Les modèles utilisés par Météo-France. Cécile GAUTIER Météo-France

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Timothée Bastien
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1 1 Les modèles utilisés par Météo-France Cécile GAUTIER Météo-France

2 Paramètres météorologiques et pollution de l'air 2 Paramètres météorologiques pertinents dans les mécanismes de pollution de l air : le vent qui peut transporter, brasser, diluer. Il joue un rôle important dans la dispersion ou l accumulation des polluants. la turbulence qui diffuse : en air plus turbulent, les zones sont plus étendues mais les concentrations moindres. la stabilité thermique qui pilote la turbulence donc le mélange. L efficacité du mélange dépend de la stabilité thermique (en air stable : mélange faible des polluants, en air instable : mélange fort). 2 sources la température (influences sur changements d état de la matière, sur la cinétique des changements d état et des réactions chimiques, sur la concentration maximale dans l air) les nuages dont les gouttelettes les constituant piègent, dissolvent, enveloppent. les précipitations qui lessivent. Les conditions atmosphériques ne sont pas responsables de la pollution mais la favorisent ou l'atténuent.

la stabilité thermique qui pilote la turbulence donc le mélange.

3 Des modèles météorologiques 3 Pour la prévision du temps, Météo-France développe et utilise des modèles numériques de l atmosphère. Ces modèles connaissent à tout instant, tout autour de la terre, et du sol au sommet de l atmosphère, les paramètres météorologiques tels que : température, vent, humidité, pression, précipitations, couches nuageuses. Ces paramètres sont prévus jusqu à 10 jours d échéance. Les modèles d'atmosphère sont utilisés pour la prévision du temps et pour alimenter d autres modèles, comme les modèles : de prévision des vagues, de prévision des surcotes, de transport de polluant,

température, vent, humidité, pression, précipitations, couches nuageuses. Ces paramètres sont prévus jusqu à 10 jours d échéance.

4 Une mise en boîte de l atmosphère 4 1. On découpe : l atmosphère en boîtes du sol au sommet : leur projection sur la surface est la «maille» du modèle, aussi appelée résolution horizontale du modèle. l échéance de prévision en courts intervalles de temps, appelés «pas de temps». Dans chaque boîte : 2. les mesures météorologiques (température, pression, vent, humidité) au sol et en altitude sont assimilées par le modèle et interpolées pour définir un «état initial» de l atmosphère. 3. l évolution des paramètres météorologiques est calculée à partir de l état initial, de «pas de temps»en «pas de temps»jusqu à atteindre l échéance souhaitée. Les calculs du modèle sont des moyennes dans chaque boîte : si les boîtes sont trop grossières, la description de l'atmosphère ne peut pas être précise. Nécessité d adapter la maille aux phénom nomènesnes à prévoir

les mesures météorologiques (température, pression, vent, humidité) au sol et en altitude sont assimilées par le modèle et interpolées pour définir un «état initial» de l atmosphère. 3.

5 Les différentes échéances de prévisions 5 6h 5j 10j 1 mois PI CE ME LE Prévision Immédiate (PI) Courte Echéance (CE) Moyenne Echéance (ME) Longue Echéance (LE) Echéance Quelques heures Quelques jours De 5 à 10 jours Au-delà de 10 jours Phénomènes phénomènes de taille caractéristique d environ 50 km : orages, lignes de grains/rafales, averses, brouillards,... phénomène de taille caractéristique d environ km : arrivée d une perturbation, d une tempête taille caractéristique d environ km : indications sur le type de temps, sur une tendance un signal sur les conditions moyennes à attendre sur les 2 semaines àvenir (température, précipitations) Actuellement, pas de modèle d atmosphère unique embrassant l ensemble des échelles de temps.

.. phénomène de taille caractéristique d environ 2 000 km : arrivée d une perturbation, d une tempête taille caractéristique d environ 7 000 km : indications sur le type de temps, sur une

6 La chaîne de prévisions du temps 6 Des observations (sol, altitude) qui vont être assimilées par des modèles numériques simulant l évolution de l atmosphère, tournant sur des calculateurs permettant d obtenir des cartes de prévisions de températures, vents, pressions, en surface et en altitude : analysées et expertises par des prévisionnistes

sur des calculateurs permettant d obtenir des cartes de prévisions de températures,

7 Les différents modèles d atmosphère 7 Modèle CEP (modèle européen) Domaine : mondial Résolution horizontale : 14 km Nombre de niveaux sur la verticale : 137 Pas de temps : 15 minutes Echéances : 240 heures (réseaux de 0h et 12h) à 90 heures (réseaux de 6 et 18 h) Modèle ARPEGE (modèle Météo-France et CEP) Domaine : mondial Résolution horizontale : maille variable, 10 km sur la France à 60 km aux antipodes Nombre de niveaux sur la verticale : 70 Pas de temps : 10 minutes Echéances : 60 heures (réseau de 18 h) à 102 heures (réseau de 0h) ; 4 réseaux/jour Modèle AROME (modèle Météo-France) Domaine : aire limitée sur la France, conditions aux limites alimentées par Arpège, forçage toutes les heures par Arpège Résolution horizontale : 2,5 km Nombre de niveaux sur la verticale: 60 Pas de temps : 1 minute Echéances : 30 heures (réseau de 0h, 3h, 6h, 18h) à 36 heures (réseau de 12h) ; 8 réseaux/jour

antipodes Nombre de niveaux sur la verticale : 70 Pas de temps : 10 minutes Echéances : 60 heures (réseau de 18 h) à 102 heures (réseau de 0h) ; 4 réseaux/jour Modèle AROME (modèle Météo-France)

