Discrétisation verticale

On a vu qu'il existe différents types de discrétisation horizontale dans la partie dynamique. La discrétisation verticale pour la physique peut également varier d'un GCM à l'autre.

En général la dimension verticale, c'est-à-dire du bas vers le haut, fait intervenir la pression comme coordonnée naturelle plutôt que l'altitude. En effet, les dimensions horizontales d'un GCM sont telles que l'équilibre hydrostatique (voir ici) est toujours respecté, les fluctuations de pression autour de cet équilibre ne peuvent pas être représentées à l'échelle d'un GCM. Dès lors, la pression diminue de manière monotone avec l'altitude et constitue un système de coordonnées naturelles, d'autant plus qu'en vertu de l'équilibre hydrostatique, il existe un lien direct entre la pression et la masse d'atmosphère située au-dessus.

Le nombre de niveaux verticaux est de l'ordre de quelques dizaines, typiquement entre 20 au minimum pour représenter la circulation et 100 pour un modèle très résolu s'étendant très haut en altitude. À mesure que l'on monte en altitude, les niveaux sont de plus en plus espacés.

Ainsi, s'il arrive qu'à une altitude donnée la pression varie avec le temps, les niveaux verticaux suivront de fait cette variation. Pour les planètes telluriques, la topographie contrôle en grande partie la pression de surface, et il existe une représentation hybride qui tient compte de la topographie dans les plus basses couches de l'atmosphère, tout en se basant sur les niveaux de pression à plus haute altitude.

La question des limites du domaine représenté ne se pose par pour la grille dynamique, car elle représente une sphère. Pour la physique, l'extension verticale requiert de poser une limite en bas et en haut. La surface sert de limite dans le bas de l'atmosphère, et on impose les flux de masse verticaux en haut et en bas comme étant nuls. Ceci nécessite pour la limite haute la mise en place d'une couche-éponge pour éviter la réflection non réaliste d'ondes atmosphériques sur le plus haut niveau du modèle.