Applications pré-opérationnelles de MODCOU à Météo-France

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Lucien Champagne
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1 Applications pré-opérationnelles de MODCOU à Météo-France Séminaire modélisation des hydrosystèmes, 22 & 23 avril 2010 F. Rousset-Regimbeau Météo-France

2 Plan de l'exposé : - Historique, présentation des modèles et de leur couplage, validations de la chaîne - Chaîne temps réel et réanalyse climatologique, applications opérationnelles 2. Applications pré-opérationnelles de MODCOU - Prévision d'ensemble des débits SIM : expérimentation au SCHAPI, autres applications de prévision d'ensemble - Perspectives pour les indicateurs sécheresse - Perspectives pour la prévision des étiages et pour la prévision de la ressource en eau à échelle saisonnière 3. Perspectives

3 Historique : SAFRAN : développé au CEN-Météo-France àc 1993 ((Durand et al.) ISBA : développé au CNRM-Météo-France àc 1985 (Noilhan et al.) MODCOU : modèle de l'ensmp (1984 Ledoux et al.), premier couplage avec SAFRAN-ISBA sur le Rhône et l'adour en 1998 (thèse Habets 1998) Application/validation de SIM sur trois grands bassins français : le Rhône (thèse Etchevers 2000), l'adour-garonne (thèse Morel 2002), la Seine (Stage Master Rousset-Regimbeau 2003) Développement, validation et passage en opérationnel de l'application SIM France ( ) Poursuite de la recherche autour de SIM

surface Végétation interactive ISBA (delta-x=8km, delta-t=5 ) + Données physiographiques pour le sol et la

4 entrées Analyse SAFRAN Analyses ARPEGE ou CEP Observations de surface et d altitude Forçage atmosphérique: Pluie, neige, sorties humidité, rayonnements incidents, température,vent E Photosynthèse, Schéma de surface Végétation interactive ISBA (delta-x=8km, delta-t=5 ) + Données physiographiques pour le sol et la Modèle végétation hydrologique Modcou (delta-x=1-8km, delta-t=3h/1j) H Qr G Neige Nappe Q i Qi Débits journaliers

Drainage ISBA Évolution de la nappe -) Équation de Ruissellement ISBA T=3h Transfert de l eau en surface -) Transfert en 2 étapes: maille rivière rivière exutoire -) Isochronisme, biefs Mailles débit

5 Drainage ISBA Évolution de la nappe -) Équation de Ruissellement ISBA T=3h Transfert de l eau en surface -) Transfert en 2 étapes: maille rivière rivière exutoire -) Isochronisme, biefs Mailles débit exutoire carrées T=1j emboîtées 1 à 8 km diffusivité!!! Le système SIM produit des débits dits «naturels» ie les aspects anthropiques type barrages, pompages en rivière, etc.. ne sont pas -) représentés par le modèle!!!

6 + de mailles de surface, mailles souterraines mailles rivières Seine 900 stations hydrométriques Nappes simulées sur 2 bassins Rhône

7 Validation par les débits (article Habets et al. 2007)

8 Validation par les hauteur de neige (article Habets et al. 2007) Hauteur de neige simulée et observée (stat. Nivoses) Validation par les niveau piézométriques (article Habets et al. 2007) Niveaux piézométriques sur la Seine

9 Les chaînes SIM : => Mêmes codes, mais des différents modes de fonctionnement - la chaîne temps réel : La partie SAFRAN-ISBA opérationnelle (supervisée et contrôlée) tourne sur le réseau de J 06H UTC et prend en compte les observations météo disponibles en temps réel (environ 1500 postes). Elle couvre la période J-1 06H J 06H La partie MODCOU (expérimentale, non supervisée) tourne sur le réseau de J 00H UTC pour couvrir la période J-1 00H J 00H (pour les besoins de la prévision) => reconstitue le débit quotidien de la journée de la veille -

10 la chaîne temps réel : fonctionnement et supervision 8h50 TU: mise à disposition des produits horaires SAFRAN BDAP 10h TU: mise à disposition des produits quotidiens SAFRAN et ISBA BDCLIM pour accès Okapi/Climathèque J-1 J 6h 6h Chaîne SAFRAN-ISBA J+1 6h 9h TU: mise à disposition des produits horaires ISBA BDAP

11 la chaîne temps réel : contrôles automatiques Contrôle automatique sorties Safran - SIM temps réel (vent, nébulosité, température de l air, précipitations) depuis mars 2007

12 - la réanalyse climatologique : est réalisée une fois par an en septembre pour couvrir l'année hydrologique écoulée. Elle utilise le maximum d'observations (environ 4500 postes) ainsi que la réanalyse atmosphérique du CEPMMT. La climatologie actuellement disponible couvre la période : 1er août juillet 2009 Chaîne SIM opér. 04/08/ postes RCE : 3500 postes

13 Applications de SAFRAN et ISBA opérationnels : le suivi de la ressource en eau Suivi quotidien état hydrique sols avec le SWI Suivi décadaire / mensuel de la sècheresse sur Contribution mensuelle au BSH national, rubriques eau dans le sol et manteau neigeux.

14 Applications de SAFRAN et ISBA opérationnels : la caractérisation des sécheresses géotechniques avec SIM Évolution du dispositif, passant du bilan hydrique local à la modélisation des états de surface par modèle Safran Isba Modcou (avec la version ISBA-Uniforme) Zones reconnues par la commission Mailles répondant au critère adapté du SWI 2007 Contacts : michele.blanchard@meteo.fr jean-michel.soubeyroux@meteo.fr

Applications de SAFRAN et ISBA opérationnels : pour la prévision des crues Intégration des produits SIM (Safran-Isba) dans le superviseur hydrologique du Schapi; Fourniture de forçages atmosphériques

15 Applications de SAFRAN et ISBA opérationnels : pour la prévision des crues Intégration des produits SIM (Safran-Isba) dans le superviseur hydrologique du Schapi; Fourniture de forçages atmosphériques et bilans de surface spatialisés pour initialisation de modèles hydrologiques évènementiels (BVNE); Etudes sur l utilisation de la combinaison humidité des sols initiale / pluie prévue comme un indice de risque : élaboration d abaques par BV (contribution à la vigilance crues).

