Stage | Modélisation du climat et de son changement global
Niveau requis : Master 2 ou 3e année d’école d’ingénieurs
Date de début : 1 mars 2024
Durée de la mission : 5 mois
Rémunération : Une indemnité de 650 €/mois est proposée.
Mise en place d'un système couplé océan-atmosphère avec le logiciel XIOS
A) L’entreprise et l’équipe de travail
Le Centre Européen de Recherche et de Formation Avancée en Calcul Scientifique (CERFACS) travaille à la résolution de problèmes scientifiques par la modélisation, la simulation numérique et le calcul haute performance. Il rassemble des physicien.ne.s, mathématicien.ne.s, analystes numériques et informaticien.ne.s qui conçoivent et développent des méthodes et solutions logicielles innovantes répondant aux besoins des secteurs de l'aéronautique, du spatial, du climat, de l'énergie et de l'environnement.
Plus spécifiquement, l’équipe « Modélisation du Climat et de son Changement Global », dans laquelle sera appelé.e à travailler le ou la stagiaire, joue un rôle moteur dans la communauté climatique française qui apprécie ses réalisations techniques et scientifiques, telles que le coupleur de codes OASIS3-MCT ainsi que plusieurs simulations du système couplé océan-atmosphère visant à étudier le climat, sa variabilité et son évolution.
B) Contexte
Le coupleur OASIS3-MCT est aujourd'hui utilisé par plus de 70 groupes en France et à travers le monde pour coupler des codes modélisant les composantes du système Terre et ainsi réaliser des modèles de climat. OASIS3-MCT est en particulier utilisé par les deux groupes de modélisation du climat français, soit le CNRM-CERFACS et l'IPSL, pour assembler les modèles climatiques CNRM-CM et IPSL-CM. Par ailleurs, ces modèles utilisent aussi le serveur d'entrées-sorties XIOS développé au LSCE/CEA pour réaliser l'écriture de leurs résultats dans des fichiers sur disque. XIOS est largement utilisé non seulement au sein d’une large communauté en France (IPSL, CNRM, IFREMER, IGE, MERCATOR) mais aussi en Europe via le consortium du modèle d'océan NEMO. OASIS3-MCT et XIOS offrent tous les deux des fonctionnalités de communication (échange de données entre les composantes du modèle ou entre le modèle et les disques) et de transformation de données (pour passer de la grille d'une composante à celle de l'autre composante ou pour effectuer des pré-traitements avant l'écriture sur disque). La dernière version du serveur, XIOS-3.0, a même déjà été utilisée pour réaliser un prototype de modèle couplé dans lequel les échanges de couplage sont gérés par XIOS. Le PEPR (Programmes et équipements prioritaires de recherche) TRACCS financera des activités de modélisation du climat en France pendant les 8 prochaines années à raison de 51 M€. Dans ce cadre, le CERFACS et le CEA/LSCE envisagent de collaborer à la fusion de ces outils afin de pouvoir gérer tous les mouvements de données (associés au couplage des composantes ou aux entrées-sorties) de nos modèles de climat par l’intermédiaire d’une seule bibliothèque, en tirant parti d’une seule interface de programmation.
C) Sujet de stage
Des modèles couplés « jouets », codés en Fortran (comme nos modèles de climat), sont aujourd'hui disponibles pour tester les fonctionnalités du coupleur OASIS3-MCT. Ces modèles jouets reproduisent des échanges de couplage de taille réelle, en termes d'algorithmes, de grilles et taille des champs de couplage, mais ne contiennent aucune modélisation des phénomènes physiques et dynamiques du climat. Il est donc proposé ici de faire évoluer un des modèles couplés jouets existants en remplaçant OASIS3-MCT par XIOS pour évaluer la faisabilité d'utiliser XIOS comme coupleur. Une comparaison avec le modèle couplé jouet de base utilisant OASIS3-MCT sera menée afin d'identifier les fonctions qui manqueraient à XIOS pour assurer de façon optimale le couplage dans nos modèles de climat. Une étude de performances comparatives sera également réalisée afin d'évaluer l'efficacité d'XIOS pour le couplage de modèles à haute résolution fortement parallélisés tournant sur des plateformes de calcul à haute performance.
Le travail se fera dans un environnement UNIX sur le cluster LENOVO du Cerfacs « Kraken » et sur le super calculateur Atos Bull Sequena « Belenos » de Météo-France. Une connaissance des langages Fortran et C++ est recommandée. Le stagiaire travaillera seul sur ce projet et sera encadré par Sophie Valcke, ingénieure de recherche au Cerfacs, et Yann Meurdesoif, ingénieur HPC au CEA/LSCE.
Contact : Sophie Valcke, valcke@cerfacs.fr
