ORCHIDEE-MICT (v8.4.1), a land surface model for the high latitudes: model description and validation

• Published in: Geoscientific Model Development
• Main Authors: Guimberteau, Matthieu, Zhu, Dan, Maignan, Fabienne, Huang, Ye, Yue, Chao, Dantec-Nédélec, Sarah, Ottle, Catherine, Jornet-Puig, Albert, Bastos, Ana, Laurent, Pierre, Goll, Daniel, S, Bowring, Simon, Chang, Jinfeng, Guenet, Bertrand, Tifafi, Marwa, Peng, Shushi, Krinner, Gerhard, Ducharne, Agnès, Wang, Fuxing, Wang, Tao, Wang, Xuhui, Wang, Yilong, Yin, Zun, Lauerwald, Ronny, Joetzjer, Emilie, Qiu, Chunjing, Kim, Hyungjun, Ciais, Philippe
• Other Authors: Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement Gif-sur-Yvette (LSCE), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Huazhong University of Science and Technology Wuhan (HUST), Modélisation des Surfaces et Interfaces Continentales (MOSAIC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Instituto de Geociências, Universidade Federal do Rio Grande do Sul Porto Alegre (UFRGS), Département de Physique des Particules (ex SPP) (DPhP), Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers (IRFU), Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X), Institut Polytechnique de Paris (IP Paris)-Institut Polytechnique de Paris (IP Paris)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-École polytechnique (X), Institut Polytechnique de Paris (IP Paris)-Institut Polytechnique de Paris (IP Paris)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Sino-French Institute for Earth System Science, College of Urban and Environmental Sciences, Peking University Beijing, Institut des Géosciences de l’Environnement (IGE), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes 2016-2019 (UGA 2016-2019 )-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (Fédération OSUG), Milieux Environnementaux, Transferts et Interactions dans les hydrosystèmes et les Sols (METIS), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-École Pratique des Hautes Études (EPHE), Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X), Institut Polytechnique de Paris (IP Paris)-Institut Polytechnique de Paris (IP Paris)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris, Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL), Key Laboratory of Alpine Ecology and Biodiversity, Institute of Tibetan Plateau Research - Chinese Academy of Sciences, CAS Center for Excellence in Tibetan Plateau Earth Sciences, Modélisation INVerse pour les mesures atmosphériques et SATellitaires (SATINV), Université libre de Bruxelles (ULB), Montana State University (MSU), Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), ICOS-ATC (ICOS-ATC), ANR-10-CEPL-0012,CLASSIQUE,CLimat, Agriculture et Société SIbérienne - QUElle Evolution ?(2010), ANR-14-CE01-0018,I-GEM,Impact des Eaux souterraines dans les modèles du système Terre(2014)
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: HAL CCSD 2018
• Subjects: [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean; Atmosphere; [SDU.ENVI]Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces; environment; Arctic; permafrost
• Online Access: https://hal.science/hal-01806766; https://hal.science/hal-01806766v1/document; https://hal.science/hal-01806766v1/file/gmd-11-121-2018.pdf; https://doi.org/10.5194/gmd-11-121-2018

International audience The high-latitude regions of the Northern Hemisphere are a nexus for the interaction between land surface physical properties and their exchange of carbon and energy with the atmosphere. At these latitudes, two carbon pools of planetary significance-those of the permanently frozen soils (permafrost), and of the great expanse of boreal forest-are vulnerable to destabilization in the face of currently observed climatic warming, the speed and intensity of which are expected to increase with time. Improved projections of future Arctic and boreal ecosystem transformation require improved land surface models that integrate processes specific to these cold biomes. To this end, this study lays out relevant new parameterizations in the ORCHIDEE-MICT land surface model. These describe the interactions between soil carbon, soil temperature and hydrology, and their resulting feedbacks on water and CO 2 fluxes, in addition to a recently developed fire module. Outputs from ORCHIDEE-MICT, when forced by two climate input datasets, are extensively evaluated against (i) temperature gradients between the atmosphere and deep soils, (ii) the hydrological components comprising the water balance of the largest high-latitude basins, and (iii) CO 2 flux and carbon stock observations. The model performance is good with respect to empirical data, despite a simulated excessive plant water stress and Published by Copernicus Publications on behalf of the European Geosciences Union. 122 M. Guimberteau et al.: ORCHIDEE-MICT, a LSM for the high latitudes a positive land surface temperature bias. In addition, acute model sensitivity to the choice of input forcing data suggests that the calibration of model parameters is strongly forcing-dependent. Overall, we suggest that this new model design is at the forefront of current efforts to reliably estimate future perturbations to the high-latitude terrestrial environment.