conseil supérieur de la météorologie - Météo

MINISTÈRE DE L’ECOLOGIE, DU DEVELOPPEMENT DURABLE ET DE L’ENERGIE
CONSEIL SUPÉRIEUR DE LA MÉTÉOROLOGIE
CSM/SP/EE/N° 2015-1
COMPTE-RENDU DE LA REUNION
COMMISSION "ENVIRONNEMENT-ENERGIE"
DU 20/03/2015
Participants (Saint Mandé)
Carole Bellevaux – Météo-France, correspondante de la commission
Gilles Dixaut – président de la commission santé
Laurent Dubus – EDF R&D
Véronique Eudes – Laboratoire Central de la Préfecture de Police de
Paris
Michel Jouan – RNSA, membre de la commission santé
Raphaëlle Kounkou-Arnaud – Météo-France, secrétaire de la
commission
Marc Larzilière – CITEPA
Jean-Pierre Mac Veigh – Météo-France, secrétaire permanent du CSM
Patrice Mestayer – IRSTV et ASQA Poitou-Charentes
Marjorie Musy – école d’architecture de Nantes et IRSTV
Nathalie Poisson – ADEME
Laurence Rouïl – INERIS, présidente de la commission
Amandine Rousseau – AirParif
Agnès Tamburini – Météo-France (DIRCE/EC)
Participants (Toulouse)
Sylvie Guidotti – Météo-France (DP/Serv/Env)
Sophie Martinoni – Météo-France (DP/Serv/BEC)
Mathieu Sorel – MF (DP/SERV/BEC)
Joël Stein – Météo-France (DP/DPrevi/COMPAS)
***
OUVERTURE DE LA REUNION
La réunion est ouverte par Laurence Rouïl, présidente de la commission « Environnement-Energie »
après un rapide tour de table des participants. Les membres de la commission « santé » du CSM ont
été invités à y participer.
1 – « Modélisation des interactions bâtiment-climat à l'échelle du quartier : les travaux menés à
l'IRSTV », par Marjorie Musy (IRSTV)
Les diapositives de la présentation sont dans le fichier annexe 1.
Marjorie Musy est chercheur au Laboratoire de l’Ecole d’architecture de Nantes
(CRENAU/CERMA) et directrice adjointe de l’IRSTV (Institut de Recherche en Sciences et
Techniques de la Ville). Sa spécialité de recherche est l’interaction environnement urbain/bâtiment.
L’IRSTV est une fédération de recherche CNRS qui regroupe 15 établissements, soit plus de 20
laboratoires, entités CNRS et universités. Cela permet d’aborder des thématiques très différentes au
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travers des différents pôles de recherche (sols urbains, environnement sonore urbain, ville et image,
observatoire nantais de l’environnement urbain (ONEVU qui s’intéresse particulièrement à la
mesure), géo connaissance urbaine, micro climatologie urbaine et énergie, projets urbains durables,
biodiversité urbaine).
En termes de modélisation, deux approches coexistent à l’IRSTV, basées sur les modèles SOLENEmicroclimat et EnvibatE.
1. SOLENE-microclimat
C’est avant tout un outil de recherche.
Le modèle SOLENE est à l’origine un modèle radiatif (développé il y a 30 ans) à partir d’une
géométrie quelconque. L’ajout de la thermique des surfaces et du bâtiment ainsi qu’un couplage
avec l’atmosphère autour du bâtiment permet d’aboutir à SOLENE-microclimat.
Les différentes applications de SOLENE ont trait à la morphologie, l’ensoleillement et la lumière.
Pour SOLENE-microclimat, il s’agit de thermique, micro-climatologie et confort extérieur,
adaptation climatique et consommation énergétique des bâtiments et confort intérieur, en prenant en
compte l’environnement urbain.
Une première phase de validation a eu lieu en 2008 (thèse) et le modèle a été utilisé dans de
nombreux projets de recherche ou expertises (notamment dans le cadre du quartier de la
Confluence à Lyon pour le calcul d’albédos des quartiers afin de mettre en évidence l’impact
climatique de l’aménagement sur les quartiers).
Principe
On part d’un modèle géométrique de base (surface 3D) qui représente des surfaces réalistes en
terme de modélisation urbaine, auquel on adjoint un modèle radiatif (calcul des rayonnements
solaire et diffus, inter-réflexions entre les surfaces et bilan de rayonnement infrarouge) et un modèle
thermique. Celui-ci s’applique au départ à l’échelle du bâtiment et non du quartier et permet la
représentation du bâtiment par étage si on s’intéresse à la thermique du bâtiment, mais une
modélisation microclimatique est également possible. Enfin, un modèle aérodynamique peut
s’ajouter via le code Saturne (aspect encore en évolution et les travaux sont en cours avec des
développeurs d’EDF). Le principe s’appuie sur la mécanique des fluides, mais utilisée de manière
simplifiée.
