Objectifs du modèle
Crocus est un modèle numérique unidimensionnel fondé sur la thermodynamique simulant le bilan d’énergie et de matière du manteau neigeux. Il a pour principal objectif de décrire de façon détaillée l’évolution des propriétés internes du manteau neigeux (densité, température, etc.) en incluant une description de la microstructure de la neige, c’est-à-dire les propriétés morphologiques (forme, taille, etc.) des éléments structurels de glace qui la composent en association aux pores remplis d’air, et des processus responsables de leur évolution : flux d’énergie et de matière aux interfaces du manteau neigeux (sol et atmosphère), diffusion de la chaleur, changements de phase, tassement, métamorphisme, percolation de l’eau liquide, etc.
Description
Variables de forçage du modèle
Crocus est habituellement forcé au pas horaire par les variables météorologiques suivantes :
- Température de l’air
- Humidité relative de l’air
- Vitesse du vent
- Précipitation pluvieuse
- Précipitation neigeuse
- Flux radiatif solaire (visible + proche infra-rouge) direct et diffus
- Flux radiatif atmosphérique (infra-rouge thermique)
La prise en compte du flux basal à l’interface sol/neige peut s’effectuer de différentes manières en fonction du contexte (flux imposé à la base pour les utilisation alpines, couplage à un modèle de sol …).
Variables descriptives des propriétés des couches de neige
Les couches de neige numériques sont décrites par les variables suivantes :
- Masse
- Masse volumique
- Température au milieu de la couche
- Contenu en eau liquide
- Diamètre optique et sphéricité (propriétés décrivant la microstructure)
- Age de la couche
Le type de grain tel que défini classification internationale des observations liées à la neige, peut être diagnostiqué à partir des propriétés des propriétés de microstructure.
Sorties du modèle
Les sorties du modèle consistent en :
- des propriétés physiques intégrées à l’échelle du manteau neigeux (hauteur de neige, équivalent en eau liquide, température de surface, albédo …)
- les propriétés physiques internes (décrites ci-dessus) pour toutes les couches numériques de neige
- une synthèse des flux d’énergie et de matière aux interfaces du manteau neigeux (atmosphère et sol)
Gestion dynamique des couches de neige
La principale originalité de Crocus repose sur sa gestion interactive du nombre de niveaux horizontaux (appelés “couches numérique”) permettant de discrétiser de façon optimale le profil vertical des propriétés physiques du manteau neigeux. En effet, une couche de neige fraîche possède en général des propriétés physiques très différentes de la couche sur laquelle elle repose. Au cours du temps et du métamorphisme, les propriétés physiques des couches évoluent dans des directions parfois différentes. Néanmoins, pour ne pas avoir à gérer un nombre de couche trop important et donc néfaste à la performance du modèle, quand deux couches numériques ont des propriétés physiques voisines, elles sont agrégées. A l’inverse, quand une couche numérique se trouve proche de la surface, elle peut être dédoublée pour améliorer le calcul du transfert thermique et radiatif près de la surface du manteau neigeux et donc maintenir une bonne description du profil de température près de la surface.
Lois physiques constitutives
Les processus physiques principaux traités par Crocus sont les suivants :
- Bilan d’énergie en surface
- Conduction thermique : résolution selon l’axe vertical de l’équation de la chaleur
- Changements de phase, quand la température atteint le seuil de 273.16 K
- Métamorphisme de la neige : les lois d’évolution des variables représentant les propriétés morphologiques de la neige ont été obtenues en laboratoire sous diverses conditions de gradient vertical de température, ainsi qu’en conditions de métamorphose humide .
- Percolation de l’eau liquide : l’approche actuelle consiste à n’autoriser la percolation à partir d’une couche qu’une fois une valeur de contenu en eau liquide seuil atteinte .
- Tassement sous l’effet du poids des couches situées au dessus d’une couche considérée sous l’hypothèse d’un matériau visco-élastique
Implémentation
Le schéma de neige Crocus peut être utilisé pour représenter la neige dans différents systèmes de modélisation des surfaces continentales. C’est notamment le schéma de neige le plus détaillé du modèle de surfaces continentales ISBA au sein de la plateforme SURFEX du CNRM. Mais c’est également le schéma de neige du modèle de surfaces continentales canadien SVS2, et des versions précédentes ont également été couplées avec d’autres modèles atmosphériques.
Le modèle SURFEX/ISBA-Crocus est au coeur du système opérationnel S2M permettant le suivi du manteau neigeux en montagne pour différentes applications. Il est également utilisé dans le futur système EDELWEISS qui couvrira tous les massifs français à la résolution horizontale de 250 mètres.
Références
Le modèle Crocus est décrit en détail dans la publication de référence :
Lafaysse, M. et al. : Version 3.0 of the Crocus snowpack model, EGUsphere [preprint], https://doi.org/10.5194/egusphere-2025-4540, 2025.
Cette publication décrit également comment accéder au code pour les chercheurs d’autres laboratoires.
