Analyses et prévisions météo
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1 Contribution de LEFE à la recherche pour l’observation, la surveillance et la prévision de l’océan et de l’atmosphère Analyses et prévisions météo Pascale DELECLUSE Colloque LEFE 13-15 janvier 2014 Toulouse 2 La vision LEFE – IMAGO (AO 2012) Enjeux suite au séminaire de prospective de Grenoble 2011 Améliorer la prévision à court et moyen terme de la circulation atmosphérique et océanique, de l’état de l'atmosphère, de la surface continentale et du milieu marin Améliorer la compréhension et la simulation de la variabilité du climat et de ses processus aux échelles intra-saisonnière à décennale, la compréhension et l'estimation de sa prévisibilité. Améliorer la compréhension, l’attribution, la simulation de l’évolution à long terme des climats passés et futurs, y compris les changements abrupts et les événements extrêmes. Ces trois enjeux scientifiques sont en pleine adéquation avec les prospectives et les priorités des grands programmes internationaux (e.g. WCRP-CLIVAR, GEWEX, CLIC, IGBP-PAGES). Colloque LEFE 13-15 janvier 2014 Toulouse 3 Le Programme Mondial de Recherche sur le Climat WCRP Colloque LEFE 13-15 janvier 2014 Toulouse 4 WCRP Core Projects Climate and Cryosphere (CliC): évaluer et quantifier les impacts de la variabilité et du changement climatique sur toutes les composantes de lacryosphère et leurs conséquences sur le système climatique et déterminer la stabilité de la cryosphère globale. Climate Variability and Predictability (CLIVAR): observer, simuler et prévoir le systéme climatique terrestre avec un focus sur les interactions océan-atmosphère afin de mieux comprendre la variabilité climatique, la prévisibilité et le changement. Global Energy and Water Cycle Experiment (GEWEX):Les processus atmosphériques et thermodynamiques qui déterminent le cycle hydrologique global et régional, le rayonnement et les transitions énergétiques, et leurs implications dans les changements globaux tels que l’augmentation des GES. Stratospheric Processes And their Role in Climate (SPARC): le rôle significatif joué par les processus stratosphériques dans le climat terrestre avec un focus particulier sur les interactions entre chimie et climat. Colloque LEFE 13-15 janvier 2014 Toulouse 5 Programme Mondial de Recherche Météorologique Objectifs à long terme Améliorer la sécurité publique et la productivité économique en accélérant la recherche sur la prévision des événements météorologiques à fort impact; Démontrer l’amélioration de la prévision du temps, avec un accent sur les événements à fort impact par l’exploitation des avancées dans la compréhension scientifique, la conception de réseaux d’observation, l’assimiliation de données et les techniques de modélisation et les systèmes d’information; Améliorer la compréhension des processus atmosphériques importants pour la prévision du temps par l’organisation de programmes de recherche dédiés; Encourager l’utilisation des avancées les plus pertinentes en termes de systèmes de prévision du temps pour le bénéfice de tous les programmes OMM et de tous les membres; Maintenir un fort focus sur les opportunités de formation pour les jeunes scientifiques, en particulier pour les pays en voie de développement, pour que le plus nombre de pays soit capable de contribuer et de bénéficier des avancées de la recherche Colloque LEFE 13-15 janvier 2014 Toulouse 6 Colloque LEFE 13-15 janvier 2014 Toulouse 7 WWRP Strategic Plan Plan d’implémentation 2009-2017 qui couvre des activités transversales à l’interface entre : – – – – prévision immédiate méso-échelle méso-échelle / global prévision du temps au climat recherche pour améliorer la prévision du temps et préparer les services climatiques Systèmes de prévision d’ensemble du temps Convection tropicale Prévision intra-saisonnière à saisonnière Prévision polaire Colloque LEFE 13-15 janvier 2014 Toulouse 8 5 axes thématiques (AO IMAGO 2012) Rôle des processus et de leurs couplages sur le climat, la météorologie, l'état de la surface continentale et du milieu marin Modes de variabilité, téléconnexions et prévisibilité climatique Sensibilité climatique et rétroactions physiques et biogéochimiques Spécificités régionales du climat: compréhension, prévision, descente d'échelle Mécanismes de