Le couplage entre les trois modèles se fait au niveau de la température de surface radiative des
parois.
Les mécanismes de transport/diffusion de température suffisent pour la problématique de confort
thermique à l’échelle du bâtiment mais restent un peu limités si on s’intéresse au confort thermique
dans des espaces plus confinés.
Différents modules ont été ajoutés à SOLENE-microclimat lors de thèses :
- Modélisation des toitures et façades végétales avec une modélisation des couches de substrat
relativement simple ;
- Modélisation des arbres : représentation d’un volume dans lequel on calcule des bilans ;
- Modélisation de bassins d’eau : pour de fines couches d’eau en ce qui concerne la partie
évaporative. Ce module est à retravailler pour les études d’impacts du changement
climatique ;
- Modélisation des sols naturels ;
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Ainsi que plusieurs indices de confort (évolution avec les modèles de confort extérieur :
température radiante moyenne, température opérative, PET, PMV, UTCI).
Validation
Le modèle SOLENE-microclimat a été validé grâce à des campagnes de mesure :
- Comparaison avec des mesures aéroportées (caméra infrarouge) collectées lors de la
campagne Capitoul à Toulouse (thèse A. Hénon). On a remarqué des problèmes de
représentation des surfaces dans le modèle mais on a un bon ajustement malgré cela ;
- Comparaison avec des mesures collectées lors de la campagne FLUXSAP2010 à Nantes
dans le cadre du projet VEGDUD avec des mesures dans les sols, toits et façades :
l’approche du bâtiment et le modèle de sol ont ainsi pu être validés, avec des valeurs de
paramètres simulés correctes par rapport aux mesures effectuées dans les murs et dans le
sol ;
- Comparaison avec des mesures de l’HEPIA à Genève.
Applications
Les applications sont multiples :
- Expertise au niveau de quartiers urbains :
o Par exemple, simulation du facteur de vue du ciel (sky view factor) pour déterminer
C’est ce qui a été réalisé pour la 1ère
la qualité de l’éclairage naturel des bâtiments
phase de l’étude « Lyon Confluence » ;
o Calculs morphologiques, de densité, de compacité, d’orientation (à grande échelle
sur des quartiers), de captage solaire par les façades (impact des masques,
orientation)
Cela permet de voir l’effet des formes des bâtiments dans les
quartiers ;
o Analyses classiques pour la maîtrise d’ouvrage dans les projets urbains et qui ne sont
pas proposées par les bureaux d’études classiques : calcul d’albédos, calcul des
apports solaires et des inter-réflexions pour le calcul de potentiel solaire.
- Travaux sur un bâtiment dans son environnement urbain :
o Calcul de consommation d’énergie sans prise en compte de l’environnement puis
avec et en considérant plusieurs types d’environnement ;
o Impact des façades et toitures végétales sur le confort thermique dans un
bâtiment non isolé avec les effets directs du végétal sur le bâtiment et les effets
indirects si le végétal est au sol ou sur d’autres bâtiments. Il en ressort que la
présence de végétation autour du bâtiment conduit à une amélioration du confort
thermique ; la présence de végétation sur les toitures a un effet sur le confort
thermique au dernier étage mais faible sur les autres étages ; la présence de
végétation en façade a un bon effet sur le confort thermique et le cumul de ces
présences de végétation a certes un effet mais pas extraordinaire, qui peut virer à
l’inconfort si l’été est frais (exemple de l’été 2010) !
o Cas d’un bâtiment isolé : il n’y a quasiment plus d’impact.
o Etudes de sensibilité sur une rue canyon aux formes urbaines plus académiques :
hiérarchisation de différents types de végétalisation sur différentes typologies de
bâtiments (différences entre un bâtiment isolé ou non ; avec une façade vitrée ou
non, etc.), hiérarchisation de différents types de végétalisation pour le confort
thermique dans la rue (importance des arbres), etc.
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Limites
Les principales limites de SOLENE-microclimat sont :
- l’interopérabilité avec d’autres acteurs ;
- le calcul d’un seul bâtiment ;
- l’absence de réelles situations convectives.
2. EnvibatE
Cet outil est développé en parallèle de SOLENE-microclimat à l’Université de La Rochelle et à
partir du modèle SOLENE. Le but est de travailler avec de grands quartiers d’où une simplification
de la thermique du bâtiment.
Applications
On peut déterminer par exemple les besoins en chauffage par étage. Le calcul est très affiné sur les
bâtiments mais simplifié sur l’environnement.
Limites
Cet outil en est encore à une phase exploratoire, mais il présente un grand potentiel :
- Possibilité de travailler sur de grands quartiers ;
- Approche possible en termes de réseaux de chaleur ;
- Prise en compte de l’environnement ;
- Smart Cities.
