ASSIMILATION DE DONNEES EN METEOROLOGIE Saint-Mandé ; 21 mai 2015

Dimension: px

Commencer à balayer dès la page:

Download "ASSIMILATION DE DONNEES EN METEOROLOGIE Saint-Mandé ; 21 mai 2015"

Virginie Gagnon
il y a 7 ans
Total affichages :

1 ASSIMILATION DE DONNEES EN METEOROLOGIE Saint-Mandé ; 21 mai 2015 Les modèles de prévision météo leurs besoins en observations. L'assimilation des observations dans les modèles météorologiques (opérationnels). Des algorithmes d'assimilation capables d'utiliser la grande variété de systèmes d'observation? Impact des observations sur la météorologie et la qualité des prévisions numériques. L'assimilation pour les réanalyses climatiques (l'exemple de la réanalyse ERA-20C)

2 Equations in meteorology dv = dt Lagrangian (or particle) dt = dt approach V = t Eulerian T = t approach Hydrostatic Approximation u = t v = t T = t q = t ps = t } Euler equations dp = -ρ g dz = -ρ dφ

3 Les modèles français pour la prévision du temps ARPEGE (Maille var 7.5 à 36km) - AROME(Maille 1.3km) Modèle européen (CEPMMT) Modèles pour Outre-Mer

5 Pour AROME

6 MONITORING ET ASSIMILATION DES OBSERVATIONS Principe Toute variable observée est comparée à son homologue modélisée (en pratique dernière prévision numérique disponible, à 3, 6 ou 12h d échéance = guess ou background) y : vecteur colonne contenant toutes les variables élémentaires observées. Dim y ~ 107 pour mod. CEPMMT X: vecteur colonne contenant toutes les variables d'état (historiques) du modèle. Dim X ~ 109 pour mod. CEPMMT y se compare à X par l intermédiaire d un opérateur d observation H: «y-hx» est le vecteur colonne des innovations = écarts entre quantité observée et modélisée H peut être très simple proche de l identité (rare), le plus souvent complexe car les mesures instrumentales ne se comparent pas aisément aux variables du modèle. Le calcul des «y-hx» (pour X = Xb = background) est un préalable à toute assimilation de données. Ce calcul sert aussi au monitoring des obs: suivi disponibilité et qualité.

7 MONITORING DES OBSERVATIONS Utilisation des «Y-HX» y-hxb = O B = (O T) (B T) = εo - εb Statistiques sur les innovations par observation individuelle (série chronologique), par moyenne spatiale et temporelle Var (εo εb) = Var (εo) + Var(εb) L opérateur H est lui-même affecté d une erreur appelée «erreur de représentativité», souvent combinée à l erreur instrumentale et incluse dans εo pour les calculs statistiques. Analyse = Xa = Xb + K(y-HX). permet de faire les mêmes stats sur «y-hxa»

8 Principle of 4D-VAR assimilation obs Jo Previous forecast analysis Jo obs xb Jb xa 9h obs Corrected forecast Jo 12h Assimilation window 15h

17 Radio occultation geometry = the path of the ray perigee through the atmosphere

20 20 Interactions entre ondes GPS et milieu traversé Les interactions macroscopiques entre ondes électromagnétiques GPS et milieu traversé peuvent être résumées via l indice de réfraction n Direction de propagation n est pas une ligne droite Vitesse de propagation inférieure à celle de la lumière dans le vide Influences des propriétés physiques du milieu sur la réfraction Formule de la réfractivité (N) Pd ne e e n = N = k1 + k2 + k3 2 + C 2 T T T f 6 Pd: pression partielle d air sec e: pression partielle de vapeur d eau T: température ne: Densité en électrons e.g. Bevis et al., 1994 k1= 77.6 K.hPa-1 k2= 71.2 K.hPa-1 k3= 37.5 x104 K2.hPa-1 C= 4.03 x107 m-3.hz2 Deux signaux météo: rho (densité) et q (humidité) Journée Prévision Numérique Utilisation du GPS Temps, en météo 10 Juin 2008

21 Processus d inversion des mesures d occultation radio GPS Pour une séquence d enregistrements d occultation radio 1. Raw phase measurements Smoothing & differentiation 2. Doppler frequency shifts Doppler inversion 3. Bending angles (atmos.&ionos.) Ionospheric correction 4. Bending angles (atmos.) Abel inversion 5. Refractivity (atmos.) 1DVAR retrieval 6. Temperature and/or humidity retrievals Peut être modélisé à partir d un modèle météo

22 22 Différentes observations GPS Emetteur GPS (orbite ~ km) Récepteur GPS sur satellite (orbite km) Récepteur GPS au sol Observations depuis l espace intégrations horizontales (occultation radio) Observations depuis le sol intégrations verticales Journée Prévision Numérique Utilisation du GPS Temps, en météo 10 Juin 2008

23 Principe de la mesure GPS-sol ray o n Station GPS sol récepteur GPS Mesure du délai induit par l atmosphère, ramené à la verticale sommet de l'atmosphère Délai (zénithal) total ZTD = [ n( s ) 1]ds récepteur GPS Hautes fréquences dans le signal: Variations du contenu intégré en vapeur d eau Haute résolution temporelle (typiquement 15 minutes), mais observations corrélées dans le temps

26 Explosion du nombre d'observations Exemple du CEPMMT

27 Impact des obs sur la prévision à 24h (ARPEGE) Voir La Météorologie, mai 2015

28 Les réanalyses climatiques - Faites sur de longues périodes avec les mêmes outils Que ceux servant à la prévision météorologique Plusieurs jeux de réanalyse utilisent un maximum de données observées. - ERA-20C est la réanalyse européenne couvrant tout le 20E siècle ( ). -...Faite avec très peu d'observations : données de pression en surface plus données de vent des bateaux. - an moyen d'un ensemble de 10 assimilations 4D-Var

29 Réanalyse 1er-2 août 1914

31 CONCLUSIONS - Les méthodes d'assimilation en météo se sont modernisées sur (1) La cohérence spatio-temporelle des analyses produites ; (2) La cohérence avec la dynamique des modèles de prévision ; (3) La capacité à assimiler de gros volumes d'observation de type très divers. (4) La capacité à estimer l'incertitude d'une analyse ou d'une Prévision (méthodes d'ensembles) ==> Forte amélioration des prévisions opérationnelles. - Ces mêmes méthodes sont utilisées en réanalyse climatique et ont montré leur capacité à rester efficaces avec très peu d'observations

Documents pareils

Champ électromagnétique?

Qu est-ce qu un Champ électromagnétique? Alain Azoulay Consultant, www.radiocem.com 3 décembre 2013. 1 Définition trouvée à l article 2 de la Directive «champs électromagnétiques» : des champs électriques