variabilité du cycle de l’eau et du niveau des mers Colloque LEFE 13-15 janvier 2014 Toulouse 9 LEFE- MANU 2012 Objectif : susciter des travaux sur des développements théoriques, algorithmiques et/ou transversaux en assimilation de données, sans restriction aucune. La prospective Océan-Atmosphère 2010-2011 a cependant mis en avant le souhait de développer l'assimilation de données: – – – – – en contexte fortement non linéaire, avec notamment le filtrage d’ensemble (Kalman, particulaire), pour les hiérarchies de modèles et les observations multi-échelles; pour les systèmes couplés; pour mieux comprendre et améliorer les modèles physiques, par exemple en appliquant des méthodes d'estimation de paramètres ou de forçages externes; pour de nouveaux types de données (par ex. les images et les données lagrangiennes…) Il convient aussi de renforcer le développement d'approches efficaces permettant l'usage de méthodes d'ensemble à des coûts raisonnables, et de réfléchir à la notion d’optimalité du triptyque modèle / données / méthode d’assimilation. Une ouverture aux nouvelles applications est toujours recherchée, comme par exemple l'assimilation pour les modèles climatiques. Colloque LEFE 13-15 janvier 2014 Toulouse 10 Actions soutenues par LEFE -1 Développement des connaissances – – – – – – – – EPIGONE: (Excitation, Propagation et Impact au sein du Guide d’ONdes de l’atlantiquE nord) CNRM-GAME, LMD, LA => THORPEX VOASSI / CDFr : synoptic and climate variability in the South Western Indian Ocean, including cyclogenesis, downscaling of climate variability rainfall and upper ocean processes LOCEAN LMD LA, LACy, CRC, LE2P, CERFACS, CNRM, LEGOS INEV Interaction Neige et Vent CNRM-GAME, ETNA (IRSTEA), LEGI, LGGE MOdeling for KAtabatic flow and turbulent MIXing LEGI CNRM-GAME Transition: Etude des processus turbulents pendant la transition de fin d'après-midi de la couche limite convective (campagne de mesures du projet BLLAST) LA + LMD, CNRM-GAME, LPCA Convection tropicale et impact sur la région de la tropopause tropicale (LMD, LA) Influence du couplage océan-atmosphère sur les caractéristiques des cyclones dans l’Océan Indien LOCEAN LEGOS CORIOLIS … Colloque LEFE 13-15 janvier 2014 Toulouse 11 Actions soutenues par LEFE -2 Un cadre d’évaluation des modèles atmosphériques dans des situations bien observées – Campagnes (ou accompagnement de campagnes) AMMA, BLLAST, COPS, MISTRALS, FENNEC – FENNEC – The Saharan Climate System Une (ou des) stratégie(s) d’amélioration des paramétrisations (utilisées, ou en amont, pour la Prévision Numérique du temps) – DEPHY: Développement et Evaluation des PHYsiques des modèles de climat et prévision du temps – Transition: Etude des processus turbulents pendant la transition de fin d'après-midi de la couche limite convective (campagne de mesures du projet BLLAST) LA + LMD, CNRM-GAME, LPCA – QUASPPER (Quantitative Assessment and modeling of Snow Physical PropERties) CNRM-GAME, LEGGE – INEV Interaction Neige et Vent CNRM-GAME, ETNA (IRSTEA), LEGI, LGGE Colloque LEFE 13-15 janvier 2014 Toulouse 12 Actions soutenues par LEFE -3 Recherche pour assimiler de nouvelles observations – ANTYDOTE (Assimilation of new remote-sensing data types in AROME) CNRM-GAME, LA, LaMP, LSEET, LATMOS Amélioration des techniques d’assimilation – Joint resolution of perturbed analysis equations in an ensemble variational assimilation CNRM-GAME – Forecast errors in clouds and precipitation at convective scale CNRM-GAME – 4D modeling of forecast error covariances in ensemble variational assimilation CNRM GAME Colloque LEFE 13-15 janvier 2014 Toulouse 13 Evaluation approfondie de modèles ex : Accompagnement BLLAST LA, LMD, CNRM-GAME, LPCA Objectif : étude des processus turbulents pendant la transition de fin d'après-midi de la couche limite convective Méthode/retombées : Utilisation des observations BLLAST pour évaluer les modèles opérationnels AROME & ARPEGE : phase de transition de fin d’après-midi Ex : Cas du 1er juillet 2011 Structure verticale Rôle du nouveau schéma de couche limite (Pergaud et al, 2010) Colloque LEFE 13-15 janvier 2014 Toulouse 14 Amélioration des paramétrisations (1) DEPHY: Développement et Evaluation des PHYsiques des modèles de climat et prévision du temps LMD CNRM-GAME LGGE Objectif : regrouper et coordonner les efforts de développement et d’évaluation des paramétrisations des processus atmosphériques dans les modèles climat et prévision du temps pour guider le développement de paramétrisations Méthode :simulations explicites LES/CRM pour construire cas 1D, utilisation des observatoires atmosphériques, évaluation croisées climat/PNT, pour les couches limites stables, , couches limites convectives et convection profonde Retombées : guider les paramétrisations physiques pour la prévision du temps Ex : Analyse conditionnelle dans des simulations LES traceur émis en surface et transporté par la turbulence de couche limite 1. 