Marjorie Musy est joignable à l’adresse : [email protected]
Questions/Réponses
Q1 : M. Larzilière demande la définition de l’indice de confort utilisé.
Il s’agit de l’indice UTCI. Il permet de déterminer une température en prenant en compte
l’environnement par le biais du calcul d’une température d’environnement qui donnerait la même
sensation de stress thermique. L’approche actuelle consiste donc à redonner des températures
équivalentes alors qu’auparavant (dans les années 1960) on travaillait avec un bilan énergétique du
corps et on recalait les lois idoines en fonction des différentes situations possibles.
Q2 : L. Rouïl se pose la question de l’exploration du développement des énergies nouvelles dans la
ville, notamment le photovoltaïque.
Cet aspect rejoint la tâche 51 de l’International Energy Agency (« Solar energy in urban
planning » : http://task51.iea-shc.org/) sur la place de l’énergie solaire dans la ville, en particulier le
photovoltaïque, avec une orientation plutôt « urban planing ». Il y a effectivement une demande sur
ces questions. Les interactions climat/photovoltaïque sont notamment étudiées à cause des effets
locaux du réchauffement qui sont différents par confinement. Des modèles de panneaux ventilés
sont à coupler mais des limites perdurent en termes de modélisation de mécanique des fluides. Une
thèse sur ces thématiques est en cours avec l’Université de La Réunion.
Q3 : M. Jouan demande si, en plus de traiter de l’environnement extérieur du bâtiment, on s’intéresse
aux phénomènes internes tels que la ventilation.
La ventilation existe dans le modèle mais elle est imposée. Elle pourrait être modélisée mais ça
n’est pas à l’heure actuelle dans les objectifs du modèle. On prend en compte l’effet de l’air
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extérieur sur les bâtiments ainsi que l’effet des rejets, notamment ceux liés à la climatisation. Avec
la prise en compte de la ventilation, si on végétalise le bâtiment, l’air est plus humide à cause de la
chaleur latente, donc si on consigne par exemple la ventilation à 50 %, on augmente dans ce cas le
besoin en climatisation.
Q4 : G. Dixaut fait la remarque que la température de l’air dans la rue peut augmenter jusqu’à 2 °C
avec un usage intensif de la climatisation (projet Clim2 :
http://www.cnrm-game.fr/spip.php?article370).
Effectivement, il faut bien prendre en compte les rejets de chaleur liés à la climatisation dans la rue
pour prendre en compte cet effet d’augmentation de la température (de 1 à 2 °C).
Q5 : P. Mestayer insiste sur le fait qu’il faut d’abord isoler avant de climatiser (cf. exposés de Valéry
Masson en novembre 2013 et mars 2014).
Q6 : L. Rouïl demande si l’IRSTV entretient des liens particuliers avec Météo-France.
Le projet Vegdud* a été réalisé en partenariat avec Météo-France. Des approches similaires sont
effectuées, et des travaux sur la modélisation des toitures et façades végétales ont été menés
conjointement, utilisant TEB et SOLENE-microclimat. On peut citer la détermination par l’IRSTV
de paramètres de formes à l’échelle du quartier pour caractériser les albédos pour des modèles de
grande échelle. L’IRSTV suit également le travail de thèse d’E. Redon, encadrée par Valéry
Masson au CNRM ("Modélisation de la végétation urbaine comme régulateur thermique et de la
gestion des ressources en eau associées") qui reprend le modèle de végétation dans la rue,
notamment les arbres. La modélisation se fait avec SOLENE microclimat pour la représentation des
arbres et une comparaison avec TEB est effectuée. Il s’agit également de voir comment utiliser des
modèles à petite échelle pour paramétrer des modèles à plus grande échelle : une étude de
sensibilité afin de déterminer les paramètres influents est effectuée. Enfin, un des buts est également
de pouvoir paramétrer la répartition des arbres dans les rues dans TEB.
*Voir les sites :
http://www.cnrm-game.fr/spip.php?article240
http://www.irstv.fr/fr/recherche/contrats-de-recherche/acheves/40-vegdud
Q7 : G. Dixaut demande quel est l’effet de l’albédo des surfaces urbaines sur le bilan énergétique du
bâtiment.
Ceci se fait avec EnvibatE. Intuitivement, l’effet de l’isolation extérieure est de garder le frais ; en
fait, en journée, la température monte plus rapidement mais le bâtiment se refroidit également plus
vite la nuit. Il faut faire attention avec les modifications d’albédos des bâtiments alentours car si un
bâtiment renvoie plus de rayonnement, les bâtiments à proximité sont susceptibles d’en absorber
plus (cf. thèse d’Adrien Gros) donc de s’échauffer davantage.
Q8 : P. Mestayer ajoute que si l’on augmente l’albédo des rues, il y a un réchauffement de l’intérieur
du bâtiment par réflexion selon le taux de vitrage, l’orientation du bâtiment, etc. Il n’y a pas de
réponse simple à ces modifications d’albédos.