16 Plan de l'exposé : - Historique, présentation des modèles et de leur couplage, validations de la chaîne - Chaîne temps réel et réanalyse climatologique, applications opérationnelles 2. Applications pré-opérationnelles de MODCOU - Prévision d'ensemble des débits SIM : expérimentation au SCHAPI, autres applications de prévision d'ensemble - Perspectives pour les indicateurs sécheresse - Perspectives pour la prévision des étiages et pour la prévision de la ressource en eau à échelle saisonnière 3. Perspectives

17 2. Applications pré-opérationnelles de MODCOU La chaîne de prévision d'ensemble des débits SIM : - bonne qualité du modèle en analyse, orienté grands bassins et crues lentes» - la prévision d'ensemble permet une meilleure prise en compte des incertitudes - l'échéance de 10 jours et plus permet d'aller au delà de l'échéance pour laquelle le débit peut ~ se déduire du débit amont Historique : - début de mise en place en tourne quotidiennement en temps réel depuis 2004 (de façon expérimentale, non encore opérationnelle) - tourne sur le réseau de 00H UTC - sorties disponibles vers 20H UTC - produit chaque jour une prévision d'ensemble de débit de 51 membres, à 10 jours d'échéance, pour ~900 stations en France

18 2. Applications pré-opérationnelles de MODCOU La Seine à Paris, crue de mars 2001 (crue décennale) Q90 Q50 Q10 Prévision correcte de l intensité et de la temporalité de la crue (montée, date du pic de crue, décrue) Dispersion correcte Prévision de la crue dès le mars : pré-alerte, alerte

19 2. Applications pré-opérationnelles de MODCOU Chaîne de prévision d'ensemble construite à partir de la chaîne SIM existante : (Rousset-Regimbeau et al. 2007) Prévisions d ensemble 51 membres, 10 jours, T et Precip, + climatologie CEPMMT (1,5 ) Désagrégation spatiale État initial ISBA : Chaîne opérationnelle État initial MODCOU : Chaîne temps réel ISBA (8 km) Validation (schéma de surface) 51 runs ISBA-MODCOU 51 prévisions de débits pour 900 stations en France MODCOU CG/ENSMP Visualisation des sorties de la chaîne (modèle hydrologique)

20 2. Applications pré-opérationnelles de MODCOU Visualisation des sorties de la chaîne de prévision d'ensemble : Tableau d'alerte dépassement de seuil : La Seine à Paris, Février-Mars 2007

21 2. Applications pré-opérationnelles de MODCOU Expérimentation au SCHAPI : Dans le cadre de l'expérimentation générale de SIM au SCHAPI, test des produits de prévision d'ensemble, avec notamment : - Participation de SPC pour le choix des stations à diffuser et des seuils d'alerte - Stages encadrées par le SCHAPI pour les développements de nouvelles visualisations et la définition de seuils d'alerte correspondant aux besoins de la vigilance - Données disponibles chaque jour pour le prévisionniste hydrologique - Fichier de test de ces prévisions (SIM+EFAS) rempli en continu par les prévisionnistes du SCHAPI

22 2. Applications pré-opérationnelles de MODCOU Autres applications de la prévision d'ensemble des débits: - Test par la ville de Toulouse pour prévision du débit de la Garonne - Stage VNF pour besoins liés à la navigation dans le Nord Est de la France (Meuse, Moselle, Meurthe) - IFREMER pour initialisation de modèles côtiers

23 2. Applications pré-opérationnelles de MODCOU Perspectives pour les indicateurs sécheresse : Définition d'indices de sécheresse standardisés, à partir des données SIM moyennées sur x mois - à partir des précipitations SAFRAN pour caractériser les sécheresses «météorologiques» - à partir du SWI ISBA pour caractériser les sécheresses «agricoles» - à partir des débits MODCOU pour caractériser les sécheresses «hydrologiques» Contacts : jean-philippe.vidal@cemagref.fr jean-michel.soubeyroux@meteo.fr

24 2. Applications pré-opérationnelles de MODCOU Perspectives pour la prévision des étiages et pour la prévision de la ressource en eau à échelle saisonnière : - premiers tests avec la DREAL Midi-Pyrénées pour la modélisation des étiages avec SIM - prévision saisonnière hydrologique : thèse de Stéphanie Singla (démarrage octobre 2009) Premiers tests sur 30 ans et étude de sensibilité La Garonne à Tonneins : moyenne trimestrielle (MAM période de fonte nivale période )

25 3. Perspectives Perspectives d'amélioration des chaînes existantes Programme de travail type post-doc (convention MétéoFrance/DGALN SCHAPI), avec notamment : Amélioration de la chaine MODCOU Analyse avec reprise de l'assimilation des débits (développés dans la thèse de Guillaume Thirel) et reprise d'éléments nouveaux pour MODCOU ( nappes? hydraulique rivière?) Amélioration de la prévision d'ensemble : augmentation de la résolution des données d'entrées, extension de l'échéance de prévision, calibration des prévisions d'ensemble, développement de nouvelles visualisations, rejeu de plusieurs mois de prévision pour recalcul de scores, et monitoring continu de la chaîne.

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