8 8 Assistance de Météo-France en cas de pollution On distingue 2 types de pollutions : la pollution accidentelle. Emission ponctuelle => alertes environnementales la pollution chronique. Emission surfacique (cadastres) => qualité de l air Origines de la pollution : nucléaire (Météo-France est CMRS (Centre Météorologique Régional Spécialisé) sur zone Europe et Afrique) non nucléaire : chimiques, hydrocarbures, éruptions volcaniques (Météo-France est VAAC (Volcanic Ash Advisory Centers) ) VAAC CMRS Alertes environnementales. Cadre national et institutionnel : assistance auprès des autorités nationales et locales en cas d urgence environnementale, à la cellule de crise préfectorale, à l IRSN et à EDF pour les alertes nucléaires dans le cadre de conventions, en cas d alerte chimique, convention avec l INERIS. Surveillance de la Qualité de l'air : 1 convention-cadre Météo-France et DGEC, avec des déclinaisons régionales par des conventions bilatérales entre Directions Interrégionales de Météo-France et AASQA : en période normale : mise à disposition de données météorologiques observées et prévues (AROME et ARPEGE), en période d alerte : accès à un site extranet avec des prévisions météorologiques expertisées et un bulletin d information météorologique spécifique

chimiques, hydrocarbures, éruptions volcaniques (Météo-France est VAAC (Volcanic Ash Advisory Centers) ) VAAC CMRS Alertes environnementales.

9 Modèles de dispersion 9 La modélisation de la dispersion comprend 3 ingrédients essentiels : la représentation de la source (ce qui est émis dans l atmosphère et de quelle manière : dépend du scénario de l accident), le forçage météorologique (vent, température, humidité, stabilité verticale ), le traitement numérique du transport atmosphérique (représentation explicite ou paramétrisée, choix du schéma de transport). Différentes techniques existent : choix guidé par les échelles de temps et d espace. Modèles de dispersion utilisés à Météo-France : PERLE pour l échelle locale à régionale, MOCAGE-Accident pour l échelle régionale à globale. En cas de crise, la méconnaissance de ces éléments génère une incertitude forte sur le résultat de la simulation.

paramétrisée, choix du schéma de transport). Différentes techniques existent : choix guidé par les échelles de temps et d espace.

10 Outils disponibles en cas de pollution accidentelle 10 Transport Courte distance Échelle de distance : 1-2km < L < 300km Échelle temporelle : < 12-24h Objectif : estimer la zone proche (<10km) qui serait immédiatement impactée en cas de rejet accidentel sur une centrale nucléaire et sur quelques autres sites sensibles de France. Zone Sous le Vent (ZSV) : production automatique toutes les heures sur une vingtaine de sites utilisation de mesures météorologiques locales (réalisées par les exploitants), complétées par des données du modèle de méso-échelle AROME Modèle Perle : expertise indispensable du prévisionniste pour choisir le meilleur modèle de forçage météorologique et analyser les résultats Transport Longue distance Échelle de distance : L > 300km Échelle temporelle : de 6-12h à quelques jours Objectif : fournir très rapidement (moins de 5mn) une estimation de la trajectoire de particules d air, n importe où sur le globe sorties de MOCAGE Accident. Nécessité de l expertise d un prévisionniste pour accompagner ces sorties d un bulletin contenant des informations sur le niveau d incertitude associé utilisation de l outil Trajectoire en mode «rétro» : permet de donner des indications spatio-temporelles sur l origine d une pollution détectée (rétro-trajectoires) Mise à disposition des sorties + bulletin d expertise visualisation et mise à disposition sur site web CMC (

Zone Sous le Vent (ZSV) : production automatique toutes les heures sur une vingtaine de sites utilisation de mesures météorologiques locales (réalisées par les exploitants), complétées par des

11 Qualité de l air 11 La plateforme Prév air ( : dispositif unique en Europe (Airnow en Amérique du Nord) qui utilise les modèles de chimie-transport 3D CHIMERE (CNRS-INERIS) et MOCAGE Qualité de l Air (Météo-France) associés à des prévisions météorologiques (AVN / NCEP + MM5 et ARPEGE, AROME). Le modèle MOCAGE (MOdèle de Chimie Atmosphérique à Grande Echelle) Qualité de l air : modèle développé par le CNRM (Météo-France) : modèle de transport et de dispersion des polluants qui calcule l'évolution de la pollution dans les basses couches de l'atmosphère, à différentes échelles spatiales (Globe, Europe et France) pour des périodes de quelques jours. opérationnel depuis 2005 : 1 réseau/ jour fournissant des prévisions de polluants à 3 jours d échéance Modèle de Chimie-Transport off-line Forçage par champs météorologiques issus de modèle de prévision numérique du temps (vent, pression, humidité, précipitations, vitesses verticales ) Cadastres d'émissions de polluants Transport : par advection (vent), par convection (courants verticaux), par diffusion turbulente Chimie et dépôts : lessivage par les précipitations, dépôt sec à la surface, réactions chimiques, dépôt par sédimentation, décroissance radioactive Représentation des polluants gazeux, liquides et solides contenus dans l air : 120 espèces gazeuses (Ozone, Oxydes d azote, Monoxyde de carbone, ), 4 espèces d aérosols primaires (carbonés (feux de forêt), poussières désertiques, anthropiques (rejets de l industrie, du transport), marins (embruns)). MOCAGE fournit des prévisions des polluants réglementés (O3, NO, NO2, SO2, PM10 et PM2.5), des espèces d aérosols (carbonés, marins), de maxima d indice UV, de poussières désertiques.

prévisions météorologiques (AVN / NCEP + MM5 et ARPEGE, AROME).

12 12 FIN Merci de votre attention

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