2 – « Les systèmes opérationnels de prévision numérique du temps de Météo-France », par Joël Stein
(DP/DPREVI/COMPAS)
Les diapositives de la présentation sont dans le fichier annexe 2.
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L’exposé prendra comme point de départ avril 2015 puisqu’une bascule majeure aura lieu courant
avril 2015.
Le système de prévision numérique de Météo-France repose sur l'exploitation d'une chaîne de
modèles complémentaires.
1. Caractéristiques des modèles actuels de Météo-France
ARPEGE
Le modèle ARPEGE est global. Ses caractéristiques sont présentées sur la diapositive n°3. Il
possède 1200 modes dans les transformations de Legendre. Le pas de temps de calcul est de 6 mn
pour les équations de la mécanique des fluides. L’assimilation de données se fait en 4DVar
(assimilation variationnelle en quatre dimensions), avec une troncature de l’ordre de 40-50 km.
L’analyse se fait avec une troncature de l’ordre de 90 km. La maille est étirée par transformation
pour la resserrer sur la France par rapport aux antipodes (avec un facteur 2,2x2,2 entre la plus petite
et la plus grande maille), ce qui donne des résolutions de 7,5 km sur la France, 8 km sur l’Europe,
puis 10 km, 15 km, 20 km, 25 km, 30 km jusqu’à 35 et 36 km sur la Nouvelle-Zélande. Au niveau
vertical, Arpege possède 105 niveaux.
Le modèle Arpege est développé en collaboration avec le Centre européen pour les prévisions
météorologiques à moyen terme (CEPMMT), le modèle du CEPMMT (IFS) fonctionnant sur une
version non étirée. Les grilles horizontale et verticale sont identiques jusqu’au niveau 16 km. Au
delà, la grille du modèle du CEPMMT est plus resserrée que celle d’Arpege car sa simulation est de
plus grande durée, il assimile des données d’ozone et a besoin de plus d’informations que le modèle
Arpege au delà de la stratopause.
La chaîne de prévision est organisée en deux phases :
- l’assimilation : cycle de référence à cut-off long qui sert de base. On collecte un maximum
d’observations (4 +/- 3 h autour de l’heure de référence du réseau) et, à partir d’une ébauche
donnée par la prévision à six heures d'échéance démarrant de l'analyse du réseau précédent
de ce même cycle de référence, on réalise alors une prévision à six heures d’échéance. Ceci
est fait toutes les 6 heures. On a donc au total environ 18 millions d’observations qui
« rentrent » par jour dans le modèle Arpege. Exemple : pour le réseau de 00 UTC, le cycle
est lancé à 08 UTC soit 5 h après la fin de la fenêtre contenant les observations assimilées.
- la production : le cycle de production à cut-off court est lancé pour les besoins des
prévisionnistes. Il inclut moins d’observations mais est disponible beaucoup plus tôt et sur
des échéances jusqu’à 102 h. On part d'une ébauche donnée par la prévision à 6 heures
d'échéance démarrant de l'analyse du réseau précédent du cycle de référence. Exemple :
pour le réseau de 00 UTC, le cycle est lancé à 02 UTC. On a quatre runs de production par
jour, sur lesquels se fait la production de Météo-France. A noter que le réseau de 12 UTC va
bientôt aller jusqu’à l’échéance 114 h.
Prévision d’ensemble Arpege (PEARP)
Il s’agit de la prévision d’ensemble globale reliée à Arpege, c’est-à-dire d’un ensemble de
simulations Arpege démarrant à partir de conditions initiales différentes. L'ordre de grandeur de ces
différences est le même que celui des erreurs d'analyse. La résolution est réduite (800 modes)
horizontalement et verticalement (90 niveaux pour l’assimilation). La maille est étirée avec un
facteur 2,4x2,4 entre les mailles extrêmes (entre 10 et 60 km). Le pas de temps de calcul est de 10
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mn. On travaille avec 35 membres. On utilise une assimilation d’ensemble à 25 membre pour varier
les conditions initiales, c’est-à-dire qu’on réalise 25 assimilations en utilisant des observations
perturbées par ajout de bruit parmi les 18 millions d’observations prises en compte. On en choisit
aléatoirement 17 parmi les 25 assimilations perturbées et on les considère positivement ou
négativement ce qui conduit à 34 runs. On ajoute un run sur une assimilation non perturbée et on
obtient alors 35 conditions initiales différentes.
