Météorologie et modelisation météorologique

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1 Météorologie et modelisation météorologique Observation et stations météo disponibles Modèles de meso-echelle sur le cluster de calcul Grilles de calcul et données Chaine opérationnelle au M.I.O Application: utilisation du logiciel MaxSea Exemple d'interaction océan/atmosphère: Medicane Exemple d'outils pour l'étude des aérosols et polluants

2 Observation Observation et stations météo disponibles

3 Observation Les stations météo disponibles au MIO

4 Observation Station météo Pomègues: Données disponibles depuis 2007 Acquisition horaire Paramètres: Température Humidité relative Pression atmosphérique Précipitations Vent: direction et vitesse (rafale, moyenne 10min) Ensoleillement

5 Observation Quasi-temps réel sur le site web du MIO Photo: Barani Aude

6 Observation Station météo bouée SOLEMIO: Acquisition horaire Paramètres: Température Vent: direction et vitesse

7 Observation Projet en cours au sein de Pytheas: centralisation de l'ensemble des données météo sur une seule base de données.

8 Modelisation Modèles: leur conception et principe de fonctionnement

9 Modélisation Deux modèles météorologiques de meso-échelle WRF: 2 coeurs de calcul ARW RAMS NMM Opérationnel: Prévision jusqu'à 120h sur PACA

10 Coeur NMM Le modèle WRF développé par le NCAR (National Center Atmospheric Research) Coeur de calcul NMM: Nonhydrostatic Mesoscale Model Equation adiabatique incompressible et en coordonnée sigma dans le cas non-hydrostatique Equation du mouvement Equation de la thermodynamique Equation hypsometrique Equation de la continuité

11 Coeur NMM Equation de continuité non-hydro Pression non-hydrostatique Variable non-hydrostatique Les variables pronostiques: Températures Composantes du vent: u,v Pression Humidité specifique Masse volumique

12 Coeur NMM Les grilles de calcul Grille horizontale: ARAKAWA E u,v T,q u,v T,q u,v u,v T,q T,q u,v Grille verticale: Lorenz Ϭ+2.dϬ u,v,t,z Ϭ+dϬ u,v,t,z Ϭ=0

13 Coeur NMM Aspect numérique -Méthode d'intégration temporelle: schéma de leap-frog sur les ondes de gravité et inertielle schéma Adams-Bashford pour l'advection horizontale et les termes de coriolis schéma de Cranck-Nicholson pour l'advection verticale -Méthode de discrétisation spatiale La discrétisation horizontale est basée sur la conservation de l'entropie et l'energie. La discretisation verticale est basée sur un schéma centré au 2 nd ordre.

14 Coeur ARW Coeur de calcul ARW: Advanced Research Weather -Différence entre ARW et NMM Représentation de la coordonnée verticale NMM: coordonnée sigma-p. Coordonnée sigma en basse couche évoluant en coordonnée pression vers 400hPa (ajustable) ARW: coordonnée sigma sur la colonne atmosphérique Schémas physiques et paramètrisations

15 Coeur ARW T,q Grille de calcul ARAKAWA C: u,v T,q u,v u,v u,v T,q u,v T,q Aspect numérique -Méthode d'intégration temporelle: schéma de leap-frog sur les ondes de gravité et inertielle Les ondes acoustiques sont intégrées explicitement avec un schema de RungeKutta au 3eme ordre -Méthode de discrétisation spatiale La discrétisation horizontale est basée sur la température potentielle permettant la conservation des quantités (entropie, humidité et mouvement) du 1er ordre. La discretisation verticale est basée sur un schéma décentré au 3 nd ordre.

16 ARW-NMM Exemple de différence d'interpolation verticale entre NMM et ARW Interpolation coord.p et interpolation Sigma.

17 MM5-RAMS-WRF Ancienne génération: MM5 remplacé par le WRF. -Modèle MM5 définitivement arrêté et remplacé par WRF depuis Equations identiques au WRF Grille ARAKAWA B Schema Leap-Frog pour la discrétisation horizontale Schéma semi-implicit pour l'intégration temporelle Coordonnée verticale ETA Nesting Non-hydrostatique Problème ou Limite Pas de paramétrisation de la turbulence de sous-échelle (contrairement au WRF) Problème de topographie (mnt>=2km): Microphysique et Prévision des pluies souvent erronée sur PACA Certains schémas physiques ont été améliorés ou modifiés (microphysique, couche limite de surface)

18 MM5-RAMS-WRF Champ de vent prévu par le MM5 et WRF-ARW: Résolution MM5: 4km Résolution ARW: 3km

19 MM5-RAMS-WRF Champ de température prévu par le MM5 et WRF-ARW: Résolution MM5: 4km Résolution ARW: 3km

20 MM5-RAMS-WRF Modèle RAMS (Régional Atmosphéric System Modeling) Equations identiques au WRF Grille ARAKAWA C Schema Leap-Frog pour la discrétisation horizontale Coordonnée verticale sigma-z Projection polaire-stereographique Possibilité Intégration temporelle : plusieurs options (schéma de leap-frog, schéma hybride..) Configuration hydrostatique ou non-hydrostatique Emboitement de grilles Choix de la topographie

21 Grilles et données Modèles: Grilles de calcul et données

22 Grilles et données Le modèle est adaptable sur plusieurs zones géographiques du globe. Modèle ARW adapté pour la Nouvelle-Calédonie

23 Grilles et données Modèle NMM adapté pour la PACA (mode opérationnel) Configuration 3grilles de calcul: Résolution x-y: 10km-3km-1.5km Résolution z: 38niveaux verticaux Grille 3km Grille 1.5km

