour observer le comportement de Terreur Il en a t d duit les informations suivantes L erreur se produit seulement avec l option Extrapolations qui intervient la ligne 121 du script nested initial m situ dans Nesting_tools L erreur affich e est relative qhull qui est un logiciel utilis par MATLAB lors des calcul de triangulation de Delaunay avec delaunayn m Ce script est utilis par griddata m qui est enfin utilis par ijcoast m situ dans Roms_ tools mask La taille et la position de la grille fille n influe pas sur l erreur Les param tres infuant sur celle ci sont la taille et la r solution spatiale de la grille m re Pour une r solution donn e une taille de grille m re minimale existe pour un bon d roulement des interpolations Enfin l erreur se produit des tapes diff rentes zeta ubar vbar selon la taille et la r solution de la grille m re Ce probl me a t soumis au forum ROMS AGRIF https gforge inria fr forum group_id 735 Il a t propos de g
26. hier de red marrage m re En effet le red marrage d une simulation avec une composante de raffinement de maillage ne n cessite pas de cr er un fichier de red marrage fille car la simulation elle m me le cr e Ce probl me a t expos sur le forum ROMS AGRIF et est en attente d une r ponse 19 4 4 Erreur MATLAB Un probl me a t rencontr lors de l interpolation des for ages via NestGUI En effet lors de cette interpolation le message d erreur MATLAB suivant s affiche Class of operand is not supported Ce probl me se produit sur le poste informatique PC NENCIOLI 2 pr sentant la version MATLAB 7 10 0 499 R2010a Pour pallier 4 ce probl me un poste de la salle informatique de l Institut Pyth as pr sentant la version de MATLAB 7 4 0 336 R2007a a t utilis 4 5 Cr ation des figures de sortie de mod le Un script a t r alis pour permettre la cr ation rapide de figures issues des sorties de simulation en s affranchissant de l interface graphique roms_ gui annexe 7 Les vecteurs vitesses ont pu tre int gr dans les figures mais il n a pas t trouv comment utiliser la fonction add_arrow m pour ajouter la l gende des vecteurs L affichage de ceux ci a aussi pos d autres probl mes En effet il n a pas t possible d afficher les champs de vecteurs vitesses de la grille m re et de la grille fille sans qu ils ne se superposent sur le domaine de la grille
27. ms_ num2str data _Y num2str year num2str months nc if chld childdat SCRATCH roms_ num2str data _Y num2str year num2str months nc 17 end for vlevel 10 100 210 mkdir Results num2str variable M num2str months Depth num2str vlevel for tindex 1 totindex h figure visible off coef 1 m_proj MERCATOR 1ong 1217 223 lat 12 71 lat lon mask var get_var parentdat parentgrd vname tindex vlevel coef rempts m_pcolor lon lat var if chld hold on lat lon mask var get_var childdat childgrd vname tindex vlevel coef rempts m_pcolor lon lat var h bounddomain lon lat end shading flat ae m_gri 31 colorbar if parent_vec 1 hold on h add_speed_vec parentdat parentgrd tindex vlevel parent_skp rempts scale end if chld if child_vec 1 hold on h add speed vec childdat childgrd tindex vlevel child skp rempts scale end end tps tindex 30 totindex title num2str variable at Y num2str year M num2str months 902 num2str tps Depth num2str vlevel fontsize 20 saveas h Results num2str variable M num2str months Depth num2str vlevel num2str variable _M_ num2str months Depth num2str vlevel _Day_ num2str tps png
28. ns de scripts pour l dition du masque de la fille Insertion du script suivant apr s la ligne 128 du script nested grid m Write it down to enable editmask to read the mask h disp disp Write it down nc netcdf child grd urite nc h hnew nc mask_u maskuchild nc mask_v maskvchild nc mask_psi maskpchild nc mask_rho maskrchild close nc disp disp L Size of the grid LLm num2str Lchild 1 MMm gt num2str Mchild 1 A Edit mask editmask child_grd r input Finished with edit mask press enter when finished s Pour une compatibilit entre les scripts il est n cessaire de remplacer certains noms de variable dans le scripts editmask m ainsi que dans les scripts qui lui sont li s savoir read_mask m vrite mask m et uvp_masks m Les modifications effectuer sont les suivantes umask maskuchild vmask maskvchild rmask maskrchild pmask maskpchild 23 ANNEXE 2 Param tres des impl mentations Impl mentation Restreinte Large Coordonn es g ographiques de la grille m re Longitude E 217 223 215 225 Latitude N 12 7 13 5 6 5 Coordonn es en pixels de la grille fille imin imax 17 72 35 112 jmin jmax 12 56 28 96