On superpose à ces 35 états initiaux d’autres perturbations issues de la méthode des vecteurs
singuliers. Ces nouvelles perturbations échantillonnent les zones de maximum d'incertitude pour la
prévision à courte échéance sur l'Europe, le reste de l’hémisphère nord, l'hémisphère sud et dans la
bande intertropicale. On utilise une norme énergie statique pour les domaines extratropicaux et une
norme énergie cinétique pour les tropiques et les quatre boites tropicales sont déplacées suivant la
saison cyclonique, ce qui permet d’avoir les modes d’évolution les plus rapides pour disperser plus
vite notre prévision autour de cette analyse et ainsi obtenir des prévisions qui échantillonnent les
erreurs d’analyse et de prévision). De plus, on tire au sort parmi dix ensembles de paramétrisations
physiques (anciennement opérationnelles à Météo-France ou pas encore opérationnelles) pour
échantillonner l'incertitude issue du modèle de prévision.
On fonctionne avec deux réseaux par jour.
Aladin outre-mer
Ce modèle régional fonctionne avec une assimilation en 3DVar en altitude et une assimilation
propre en surface. C’est un modèle à aire limitée, couplé à ses bords avec Arpege pour AladinRéunion ou CEP pour les autres versions (Antilles-Guyane, Polynésie, Nouvelle Calédonie). Ce
modèle arrive en fin de vie et nous en utilisons actuellement ses dernières versions.
Arome
Arome est le modèle à haute résolution, avec une résolution augmentée (1,3 km horizontalement) et
des niveaux verticaux jusqu’à 31 km. On dispose de deux grilles de restitution pour des applications
aval : 2,5 km et 1 km. Le domaine de simulation inclut très largement la France et vient d’être
agrandi vers le nord pour inclure l’Allemagne en intégralité. Il est couplé à Arpege à ses bords.
L’assimilation se fait avec la technique du 3Dvar sur des fenêtres temporelles de 1 h (30 mn de part
et d’autre de l’heure du réseau considéré), elle prend en compte le sous-ensemble des données
assimilées par Arpege mesurées dans le domaine d’Arome, mais on ajoute les données de
réflectivité et de vent Doppler des radars français qui correspondent aux échelles résolues par ce
modèle. Ceci est une originalité forte d’Arome qui lui permet de réaliser de meilleures prévisions de
convection.
On effectue des runs sur des réseaux sextihoraires auxquels s’ajoute un réseau supplémentaire lancé
à 03 UTC qui couvre les échéances jusqu’à 39 h. Les simulations du matin sont utilisées pour la
vigilance météorologique (jusqu’à J+1, 18 UTC) et celle de l’après-midi vont jusqu’à J+2 06 UTC.
2. Les perspectives d’évolution des modèles de PNT existants
Les perspectives d’évolution des modèles de PNT jusque fin 2016 sont les suivantes :
Arome-outre mer
Les « Aladin outre-mer » seront remplacés par des « Arome outre-mer » (Arome-OM). Ceci sera
rendu possible par le passage mi-2016 du modèle IFS du CEPMMT à une résolution de 10 km sur
l’ensemble du globe. Arome-OM sera couplé à IFS avec une adaptation dynamique, sans
assimilation mais avec une interpolation d’IFS sur une grille plus fine. On passera à cinq domaines
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Arome-OM (contre quatre domaines Aladin-OM), mais avec une réduction des domaines car
Arome est plus coûteux qu’Aladin.
Des tests sont actuellement en cours sur l’apport d’une couche de mélange océanique 1D analysée
par Mercator qui servira à mieux simuler les déplacements de cyclones.
Nouvelle physique dans Arpege
Cette nouvelle physique s’articule autour du remplacement du schéma de convection, cœur du
modèle, de l’utilisation de Surfex (plateforme de modélisation de surface développée par MétéoFrance). De plus, l’effort constant pour l’assimilation de nouvelles données satellitaires sera
maintenu. L’impact du nouveau schéma de convection est illustré par la comparaison entre la
prévision Arpege et la lame d’eau observée lors de l’épisode cévenol du 17/09/14 qui a donné lieu à
des précipitations supérieures à 150 mm, alors que le modèle opérationnel simulait des
précipitations au plus égales à 70 mm : l’événement est bien localisé. La nouvelle physique permet
de se rapprocher de l’observation.
Arome
Quelques nouveautés sont prévues dans Arome : pas de saut de résolution mais un réglage plus fin.
PEARP
Les perspectives porteront sur l’amélioration de la PEARP via un recalage des perturbations des
conditions initiales et des perturbations des paramétrisations physiques des modèles. De plus, des
adaptations statistiques seront utilisées pour mieux calibrer et améliorer la pertinence de l’ensemble.
3. L’arrivée de nouveaux modèles : AROME-PI
Il s’agit du modèle Arome utilisé dans la configuration « prévision immédiate ». On attend
seulement le minimum de temps pour recueillir les observations (soit un cut-off de plus ou moins
10 mn) pour réaliser l’analyse de la situation puis la simulation d’une durée de six heures. Ce
modèle permet une assistance de prévision immédiate pour le suivi des cellules orageuses, etc. Il va
tourner toutes les heures sur le même domaine qu’Arome France. Une ébauche de l’analyse est
fournie par la simulation précédente d’Arome France qui utilise avec un cut-off plus long. Le
couplage au bord est donné par Arpege comme pour Arome France.