24 Grille et données Modèle NMM adapté pour la PACA (mode opérationnel) Configuration 3grilles de calcul: Résolution x-y: 10km-3km-1.5km Résolution z: 38niveaux verticaux Grille 10km

25 Grilles et données Grille PACA 3km Modèle ARW adapté pour la PACA et Corse (mode opérationnel) Configuration 1grille de calcul: Résolution x-y: 3km Résolution z: 38niveaux verticaux Zoom Corse 3km

26 Grille et données Modèle RAMS 1 configuration: 2 grilles: 10 et 3km 1 configuration: 2 grilles: 1000 et 500m avec topo 90m Grille 3km Grille 10km

27 Grille et données Modèle RAMS 1 configuration: 2 grilles: 10 et 3km 1 configuration: 2 grilles: 1000 et 500m avec topo 90m Grille 500m sur Marseille

28 Projection Grilles ARW et NMM: Latitude-longitude rotated-ll Lambert-conformal Mercator polar stereographic NMM ARW RAMS Representation native T2m ARW

29 Projection Grilles Représentation native NMM Température Niveau Z=35 approx:10000m Niveau Z=1 sfc.

30 Projection Grilles Problème du format natif NetCdf: Données projetées suivant grille de calcul Représentation des données sur la surface du modèle Pas d'interpolation ou de transformation en coordonnée Pression Absence de données diagnostiques Conversion en grille standard OMM

31 Format disponible En processing et post-processing, plusieurs formats disponibles pour traitement Format NetCDF ARW NMM x x HDF5 RAMS x GRIB x x x TEXTE x x x Logiciels de traitement Matlab (Netcdf Texte) Grads (Netcdf Hdf5 GRIB) Ferret (Netcdf) Excel (Texte, CSV) IDV (GRIB, NetCDF) GIS Intéractif NCL (Netcdf GRIB HDF5 Texte ) Disponible sur le cluster de calcul sauf IDV et Excel

32 Données disponibles En post-processing NMM 164variables x,y,z,t ARW 117variables x,y,z,t RAMS 1 à 130variables x,y,z,t ARW NMM RAMS Criteres d'instabilité x x Précipitations (convectives et non-convectives) x x x Paramètre conservatif x x x Rayonnement x x x PP,Z,FF,T,VV x x x T2m,FF10m,HR x x x Microphysique x x x

33 Temps réel Chaine météo opérationnelle au M.I.O

34 Chaine opérationnelle SST 5h30 Conditions aux frontières/modèles globaux 10h30 Assimilation 3DVAR SST Forcage MARS3D/WW3 Sauvegarde journalière 16h30 22h30 ARW/NMM/RAMS BDD/previ ville PACA GIS-TOSCA Envoi données serveur Toulon Cartes previ Cartes SST Alerte vent Envoi si seuil>50km/h

35 Chaine opérationnelle Accessible site web MIO

36 Chaine opérationnelle Exemple prévision SOMLIT sur 5j Extraction des données de la Base de Données pour le point SOMLIT La plupart des villes de PACA et Corse sont disponibles sous ce type de format et présent dans la BDD

37 Chaine opérationnelle Prevision temps sensible Site web TOSCA-GIS

38 Chaine opérationnelle Site web TOSCA-GIS

39 Application Exemple d'application: Logiciel MaxSea

40 Meteo et navigation Logiciel MAXSEA

41 Meteo et navigation 00Z Logiciel MAXSEA 03Z

42 Meteo et navigation 06Z Logiciel MAXSEA 09Z

43 Meteo et navigation 12Z Logiciel MAXSEA 15Z

44 Meteo et navigation 18Z Logiciel MAXSEA 21Z

45 Application Exemple d'une interaction atmosphère/océan Médicane novembre 2011

46 Exemple: MEDICANE MEDICANE Les précurseurs d'altitude Anomalie positive de PV

47 Exemple: MEDICANE MEDICANE En basse couche Gradient de T important à 850hPa: 12/14deg et 4/6deg Talweg évoluant en cut off au niveau des Baleares

48 Exemple: MEDICANE MEDICANE Type de perturbation possible grâce a des températures anormalement chaudes et réserve énergétique importante en mer Energie potentiellement dispo en mer Température prévue a 03Z le 6/11

49 Exemple: MEDICANE Animation vent 925hPa du 06 au 09/11 MEDICANE

50 Exemple: MEDICANE Animation pluies horaire du 06 au 09/11 MEDICANE

51 Exemple: MEDICANE MEDICANE Accumulation précipitation sur 72h: période 6 nov au 9 nov 2011

52 Application Exemple de structure verticale: une piste pour connaître l'origine des polluants/aérosols

53 CLA Circulation des polluants directement liée aux conditions météo Régime atmosphérique Type de masse d'air Condition aérologique: stable/instable Etat de la couche limite Outil pour connaître la structure verticale de l'atmosphère: Emagramme

54 CLA Profil vertical issue du NMM

55 CLA Diffusion des polluants: profil vertical des VV subsidence/ascendance Profil vertical W sur Allauch Profil vertical W sur la Mede

56 CLA Diffusion des polluants: profil vertical des VV subsidence/ascendance Profil vertical TT sur Bonneveine Profil vertical TT sur l'estaque

57 CLA Circulation des polluants: régime des vents dans CLA Aubagne 850hPa Frioul 925hPa 950hPa 10m

58 CLA La connaissance de la structure verticale permet de définir -l'éclairement arrivant à la surface en un point ou une zone -la clarté du ciel Projet en cours de développement: météorologie pour l'astronomie

59 FIN MERCI

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