Assimilation des observations satellitaires microondes: avancées pour les surfaces continentales et nouveaux développements en cas de nuages

Dimension: px

Commencer à balayer dès la page:

Download "Assimilation des observations satellitaires microondes: avancées pour les surfaces continentales et nouveaux développements en cas de nuages"

Félix Dussault
il y a 8 ans
Total affichages :

1 Assimilation des observations satellitaires microondes: avancées pour les surfaces continentales et nouveaux développements en cas de nuages Fatima Karbou CNRM / GAME En collaboration avec: P. Bauer, W. Bell, O. Bock, A. Geer, E. Gerard, J-P. Lafore, F. Rabier, J-L. Redelsperger Colloque LEFE-Assimilation, Décembre

2 Objectif principal: Mieux décrire l'humidité atmosphérique dans les modèles d assimilation en exploitant l information provenant de plusieurs instruments satellitaires - Réduire la disparité Terre/Mer pour l exploitation des observations - Exploiter les données rejetées du système: observations d'humidité de la basse troposphère - Assimiler les observations nuageuses/pluvieuses au-dessus de toute surface Colloque LEFE-Assimilation, Décembre

3 Exposé tiré de : - Réduire la disparité Terre/Mer pour l exploitation des observations: Karbou, F., E. Gérard and F. Rabier, 2008, Global 4D-Var assimilation and forecast experiments using land surface emissivities from AMSU-A and AMSU- B observations. Part I: Impact of sounding channels, soumis au Weather and Forecasting - Assimilation, pour la première fois, des observations d'humidité de la basse troposphère sur continents Karbou, F., F. Rabier, J-P. Lafore, J-L. Redelsperger and O. Bock, 2008, Global 4D-Var assimilation and forecast experiments using land surface emissivities from AMSU-A and AMSU-B observations. Part II: Impact of adding surface channels on the African Monsoon during AMMA, soumis au Weather and Forecasting -Faisabilité de l assimilation des obs. nuageuses/pluvieuses sur terres: Karbou, F., P. Bauer, A. Geer, W. Bell, 2008, Exploitation of microwave sounder/imager data over land surfaces in the presence of clouds and precipitation, Rapport final SAF-HYDROLOGY. Colloque LEFE-Assimilation, Décembre

4 Contenu Ce que nous apportent les observations micro-ondes Avancées et voies d amélioration Comment assimiler autant d observations sur continents que sur mers? Exploitation des observations d humidité de la basse troposphère Utilisation des observations en ciel nuageux/pluvieux Conclusions & perspectives Colloque LEFE-Assimilation, Décembre

5 1- Ce que nous apportent les micro-ondes (a) Que mesurent les observations micro-ondes? Un rayonnement électromagnétique: émis par la surface et par l atmosphère Ne mesurent pas directement T, Q, Transmission Fréquence (GHz) Suivant la fréquence d observation, le rayonnement électromagnétique interagit avec des composants de l atmosphère: O2 et H2O Canaux fenêtres: atmosphère transparente Canaux de sondage de température et d humidité Colloque LEFE-Assimilation, Décembre

6 1- Ce que nous apportent les micro-ondes (a) Que mesurent les observations micro-ondes? Humidité, 8-10 km AMSU-B canal3: ± 1 GHz AMSU-B canal5: ± 7 GHz Humidité, 2-4 km AMSU-B canal5: 89 GHz AMSU-B Surface Colloque LEFE-Assimilation, Décembre

7 1- Ce que nous apportent les micro-ondes Les radiosondages: mesures de référence pour l atmosphère Colloque LEFE-Assimilation, Décembre

8 1- Ce que nous apportent les micro-ondes (a) Les micro-ondes dans ARPEGE NOAA15 (AMSU-A) NOAA16 (HIRS,AMSU-A, AMSU-B) NOAA17 (HIRS, AMSU-B) NOAA18 (AMSU-A, MHS) MetOp (AMSU-A, AMSU-B, IASI) Aqua (AMSU-A, AIRS) DMSP-F14 (SSMI) Colloque LEFE-Assimilation, Décembre