Les observations assimilées incluent les radars, très présents, quelques données de satellite
géostationnaire (Météosat 10), mais par contre il n’y a presque plus d’observations provenant de
satellites défilants, mais également beaucoup moins d’observations de surface et d’avions.
Les produits et méthodes d’utilisation sont encore en cours de définition mais un traitement qui va
combiner différents runs est envisagé.
L’intérêt d’Arome-PI réside notamment dans la prévision des brouillards, de la convection forte et
de phénomène violents plus généralement.
4. L’arrivée de nouveaux modèles : PE-AROME
Il s’agit de la prévision d’ensemble réalisée avec le modèle Arome. La configuration du modèle sera
similaire à celle des « Arome-OM » (résolution horizontale de 2,5 km et 90 niveaux verticaux). Les
échéances couvrent 45 h c’est-à-dire jusqu’à J+2 18 UTC pour le réseau de 21 UTC, ce qui
correspond à deux « périodes » de vigilance (la vigilance s’établissant pour les 24 h à venir). La PEArome comprend 12 membres et deux réseaux par jour (21 UTC et 09 UTC), couplés avec la
PEARP des réseaux précédents (18 UTC et 06 UTC). Ses sorties sont horaires et ont un intérêt
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particulièrement fort pour les paramètres concernés par la prévision à haute résolution (fortes pluies,
convection, brouillard, etc.).
Sources d’erreur :
- conditions aux limites latérales : choix de 12 membres parmi les 35 membres de la PEARP ;
- conditions initiales ;
- perturbation des champs de surface ;
- incertitudes liées au modèle : une technique stochastique qui rajoute du bruit sur des
paramétrisations clés permet de perturber le déroulement de la prévision au fur et à mesure.
Le choix des coupleurs se fait par un algorithme de classification qui sélectionne des membres de la
PEARP les plus éloignés possible les uns des autres. Ceci donne de meilleurs résultats qu’un tirage
aléatoire.
Exemples d’utilisation :
- remplacement d’une réflectivité par une donnée probabiliste qui permet la détection précise
des fortes pluies et l’identification de signaux précoces pour les événements de forte
intensité. Ces données probabilistes nécessitent un apprentissage par l’utilisateur sur la
manière de les utiliser au mieux pour ses applications ;
- cartes de quantiles : le modèle déterministe présente un problème de décalage temporel. Il
ne voit pas la pluie sur le Var (où elle a eu lieu) mais sur les Cévennes. Les cartes
probabilistes et de quantiles permettent de voir ces deux foyers de pluies : l’information est
plus riche qu’avec un seul réseau pour une prévision unique.
Conclusion :
Ces améliorations sont rendues possibles grâce à l’augmentation des moyens de calcul. A noter, la
faible part (25%) du coût de calcul du modèle global et du modèle d’ensemble global en
comparaison de la forte part (75%) pour les différents modèles « Arome ».
Les schémas de synthèse des modèles de prévision numérique du temps opérationnels et prévus à
Météo-France sont ensuite présentés. Le document correspondant est présenté en Annexe 3.
Questions/Réponses
Q1 : L. Dubus exprime sa satisfaction pour ce travail de synthèse qui répond assez bien à la question
initiale d’une cartographie à un instant donné. Quid maintenant de la mise à jour ?
Les schémas de synthèses seront insérés dans le bulletin trimestriel de contrôle des modèles. Pour
répondre au vœu de rendre disponible ce type de document sur Internet (à l’image de ce que font le
MetOffice et le CEPMMT), il est proposé de joindre ce document sur le portail des données
publiques lors de la prochaine mise à jour en juin 2015.
Q2 : P. Mestayer demande des précisions sur les évolutions de la physique dans Arpege et Arome.
Dans Arome, la physique est faite pour ne pas avoir à décrire la convection précipitante sous-maille.
Les évolutions de la physique sont tributaires de la résolution. La dernière évolution (dynamique et
résolution) permet une amélioration nette de la convection simulée par Arome.
Dans Arpege, la convection est paramétrée. Le schéma de convection (Bougeault 1983) va être
rénové et remplacé par l’ajout de variables pronostiques qui représentent les quantités sous-maille
d’hydrométéores précipitants et non-précipitants. Le schéma est désormais plus dynamique : les
variables d’état contiennent des variables sous-maille. L’élimination de l’instabilité convective est
alors plus « douce » grâce à l’utilisation de variables pronostiques sous-maille.
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Le schéma de convection peu profonde est couplé avec celui de turbulence avec une paramétrisation
des thermiques en plus de la turbulence près de la surface (ceci a un intérêt pour les couches limites
« coiffées » par des cumulus ou des stratocumulus).
