Ariane : analyse lagrangienne de la dynamique de modèles numériques de circulation océanique

Fiche PLUME
  • Création ou MAJ importante : 19/05/2011
  • Correction mineure : 19/05/2011
  • Auteur : Nicolas Grima - concepteur du logiciel - Laboratoire de Physique des Océans (CNRS, IFREMER, IRD, Université de Bretagne Occidentale (UBO))
  • Contributions importantes :

    Bruno Blanke (Laboratoire de Physique des Océans - Brest)


  • Responsable thématique : Violaine Louvet (Institut Camille Jordan)
  • Relecteur 1 : Bruno Blanke
Mots clés
Description
Fonctionnalités générales

Ce logiciel (sous licence CeCILL) permet de décrire de façon lagrangienne la dynamique de l'océan à partir d'un ensemble de particules numériques déplacées dans le champ de vitesse de Modèles de Circulation Générale Océanique ("Ocean General Circulation Models", OGCM).

Ariane est un outil informatique écrit en Fortran 90/95 et dédié au calcul de trajectoires dans le champ de courant 3D, variable dans le temps, produit par des OGCM comme OPA-NEMO, ROMS, SYMPHONIE..., ou virtuellement tout autre modèle dont les équations discrétisées reposent sur la conservation des volumes. Le schéma d'advection (transport) est en effet particulièrement adapté à la représentation faite des courants océaniques par un OGCM et au suivi des masses d'eau qui leur sont associées.
Les mouvements des masses d'eau sont calculés à partir du déplacement de multiples particules numériques. L'algorithme est rapide et précis, car il repose sur des calculs analytiques. Chaque segment de trajectoire respecte localement la relation de continuité et la méthode permet des intégrations temporelles à rebours.

L'application Ariane est mise librement à disposition de toute la communauté scientifique. Elle est développée dans un esprit d'utilisation simple, pour une utilisation intensive sur des supercalculateurs et un portage facile sur différentes architectures.

Autres fonctionnalités

L'application Ariane est utilisée comme outil diagnostic pour l'analyse des sorties des modèles OPA-NEMO, ROMS et SYMPHONIE. Toutefois, n'importe quel champ de transport défini sur une grille de type C (suivant la classification d'Arakawa) est virtuellement utilisable comme champ en entrée pour Ariane, en vue de calculs lagrangiens.

Ariane est par défaut une application qui s'utilise en mode offline, c'est-à-dire que l'application ne fonctionne pas en même temps que le modèle de circulation océanique, mais après lui, à partir de la relecture de variables (vitesses et traceurs) stockées dans des fichiers au format netCDF.

L'application Ariane a été écrite pour un certain nombre de diagnostics lagrangiens. Voici certaines de ses fonctionnalités :

  • le mode "QUALITATIVE" : quelques particules (typiquement moins d'une centaine) voient leurs positions successives enregistrées sur fichier tout le long de leurs trajectoires.
  • le mode "QUANTITATIVE" : un nombre conséquent de particules (jusqu'à plusieurs millions) ont leurs trajectoires calculées entre différentes sections océaniques, de manière à quantifier les échanges de volume entre ces sections.
  • les modes "FORWARD" et "BACKWARD" permettent une intégration dans le temps dans le sens direct ou à rebours (pour identifier par exemple le devenir ou l'origine de certaines masses d'eau).
  • les domaines périodiques et les bassins fermés sont gérés par l'application.
  • des informations sur la température, la salinité, la densité... peuvent être échantillonnées le long des trajectoires, voire utilisées pour contrôler la durée des intégrations lagrangiennes, si ces champs sont disponibles en sortie du modèle de circulation océanique.
Interopérabilité

NetCDF : Ariane utilise le format netCDF pour les fichiers de données en entrée et pour les résultats en sortie.

Contexte d'utilisation dans mon laboratoire/service

Ariane est un outil largement utilisé par la communauté nationale et internationale se servant de modèles numériques de circulation océanique (principalement OPA-NEMO et ROMS).
Avec une centaine d'utilisateurs identifiés, 664 visites du site web provenant de 57 pays en 2008 (avec une concentration en France et aux USA), le logiciel Ariane est utilisé de façon quasi quotidienne.
À titre indicatif, ce logiciel est à la source de 4 à 6 publications de rang A par an au Laboratoire de Physique des Océans (Brest).

Limitations, difficultés, fonctionnalités importantes non couvertes

Un travail important a été apporté à l'écriture de ce logiciel pour son installation qui repose sur les outils classiques que sont les "autotools" : ./configure, make, make check, make install, make clean.
Toutefois, l'utilisateur peut rencontrer certains problèmes à l'installation si la bibliothèque netCDF n'a pas été compilée avec le même compilateur que celui envisagé pour compiler Ariane.

Hormis cette limitation, les difficultés liées à l'emploi du logiciel sont étroitement associées aux limites physiques (taille mémoire, espace disque) de la machine utilisée, au regard de la complexité des diagnostics lagrangiens envisagés.

Environnement du logiciel
Distributions dans lesquelles ce logiciel est intégré

Ce logiciel est indépendant de toute autre distribution.

Plates-formes

Ce logiciel fonctionne (et a été testé) de l'ordinateur portable aux supercalculateurs (IDRIS), en passant par les stations de travail, les mésocentres et les centres régionaux de calcul sur des systèmes d'exploitation UNIX, Linux et MacOS.

Logiciels connexes

Ariane est un logiciel d'analyse pour le post-traitement des sorties de modèles de circulation océanique.
Il a été développé pour le modèle OPA-NEMO et a été adapté aux modèles ROMS et SYMPHONIE. Il peut toutefois être utilisé au prix de modifications mineures avec d'autres modèles numériques s'ils sont discrétisés sur une grille de type C (suivant la classification d'Arakawa) : MITgcm, MPIgcm, etc. Une étape intermédiaire d'interpolation est nécessaire pour des modèles travaillant sur une grille de type B : MOM, POP, etc.

Environnement de développement
Type de structure associée au développement

Équipe scientifique.

Eléments de pérennité

Le logiciel Ariane a reçu de la part du CNRS un soutien au travers de son autorisation à le diffuser sous licence CeCILL et du dépôt du code source à l'Agence pour la Protection des Programmes.
Son auteur et son développeur actuel (Nicolas Grima et Bruno Blanke, Laboratoire de Physique des Océans) sont des agents du CNRS.

Références d'utilisateurs institutionnels

Ariane est un outil largement utilisé par la communauté nationale et internationale travaillant en mode recherche avec des modèles numériques de circulation océanique tels OPA-NEMO et ROMS.
Avec une centaine d'utilisateurs identifiés, 664 visites du site web provenant de 57 pays en 2008 (avec une concentration en France et aux USA), le logiciel Ariane est utilisé de façon quasi quotidienne.

Environnement utilisateur
Liste de diffusion ou de discussion, support et forums
Documentation utilisateur
Contributions

Le code source du logiciel répond en termes de contributions à celles définies par la licence CeCILL.
Toute contribution additionnelle est évidemment la bienvenue.