29. should be full dimensional you have several options that may determine an initial simplex use QJ to joggle the input and make it full dimensional use QbB to scale the points to the unit cube use QRO to randomly rotate the input for different maximum points use Hei to search all points for the initial simplex use En to specify a maximum roundoff error less than 1 3e 13 trace execution with T3 to see the determinant for each point If the input is lower dimensional use QJ to joggle the input and make it full dimensional use Qbk 0Bk 0 to delete coordinate k from the input You should pick the coordinate with the leash oranger The hull will have the correct topology determine the flat containing the points rotate the points into a coordinate plane and delete the other coordinates add one or more points to make the input full dimensional This is a Delaunay triangulation and the input is co circular or co spherical use Qz to add a point at infinity i e above the paraboloid or use QJ to joggle the input and avoid co circular data 29 ANNEXE 7 Script r alis permettant la cr ation efficace de figures issues des fichiers de sortie netcdf du mod le ROMS A Script de production de figures issues des sorties de mod le ROMS situ A dans le dossier SCRATCH A Cr ation de figures aux profondeurs 10 110 et 210 m cl
30. t in Fortran 11999 Des outils permettant l int gration d une composante de raffinement de maillage sont fournis par la suite Roms_ tools 2 3 Proc dure de raffinement de maillage AGRIF La cr ation de grilles embo t es est possible avec les Nesting tools de la librairie Roms_ tools Une interface graphique d utilisateur appel NestGUI Nesting Graphical User Interface permet la g n ration des fichiers n cessaires au sous domaine appel grille fille qui est emboit dans un domaine plus large appel grille m re La pr paration des donn es de la grille fille se r alise par une s rie d interpolations partir des fichiers m res g n r s par l tape dite de Preprocessing Les fichiers cr s relatifs la grille fille sont reconnaissables leur extension avec repr sentant le niveau de grilles emboit es Dans notre exemple constitu d un domaine et d un sous domaine les fichiers de la fille auront leur extension termin e par 1 L utilisation des diff rents outils se r alise depuis le r pertoire courant Run avec MAT LAB et n cessite de lui renseigner leurs chemins d acc s avec l ex cution pr alable du script start m L interface graphique NestGUI Figure 5 se lance en ex cutant le script nest gui m Nesting GUI wee Parent grid file Child grid file Parent forcing file Parent bulk file Parent initial Topographyfile Parent dust file
31. tage faute de r sultats a exploiter Ces probl mes concernent diff rentes tapes de l impl mentation allant de Vetape de Preprocessing la cr ation des figures de sorties de mod le 4 1 Repr sentation de la topographie Un premier soucis a t rencontr au niveau de la repr sentation de la topographie du mod le La r solution spatiale de la topographie ETOPO2 associ au lissage bathym trique transforme les iles en monts sous marins Avec la r solution spatiale de la grille m re d 1 15 seulement deux iles apparaissent La disparition des iles simplifie fortement la dynamique oc anique observ e et perd en r alisme en ne faisant apparaitre que deux sillages en surface La cr ation d iles suppl mentaires partir de l diteur de masque est d licate et peut en gendrer des erreurs au niveau de la simulation Il est donc n cessaire d op rer avec une tr s grande r solution spatiale ce qui demande de grandes capacit s de calcul titre d exemple l impl mentation large Tere CR Tflle x n cessite 26 jours de calcul pour une simu lation d un an C est pourquoi l impl mentation restreinte a t cr e et lanc e pour tenter de pallier 4 ce probl me Bien que cette impl mentation soit moins gourmande en terme de calcul elle est aussi moins int ressante car la grille fille ne couvre pas la totalit des all es de tourbillons attendues La solution id ale serait de compiler le mod le de mani re
32. u dans Roms_tools Topo Cette option active automatiquement les options de corrections verticales et d extrapolations qui interviendront plus tard Bien qu elles soient d sactivables ces options sont fortement conseill es en cas d utilisation d une nouvelle topographie La generation de la grille fille se lance en s lectionnant 2 Interp child Une fen tre appara t alors pr cisant le nom de la grille fille cr e ROMS FILES roms_grd nc l Le script de cr ation de la grille fille a t modifi annexe 1 afin de permettre l dition du masque de la grille fille Si un message de type Warning apparait il peut tre n cessaire de repositionner les fronti res de la grille fille Une fois la grille fille cr e l interpolation des for ages pour g n rer ceux de la grille fille partir de ceux de la grille m re s op re en s letionnant 3 Interp forcing Il est alors demand de charger les for ages m res localis s dans ROMS_FILES roms_fre nc Une fen tre indique le nom du fichier qui sera g n r ROMS_FILES roms_fre nc 1 L interpolation des conditions initiales se r alise de mani re similaire aux for ages La s lection de 4 Interp initial permet de charger les conditions initiales m re situ es dans NROMS FILESN roms ini nc et cr era le fichier ROMS FILES roms_ ini nc l relatif aux conditions initiales filles L interpolation des conditions clim
