La prévision à Météo-France : limite et perspectives de ... · En aval des modèles de...
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La prévision à Météo-France : limite et perspectives de progrès
Jean-Marie CarrièreDirecteur de la Prévision
Plan de l’exposé
Un exemple : comment prévoit-on la neige et le verglas ?L’état actuel des outils de prévisionLes améliorations attendues des outils de prévision
Un exemple : comment prévoit-on la neige et le verglas ?
Quantité de neige prévue par le modèle à domaine limité ALADIN le 21/3/2007
Prévision de la neige et du verglas
Pour déterminer si la neige tiendra au sol, ou si la pluie se transformera en verglas, on utilise le profil vertical de température –prévu ou observé- et la température (prévue) du sol ou près du sol
Difficulté liée au fait que de petites différences sur la température du sol ont beaucoup d’influence sur la tenue ou non de la neige au sol
Difficulté également à prévoir finement l’heure à partir de laquelle la neige va commence à tenir, donc l’accumulation totale
Importance des observations et des remontées de terrain
Pluie verglaçante ou neige ?
Pluie verglaçante ou neige ?
L’état actuel des outils de prévision
Les logiciels (“modèles”) de prévision numériqueau coeur de l'élaboration des prévisions météorologiques
en coopérationsinternationales
Recherche
Développement du logicielObservations
Mise en oeuvre d’un logiciel de prévision en temps réel
Traitement des observations: connaître le présentCalcul de la prévision: prévoir l'avenir
Production (bulletins, cartes, etc) expertisée par les prévisionnistes
Prévisions numériques de l’état de l’atmosphèreCouplage avec modèles de qualité de l'air, d'hydrologie, d’océanographie,…
Plusieurs modèles numériquespour gérer les risques à toutes les échelles
Modèles globaux (ARPEGE, IFS)Résolution actuelle 25 km,prévision orientée vers les
échéances 12 heures à 7 jours
Modèle régional (ALADIN Europe)Résolution actuelle 10 km, prévision
orientée vers les échéances de 6 heures à48 heures
Modèle métropole (AROME)Résolution 2 km,
prévision orientée vers les échéancesinférieures à 24 heures
AROME sera opérationnel en 2008
Couplage
Couplage
IFS / ARPEGE
Action deRecherchePetiteEchelleGrandeEchelle
IntegratedForecastingSystem
Système de prévision numérique du temps développé et maintenu par Météo-France et le Centre Européen (CEPMMT)Contient tous les ingrédients nécessaires à la prévision numérique globale :
Modèle spectral global (et modèles associés linéaire tangent et adjoint)Assimilation 3D et 4D-VAR globaleetc
Les phénomènes décrits sous forme de "paramétrisations" dans les modèles de prévision
Relief, végétationRayonnement (solaire, tellurique)Changements d'états de l'eauFlux à l'interface sol atmosphère (chaleur sensible, chaleur latente, frottement…)Couplage océan-atmosphèreNuages et divers types de précipitations (pluie, neige, grêle,…)Gaz et aérosols
Le modèle global ARPEGE
Grille du modèle ARPEGE
Modèle spectral globalTL358 C2.4, 41 niveaux verticauxMaille associée: 23 km (France) → 133 km
(antipode)
Représentation sur une sphère avec étirement et basculement du pôle sur la zone d’intérêt
Collaboration avec le CEP
L’assimilation de données : principe de l’assimilation 4D-VAR
JbJo
Jo
Jo
obs
obs
obs
analyse
xa
xbprévisioncorrigée
ancienneprévision
Recherche de la trajectoire du modèle qui approche au mieux les observations disponibles (processus de minimisation)
9h 12h 15h
Fenêtre d’assimilation
L'assimilation des données
Quelques exemples d’observationsSYNOP / SHIP (surface) SATOB (vents géostat.)