2. 3. 4. Couvreux et al, 2010 Colloque LEFE 13-15 janvier 2014 Toulouse Amélioration de la représentation des thermiques : échanges latéraux Rio et al, 2010 Amélioration de la représentation des cumulus : paramétrisation des nuages Perraud et al, 2011; Jam et al, 2013 Amélioration de la représentation de l’initiation de la convection profonde : analyse des caractéristiques des cumulus (taille et vitesse al, 2010 verticale maximale) Rochetin Rio et al,et 2014 Adaptation de cette analyse conditionnelle pour la compréhension de la modification des caractéristiques des thermiques dans la zone grise de la turbulence Honnert et al, in preparation 15 Amélioration des paramétrisations (2) INEV Interaction Neige et Vent CNRM-GAME + ETNA (IRSTEA), LEGI , LGGE Objectif : améliorer la comprehension du transport de la neige par le vent Méthode : 2 campagnes de terrain au col du Lac Blanc, amélioration de paramétrisation et développement d’un modèle couplé atmosphère/transport de neige Retombées : modélisation en zone de relief, prévision des avalanches Ex; Simulation du transport de neige par un modèle couplé atmosphère/neige entre 1h et 23 h le 18 mars 2011 Colloque LEFE 13-15 janvier 2014 Toulouse Assimilation de nouvelles données ANTYDOTE (Assimilation of new remote-sensing data types in AROME) CNRM-GAME, LA, LaMP, LSEET, LATMOS Objectif : développer l’utilisation de nouveaux types de données de télédétection pour améliorer la prévision numérique du temps à l’échelle convective Méthode : nouvel opérateur d’observation pour le lidar vapeur d’eau, la réflectivité des profileurs de vent, observations polarimétriques et réfractivité par radar précipitations, observations satellites en zone nuageuse et radiomètres micro-ondes au sol. Test lors des campagnes COPS, BLLAST et HYMEX (en cours). Retombées : intégration dans projets ANR et COST pour préparer analyses et prévisions opérationnellespour guider le développement de paramétrisations Ex : Impact de l’assimilation des obs lidar vapeur d’eau sur la prévision du taux de précipitation dans AROME Colloque LEFE 13-15 janvier 2014 Toulouse Ex: Correlation entre simulations et observations montrant le gain avec assimilation de la LST (canal IR10.8) 16 17 Développement des techniques d’assimilation Joint resolution of perturbed analysis equations in an ensemble variational assimilation CNRM-GAME Objectif : explorer différentes techniques pour réduire le coût des minimisations qui doivent être faites dans un ensemble d’assimilations variationenlles Méthode : améliorer le point de départ d’une nouvelle solution perturbée, avec des séries de vecteurs de Lanzos issus d’un ensemble d’assimilations avec perturbation Retombées : réduction du coût global d’une assimilation d’ensemble variationnelle. 1 stand-alone minim. 1x10 vectors 5x10 vectors 10x10 vectors Colloque LEFE 13-15 janvier 2014 Toulouse 18 Conclusions - Apport significatif de LEFE (IMAGO et MANU) - pour le développement des connaissances en météorologie, - pour la préparation et l’exploitation de grandes campagnes, - le développement d’un cadre conceptuel d’évaluation des modèles et leurs paramétrisations, - l’apport de nouveaux processus à intégrer (neige), - l’apport de nouvelles données à assimiler, - l’exploration des nouvelles méthodes numériques (assimilation) - Un + : un continuum météo/climat Un - : manque de visibilité des questions météo Recommandation : mieux intégrer la dynamique WWRP/WMO avec projets dans la suite de THORPEX : - S2S : projet prévision sub saisonnière à saisonnière - PPP : projet prévision polaire - Et HIW (High Impact Weather) avec action phare : campagne T-NAWDEX au milieu de l‘Atlantique en 2016 Colloque LEFE 13-15 janvier 2014 Toulouse