33. ue les vents sont consid r s comme des sources secondaires de vorticit Without wind m s D U 0 04 m s _U 0 1 U 0 185 m s U 0 465 m s Atmospheric Forcing ID B LI IV Re 20 Re 60 Re 100 Re 250 FIGURE 2 Comparaison entre les cas de forcages topographiques seuls I et de for ages topogra phiques atmosph riques pour diff rentes vitesses de vent W TI TV et diff rents courants Re Nombre de Reynolds Les lignes rouges et bleues indiquent respectivement les vorticit n gatives et positives Image tir e de 2008 En combinaison avec les contraintes topographiques les for ages atmosph riques parti cipent effectivement la formation de tourbillons Le transport d Ekman associ aux vents cr e des tourbillons et des perturbations au niveau de la pycnocline qui se traduisent par la g n ration de tourbillons horaires et anti horaires de chaque c t du sillage proximit directe des iles Figure 3 FIGURE 3 M canisme de g n ration de tourbillons par l interaction du vent et des iles Image tir e de 2001 Situ dans la partie centrale du gyre subtropical du Pacifique Sud les iles Marquises font partie de l un des cinq archipels de la Polyn sie fran aise L effet d ile dans cette r gion oc a nique cr e un contraste important avec les eau
34. uer en milieu r el elle permet une premi re approche sur la nature du sillage cr Tableau 1 Sachant que le SEC traverse l archipel du Nord Est au Sud Ouest les dimensions des iles annexe 3 ont t prises suivant la perpendiculaire la trajectoire du courant De mani re prendre en compte le caract re turbulent des coulements l usage est d utiliser le nombre de Reynolds turbulent en rempla ant la viscosit mol culaire par la viscosit turbulente comprise entre 10 et 10 m s 1 1987 La viscosit choisie pour le calcul est de 10 m s7 en accord avec les travaux de Heywood et al 1996 Sachant que la vitesses du SEC varie avec les saisons le nombre de Reynolds est calcul avec U 20 cm sl et U 30 em s Martinez et al 2009 Pour R gt 40 le sillage devient instable et on observe la formation d une all e de tour billons Figure 8 La fr quence n de d tachement des tourbillons est aussi un param tre prendre en compte Celle ci augmente avec le nombre Reynolds et intervient dans le nombre de Strouhal S nd Pour de tr s grand nombre de Reynolds le nombre de Strouhal tend vers une valeur asymptotique gale 0 21 Cependant le nombre de Reynolds est connu pour surestimer les valeurs de transition entre les diff rentes formes de sillage Une mani re 12 plus appropri de 77 celui ci est l utilisation du param tre de sillage Wile island wake parameter P 2 3
35. x environnantes oligotrophes D apr s Martinez 2004 on peut d finir trois types de blooms dans l archipel mar qu sien les blooms saisonniers les blooms pisodiques et les blooms li s aux ph nom nes La Ni a La m me tude a d termin que la fertilisation des eaux en micronutriments par le drainage des iles et les sources hydrothermales n est pas consid r comme un facteur d terminant dans l apparition des blooms de cette r gion Les origines exactes de l effet de cette r gion oc anique reste donc m connues La cause suspect e de cette perturbation est la combinaison du fort Courant Equatorial Sud avec les aliz es qui traversent l archipel du Nord Est au Sud Ouest Ce travail a pour but de v rifier cette hypoth se et d apporter des pr cisions sur l importance et le r le des facteurs physiques impliqu s dans l effet d ile de cette r gion oc anique Ainsi l objectif initial de ce travail tait valuer l impact de diff rents processus physiques sur la production biologique dans l archipel marqu sien Pour ce faire il a t convenu de r aliser l impl mentation d une simulation partir du mod le physique ROMS coupl avec un mod le biog ochimique id alis de type NPZD avec une composante de raffinement de maillage AGRIF Des tests de sensibilit portant sur la bathym trie et la dynamique atmo sph rique devaient tre op r s via l utilisation de diff rents produits de vents et
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