Toute la climatologie du modèle est changée donc il faut le temps de trouver les bons réglages.
Q3 : L. Dubus souligne le caractère fondamental pour le monde de l’énergie d’Arome-PI afin
d’anticiper les variations à très courte échéance de la production et de mieux gérer la production
derrière.
A terme, on tend vers une utilisation probabiliste d’Arome-PI et l’utilisation de la PE-Arome pour
délivrer des informations pertinentes en termes d’idée du risque pour caler les modèles de risques.
Q4 : M. Larzilière : Les éclipses sont-elles prises en compte ?
Actuellement, elles ne sont pas prises en comptes directement car il est difficile et dangereux de
modifier ponctuellement le modèle opérationnel. La prise en compte se fait via la variation locale de
la constante solaire que l’on particularise pour simuler l’effet radiatif d’une éclipse.
Néanmoins, la bascule en opérationnel du modèle en double pourvu de la modification de source
adéquat n’aura pas lieu avant la fin mars et on ne pourra donc simuler l’effet de l’éclipse que dans
la chaîne en double Arpege.
Q5 : JP. Mac Veigh rappelle qu’une grande quantité de variables ne sont pas « sorties » du modèle ;
est-on certain que les usagers n’en ont pas besoin ? Ne devrait-on pas communiquer sur ces variables
pour certains usagers ou en faire un catalogue public ?
Les prévisionnistes de Météo-France ne travaillent que sur un nombre restreint de paramètres. Une
communication plus poussée à ce propos pourrait être intéressante mais elle suppose une expression
de besoins précise au préalable.
Q6 : L. Rouïl revient sur le paramètre rayonnement : y a t-il des évolutions à court-terme avec de
nouvelles informations sur le rayonnement ?
Oui, des sorties supplémentaires de rayonnement à destination de l’extérieur sont prévues.
L’instruction de ce sujet est en cours.
Q7 : L. Dubus rappelle qu’il existe beaucoup d’études sur les sources d’erreur dans le photovoltaïque
et la plus grosse erreur reste la prévision de rayonnement (plus de 50 à 60 % de l’erreur totale) et non
« nettoyable », sachant que les adaptations statistiques de rayonnement n’apportent quasiment rien. Il
pourrait par conséquent être intéressant d’avoir accès aux listes de paramètres « cachés » mentionnés
plus haut.
Le rôle de cette commission est bien de faire remonter les besoins. Cependant, on se heurte là à un
problème d’archivage des données. Il faudrait donc effectuer une réelle expression de besoins.
On peut prendre l’exemple de l’éolien, où l’on traverse largement la couche limite, avec des pales
qui peuvent être soumises à des cisaillements de vent qui peuvent être importants, etc.
Q8 : L. Rouïl ajoute que par rapport aux problèmes de pollution actuels, des paramètres
supplémentaires concernant la couche limite et la stabilité de l’atmosphère pourraient être
intéressants. Il faut cependant connaître le type d’information nécessaire pour pouvoir développer des
applications.
Q9 : L. Dubus demande si des archives d’Arome sont disponibles pour des études de R&D (études de
comparaison avec WRF pour l’éolien offshore avec des satellites par exemple) ?
Arome à résolution 1,3km a été testé en double dans deux versions différentes, la version finale ne
tourne que depuis janvier 2015. Auparavant, il y a une version très proche mais pas exactement qui
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a fonctionné pendant 6 mois. On dispose ainsi d’environ 6-8 mois de prévision en double que l’on
peut éventuellement partager.
Si on souhaite remonter plus loin dans le temps, la question est de savoir si l’intérêt est de tester la
prévision ou de disposer d’une climatologie du modèle. En effet, le Bureau d’Etudes et de
Consultance effectue actuellement un rejeu de 10 ans de prévisions Arome pour l’éolien onshore
suite à un appel d’offre de l’ADEME.
Remarque : les adaptations statistiques de vent sont en cours de mise au point à DPREVI/COMPAS
avec des altitudes à 10 m, 100 m, etc. pour corriger les prévisions (cf. présentations du 25/03/2014
et du 13/11/2014).
3 – Suivi des vœux 2015
E-E/15 Vœu 1
Présentation et documentation suivie des systèmes de prévision numérique du temps de Météo-France
Notant
La richesse et la diversité des informations disponibles sur le site Internet www.meteofrance.fr et dans le rapport annuel de
recherche et de développement du CNRM, sur le développement et la performance des modèles utilisés par Météo France et sur
leurs applications opérationnelles
Considérant
-
L’intérêt des utilisateurs de disposer d’une information synthétique et facilement accessible notamment pour les
utilisations professionnelles opérationnelles ou de recherche
L’évolution constante des systèmes de prévision numérique du temps,
Le Conseil Supérieur de la Météorologie demande à Météo-France d’évaluer la documentation qu’il serait nécessaire de valoriser
pour répondre à ces attentes et les besoins de présentation et de synthèse pour sa mise à disposition sur Internet, notamment
pour ce qui concerne l’état des systèmes de prévision, les avancées scientifiques réalisées par Météo France et les évolutions des
performances.