9 1- Ce que nous apportent les micro-ondes (a) Les micro-ondes dans ARPEGE Malheureusement une grande partie des observations est rejetée lors de l assimilation: L effet de la surface (continentale + neige et glace de mer) L effet des nuages et des précipitations AMSU-B: 3/5 des canaux rejeté sur terres, SSM/I: toutes les obs. rejetées sur terres... Colloque LEFE-Assimilation, Décembre

10 1- Ce que nous apportent les micro-ondes (a) Les micro-ondes dans ARPEGE Pour assimiler les observations ARPEGE doit résoudre un problème inverse : Comment déduire des grandeurs physiques (température, humidité, ) a partir d un signal électromagnétique? Approche Modèle vers Satellite Calcul de l équivalent modèle aux observations: besoin d un opérateur d observation (modèle de transfert radiatif) Ajustement des variables atmosphériques pour réduire l écart entre observations et simulations (besoin d un adjoint de l'opérateur d observation) Colloque LEFE-Assimilation, Décembre

11 2- Comment assimiler autant d obs. sur terres que sur mers (a) Le problème de la surface 1- Disparité entre l assimilation sur océans et sur continents 2- Uniquement les observations qui reçoivent une faible contribution de la surface sont assimilées Carte de densité des observations assimilées du canal 7 d AMSU-A (Température à 8-10 Km) Océans ( emissivite faible ( 0.5), existence de modèles performants ) Continents (emissivite forte ( 1), variable, difficultés de modélisation) Colloque LEFE-Assimilation, Décembre

12 2- Comment assimiler autant d obs. sur terres que sur mers? (b) Une parametrisation dynamique de l émissivité Une parametrisation de l émissivité des surfaces continentales a été introduite dans ARPEGE (Karbou et al. 2006): 1- Estimation à partir des observations sensibles à la surface 2- Mise à jour dynamique suivant les conditions de la surface (pluie, neige, végétation...) 3- Opérationnelle à Météo-France depuis Juillet Ancien modèle d émissivité Colloque LEFE-Assimilation, Décembre 2008 Slide 12 / 22

13 2- Comment assimiler autant d obs. sur terres que sur mers? (b) Une parametrisation dynamique de l émissivité Une parametrisation de l émissivité des surfaces continentales a été introduite dans ARPEGE (Karbou et al. 2006): 1- Estimation à partir des observations sensibles à la surface 2- Mise à jour dynamique suivant les conditions de la surface (pluie, neige, végétation...) 3- Opérationnelle à Météo-France depuis Juillet Augmentation significative du nombre d observations assimilées, amélioration des statistiques obs-model Ancien modèle d émissivité nouveau modèle d émissivité Colloque LEFE-Assimilation, Décembre

14 3- Exploitation des obs. d humidité : enfin sur Terre (a) Situation actuelle Grâce aux développements liés à la surface continentale, il est maintenant possible d assimiler les observations d humidité dans la basse troposphère Situation actuelle: Carte de densité des o b s e r v a t i o n s assimilées du canal 5 d AMSU-B (Humidité à 2-4 Km) Le contenu en information des observations d humidité pas ou peu exploité Colloque LEFE-Assimilation, Décembre

15 3- Exploitation des obs. d humidité : enfin sur Terre (b) Les premiers essais Premiers tests d assimilation des observations AMSU-B de la basse troposphère sur Terres : Canaux 5 et 2 Tests en Juillet-Septembre 2006 TCWV (EXP) - TCWV (CTL) TCWV (CTL) Mise en évidence d un biais d humidité très marqué sur les zones de mousson Colloque LEFE-Assimilation, Décembre