ERS (diffusiomètre) AIREP/ASDAR (avions)
Le modèle à domaine limité ALADIN
Genèse
Projet lancé par Météo-France en 1990Collaboration mutuellement bénéfique avec les Services Météorologiques Nationaux d’Europe centrale et orientale dans le domaine de la prévision numériqueAcronyme: Aire Limitée, Adaptation dynamique, Développement InterNational
Le modèle à domaine limité ALADIN
Les services météo participants au projet ALADINen bleu,
les sept pays fondateurs
en vert,
les huit pays ayant rejoint le groupe par la suite
Le modèle à domaine limité ALADIN
Modèle spectral Domaine: carré de 2740 km de côté, centré sur le point de résolution maximale d’ArpègeNiveaux verticaux: ceux d’Arpège (41)Résolution horizontale (9 km) ~ 2,5 ×résolution max d’ArpègeCouplage: appliqué toutes les trois heures au modèle global Arpège
Le modèle à domaine limité ALADIN
Représentation du relief tel qu’il est pris en compte dans le modèle Aladin-France
En aval des modèles de prévision numérique : la prévision de l’état du sol et de la température de chaussée
Chaîne « SAFRAN-ISBA-Routes » expérimentée pendant l’hiver 2006-2007SAFRAN = Module d’interpolation spatiale fine des paramètres atmosphériquesISBA = Modèle d’évolution des paramètres du solEt un modèle de surface adapté à la route dont les particularités ont étémises au point en collaboration avec le Laboratoire Central des Ponts et ChausséesContrôle par rapport à 40 stations météo-routières :
– Les périodes classiques de réchauffement et de refroidissement sont bien décrites
– Le système, à une ou deux heures près, restitue correctement aussi le passage àdes températures inférieures à 0°C, notamment en phase descendante qui est la plus cruciale pour la viabilité hivernale
Action à poursuivre pour améliorer la prévision de tenue au sol dans les situations incertaines
En aval des modèles de prévision numérique : la prévision de l’état du sol et de la température de chaussée
Les améliorations attendues des outils de prévision
Évolution de la prévision numérique
Gros progrès enregistrés pour la prévision de 2 à 5 jours depuis 20 ans (plus de détails et plus de physique) : en moyenne, un jour de prévisibilité en plus tous les 7 à 10 ans
Développement de la prévision d'ensemble (4 jours et au delà) à travers une approche probabiliste
Enrichissement du vivier des observations utilisées dans les modèles
Perspectives de développement des modèles de prévision
Plus de détails dans la prévision : augmentation de la résolution et relâchement de l’hypothèse hydrostatique (2 à 3 km sur l’horizontale sur la France d’ici 2008)Plus d’ingrédients physiques dans les modèles : eau liquide/glace, ozone, couplages plus réalistes avec surface (océanique ou terrestre)Développement approche probabiliste de la prévision, y compris à court termeAmélioration des algorithmes d’assimilation, avec plus d’efforts sur les petites échellesDéveloppement et utilisation de nouveaux systèmes d’observation : missions satellitaires, radar…
Coopérations de Météo-France en prévision numérique
CEPMMTCommunauté ALADINHIRLAM
EUMETSAT (SAF)Agences Spatiales
Plans Météo-France (2000-2010) en prévision numérique
Optimiser le système ARPEGE-ALADIN, surtout pour la physique, l’usage des observations et les algorithmes d’assimilation
Projet AROME (Application de la Recherche à l’Opérationnel àMéso-Échelle) : système de prévision numérique à 2-3 km de résolution horizontale sur la France à partir de 2008
Objectifs : plus d’efforts sur la prévision des phénomènes dangereux à courte échéance (ex.: précipitations), assortis d’une plus forte coordination avec d’autres organismes utilisateurs de ces prévisions (ex.: hydrologues)
L'importance de la résolution de calcul
Représentation du relief alpin dans les 3 modèles de Météo-France
ARPEGE ALADIN AROME
Les plus du modèle AROME
AROME vient compléter les modèles à plus faible résolution
– Il améliore les prévisions, en visant surtout les phénomènes dangereux, comme la convection organisée (orages, fortes pluies, rafales)
– Il utilise les nouvelles observations, comme celles issues du satellite défilant européen MetOp, les radars, les stations de mesure automatiques…
Utilisation des données radars
Les plus du modèle AROME