Suite à la présentation d’aujourd’hui, la réponse à ce vœu est déjà bien amorcée. Il reste maintenant
à voir la mise à disposition des documents sur Internet afin d’en faciliter l’accès. Le bulletin
trimestriel de contrôle des modèles est également un bon vecteur ; il peut être transmis sur
demande.
Un contact avec la direction de la communication de Météo-France va être pris pour discuter de
cette mise à disposition.
La commission propose que chaque membre aille voir sur le site de Météo-France
(www.meteofrance.com, rubrique Météo-France et vous) si cela convient puis nous ferons un retour
à la prochaine réunion. Le document fourni sera par ailleurs mis à disposition sur le site Données
Publiques lors de sa prochaine mise à jour en juin 2015.
E-E/15 Vœu 2
Prévisions de rayonnement global
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Notant :
Les travaux importants menés par Météo France dans le domaine des méthodes d’adaptations statistiques pour améliorer la
fiabilité des prévisions de certains paramètres météorologiques notamment la température, le vent et la nébulosité, d’une part,
et les développements attendus dans les modèles de prévision opérationnelle d’autre part (en particulier le modèle AROME)
Considérant :
-
l’insuffisance de la qualité actuelle des prévisions de rayonnement en regard des besoins des utilisateurs,
et l’intérêt que pourrait représenter une amélioration de ces prévisions de rayonnement, notamment pour les
applications dans le domaine de l’énergie,
Le Conseil Supérieur de la Météorologie demande à Météo-France de présenter les pistes possibles pour améliorer la prévision
de rayonnement, en développant en particulier les progrès attendus en terme de performance et en indiquant un calendrier
prévisionnel de réalisation.
La commission demande à Météo-France de lui proposer les plans de travaux pour la prévision de
rayonnement, avec un plan de développement et un calendrier.
Il y a effectivement des perspectives avec Arome, mais des précisions quant à la demande sont
souhaitées. Nous avancerons sur ce vœu lors de la prochaine session.
4 - Questions diverses
Compte-rendu de la réunion des présidents de commission du 12 mars 2015
Cette réunion s’est tenue en présence du PDG de Météo-France, M. J-M. Lacave.
Après un rappel de l’activité du CSM, la présentation de ses 22 commissions et un retour sur la
journée thématique du 4 novembre 2014, les treize vœux émis pour l’année 2015 par les différentes
commissions ont été énoncés.
L’organisation de l’Assemblée Générale du 29 mai 2015 a également été détaillée. Elle aura lieu
dans l’amphithéâtre Génot de l’IGN à St-Mandé. Les présentations des différentes commissions par
leur président auront lieu le matin, tandis que l’après-midi sera organisé un colloque sur les
épisodes méditerranéens. Deux exposés et une table ronde seront organisés :
- un retour sur les épisodes 2014 et leur gestion par la région Sud-Est de Météo-France
(DIRSE) et la Zone de Défense sud-est ;
- une caractérisation de l’automne 2014 par le CNRM (V. Ducroq) en terme de durées de
retour, physique des phénomènes, prévisibilité et scores de prévision de ces phénomènes,
relation avec le changement climatique et les recherches en cours (HyMex, PEArome,
prévision d’ensemble des débits par le SCHAPI, Arome-PI, etc.) ;
- une table ronde avec le CNRM, la DIRSE, le SCHAPI, la DCSC, la Direction de la Sécurité
Civile et la Zone de Défense sud-est.
Il a été dit que les journées inter-commissions sont très appréciées car elles permettent des
échanges. Il a d’ailleurs été demandé l’organisation d’une réunion thématique en 2015.
Le PDG de Météo-France, M. Lacave, a émis des messages positifs par rapport au CSM qui permet
d’orientation les priorités de Météo-France à partir des préoccupations de ses usagers. MétéoFrance est très vigilant par rapport aux besoins et questions exprimés et a la volonté d’y répondre le
mieux possible au travers de ses développements et ses travaux.
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Sur proposition de S. Martinoni-Lapierre, l’accueil de la Compagnie Nationale du Rhône (CNR) au
sein de la commission Environnement-Energie du CSM est validée par la commission. La CNR est
par ailleurs déjà présente et active au sein de la commission Hydrologie du CSM dont elle a
accueilli à Lyon la réunion de novembre 2014.
5 – Date de la prochaine reunion
Mardi 3 novembre au matin, 9h30 en visioconférence entre Saint-Mandé et Toulouse.
Les membres de la Commission Santé sont chaleureusement invités à y participer.
La commission Santé se tiendra par ailleurs le même jour, à 14h et invite de même les membres de
la commission Environnement -Energie.
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