16 3- Exploitation des obs. d humidité : enfin sur Terre (b) Les premiers essais Assimilation des obs. d humidité sur terres: Correction du biais d humidité en accord avec les données GPS (Karbou et a. 2008a-b) Colloque LEFE-Assimilation, Décembre

17 4- Vers l assimilation des obs. en ciel nuageux/pluvieux (a) Etat de lieux Expérience du CEPMMT: assimilation des observations pluvieuses : - Approche en deux temps: restitution du TCWV nuageux; ce dernier est pris comme pseudo-observation dans le modèle (Marecal and Mahfouf (2003)) - Approche directe: Assimilation des radiances directement dans le 4D-Var, Bauer et al. (2006a-b) - Pour le moment: Assimilation sur mers uniquement, sur une sélection de fréquence d observation (SSM/I, TMI, AMSRE) Colloque LEFE-Assimilation, Décembre

18 4- Vers l assimilation des obs. en ciel nuageux/pluvieux (a) Etat de lieux Expérience du CEPMMT: assimilation des observations pluvieuses : - Approche en deux temps: restitution du TCWV nuageux; ce dernier est pris comme pseudo-observation dans le modèle (Marecal and Mahfouf (2003)) - Approche directe: Assimilation des radiances directement dans le 4D-Var, Bauer et al. (2006a-b) - Pour le moment: Assimilation sur mers uniquement, sur une sélection de fréquence d observation (SSM/I, TMI, AMSRE) Des études de faisabilité sont en cours afin de : - Etendre l assimilation des obs. nuageuses sur continents: sélection des canaux candidats à l assimilation - Développement d émissivité, à l origine pour AMSU, ont été étendus vers les instruments SSM/I, TMI, AMSRE et SSMIS - Etudes de sensibilité: parametrisations physiques Colloque LEFE-Assimilation, Décembre

19 4- Vers l assimilation des observations en ciel nuageux/pluvieux (b) Nouvelle modélisation de l émissivité pour SSM/I, TMI, AMSRE et SSMI/S SSM/I, 19V SSMI/S, 19V TMI, 19V EMISSIVITE EN AOUT 2007 AMSRE, 19V Colloque LEFE-Assimilation, Décembre

20 4- Vers l assimilation des observations en ciel nuageux/pluvieux (c) Premiers tests d assimilation de SSMI/S sur toutes surfaces et en ciel nuageux/pluvieux SSMI/S, ch2 Canal Temperature, OBS-MODEL Signatures des nuages bien détectable sur mers et sur terres Colloque LEFE-Assimilation, Décembre

21 4- Vers l assimilation des observations en ciel nuageux/pluvieux (c) Premiers tests d assimilation de SSMI/S sur toutes surfaces et en ciel nuageux/pluvieux Les performances de RT TO V- S C AT: a u s s i s a t i s f a i s a n t e s s u r continents que sur océans Colloque LEFE-Assimilation, Décembre

22 Conclusions Utilisation des observations micro-ondes: Très profitable pour les systèmes d assimilation (contraindre les champs de température et d humidité ) Des progrès importants réalisés pour améliorer leur utilisation (meilleure modélisation de la surface Correction d un biais d humidité grâce à l assimilation des observations d humidité des basses couches Progrès attendus Aller plus loin dans l assimilation en ciel nuageux: sur continents Utilisation des nouveaux sondeurs: SSMI/S, mais aussi SAPHIR et MADRAS de Megha-Tropiques Avancer en parallèle sur l utilisation des observations infrarouges d humidité : IASI Colloque LEFE-Assimilation, Décembre

Documents pareils

Réunion de lancement du projet LEFE DEPHY2

Réunion de lancement du projet LEFE DEPHY2 Développement et Evaluation des PHYsiques des modèles atmosphériques BILAN 45 participants 25 CNRM, 12 LMD, 4 LGGE, 2LA, 1 LSCE, 1 GET 8-9-10 septembre 2014 Observatoire