AROME se distingue des autres modèles par:– Une grande efficacité numérique– Une représentation plus détaillée des
nuages, des phénomènes de couche limite, du traitement des surfaces (sols, végétation, villes, mers, lacs)
– L'adaptation aux modèles applicatifs:prévision du brouillard, chimieatmosphérique, pollution, océan superficiel, état des routes, etc
La préparation à l’arrivée d’AROME
En interne, AROME fonctionne quotidiennement en mode prototype et fait l’objet d’une évaluation en continu en vue de sa mise en exploitation en 2008
La modélisation des nuages convectifs
Exemple de prévision d'un système d'orages par AROME sur l'Ile de France
La modélisation des précipitations cévenoles
+ +
+Nîmes
++++ ++++
+Nîmes++++NîmesNîmesNîmesNîmes
Pour ce type phénomènes convectifs dangereux, AROME améliore la prévision précise de la localisation et de l’intensitédu phénomène
Episode du Gard les 8 et 9 septembre 2002Pluies prévues avec AROME Pluies observées
Utilisation des observations radar: orages et sécurité aérienne
L'utilisation des nouveaux radars dans le modèle AROME permettra notamment d'optimiser le suivi et la prévision en trois dimensions des phénomènes dangereux pour les aéronefs: ici, les précipitations et rafales d'orage autour de Paris
Perspectives en prévision du brouillardLe modèle AROME a la capacité de prévoir des brouillards locaux, capacitéaméliorée par l'utilisation des données satellitaires
Zones de brouillard observées (27 avril 2007, 11 h locales)
Nuages
Prévision de brouillard AROME avec 9 h d’anticipation
La modélisation des villesPrévision de nouveaux phénomènes: exemple des îlots de chaleur urbains
N
0 km 10 km 20 km 30 km 40 km
15.0 °C
16.0 °C
17.0 °C
18.0 °C
19.0 °C
20.0 °C
21.0 °C
22.0 °C
23.0 °C
24.0 °C
25.0 °C
26.0 °C
27.0 °C
28.0 °C
29.0 °C
30.0 °C
Températures minimales moyennes sur la période du 3 au 13 août 2003en Ile-de-France
Observations de températures minimales moyennes sur l'Ile de France,
durant la canicule de 2003
Prévision AROME du 18/7/2006
Perspectives en prévision numérique
AROME –et la prévision numérique en général- est un facteur essentiel d'amélioration des prévisions météorologiques
Il tire parti des moyens de calculIl valorise les nouveaux moyens d'observationIl valorise la rechercheIl améliorera la prévision de nombreux phénomènesenvironnementaux: état des routes, océans, montagne,pollution, hydrologie...
Nécessité d’une expertise humaine pour tirer pleinement parti des prévisions numériques
T° de Chaussées : 3 évolutions majeures à venir
A R O M E
ISBA Routes
ASAS
AS
Profil ThermiqueProfil Thermique
T°c sur l’axe routier T°c sur l’axe routier
Couplage de SIR avec AROME
Réalisation d’Adaptations Statistiques sur les stations météoroutières
Utilisation d’un profil thermique entre 2 stations météoroutières
2009
Dès 2008
Prospectif
Autres exemples de développements pour la météorologie routière
Prévisions par adaptations statistiques utilisant les observations fournies par les clients de Météo-FranceCaractérisation des tronçons routiers (taille 2,5 km) par croisement d’informations de Météo-France et de clients
Qualification météorologique temps réel des tronçons routiers, pour des échéances de H à H+2, en mettant en commun les données Météo-France et les réseaux partenaires, en l’occurrence celui des ASF (#150 stations météo routières, fréquence 5’, et les données MCI, main courante informatisée)Paramètres prévus : Pluie, orage, neige, température, état du sol, visibilité, Tchaussée, vent, Vigilance météoPour chaque paramètre, choix parmi les différentes sources de prévision disponibles, de la prévision la plus représentative du tronçon. Affectation d’un code de fiabilité à chaque prévisionPrévisions réactualisées toutes les 5 minutes :
• Par pas de 5’ de H à H+15’• Par pas de 15’ de H+15’ à H+60’• Par pas de 30’ de H+60’ à H+120’
Les ASF caractérisent ensuite leurs tronçons sous une forme colorisée à l’aide d’un algorithme défini en collaboration avec Météo-France.Mise en œuvre opérationnelle visée en 2009/2010
Conclusions
Des perspectives d’amélioration des prévisions très encourageantes
Mais aussi un souci de traduire ces améliorations dans la production finalisée et les services aux clients− Mise en place d’un pôle Routes à Météo-France en 2007