La prévision à Météo-France : limite et perspectives de progrès

Jean-Marie CarrièreDirecteur de la Prévision

Plan de l’exposé

Un exemple : comment prévoit-on la neige et le verglas ?L’état actuel des outils de prévisionLes améliorations attendues des outils de prévision

Un exemple : comment prévoit-on la neige et le verglas ?

Quantité de neige prévue par le modèle à domaine limité ALADIN le 21/3/2007

Prévision de la neige et du verglas

Pour déterminer si la neige tiendra au sol, ou si la pluie se transformera en verglas, on utilise le profil vertical de température –prévu ou observé- et la température (prévue) du sol ou près du sol

Difficulté liée au fait que de petites différences sur la température du sol ont beaucoup d’influence sur la tenue ou non de la neige au sol

Difficulté également à prévoir finement l’heure à partir de laquelle la neige va commence à tenir, donc l’accumulation totale

Importance des observations et des remontées de terrain

Pluie verglaçante ou neige ?

Pluie verglaçante ou neige ?

L’état actuel des outils de prévision

Les logiciels (“modèles”) de prévision numériqueau coeur de l'élaboration des prévisions météorologiques

en coopérationsinternationales

Recherche

Développement du logicielObservations

Mise en oeuvre d’un logiciel de prévision en temps réel

Traitement des observations: connaître le présentCalcul de la prévision: prévoir l'avenir

Production (bulletins, cartes, etc) expertisée par les prévisionnistes

Prévisions numériques de l’état de l’atmosphèreCouplage avec modèles de qualité de l'air, d'hydrologie, d’océanographie,…

Plusieurs modèles numériquespour gérer les risques à toutes les échelles

Modèles globaux (ARPEGE, IFS)Résolution actuelle 25 km,prévision orientée vers les

échéances 12 heures à 7 jours

Modèle régional (ALADIN Europe)Résolution actuelle 10 km, prévision

orientée vers les échéances de 6 heures à48 heures

Modèle métropole (AROME)Résolution 2 km,

prévision orientée vers les échéancesinférieures à 24 heures

AROME sera opérationnel en 2008

Couplage

Couplage

IFS / ARPEGE

Action deRecherchePetiteEchelleGrandeEchelle

IntegratedForecastingSystem

Système de prévision numérique du temps développé et maintenu par Météo-France et le Centre Européen (CEPMMT)Contient tous les ingrédients nécessaires à la prévision numérique globale :

Modèle spectral global (et modèles associés linéaire tangent et adjoint)Assimilation 3D et 4D-VAR globaleetc

Les phénomènes décrits sous forme de "paramétrisations" dans les modèles de prévision

Relief, végétationRayonnement (solaire, tellurique)Changements d'états de l'eauFlux à l'interface sol atmosphère (chaleur sensible, chaleur latente, frottement…)Couplage océan-atmosphèreNuages et divers types de précipitations (pluie, neige, grêle,…)Gaz et aérosols

Le modèle global ARPEGE

Grille du modèle ARPEGE

Modèle spectral globalTL358 C2.4, 41 niveaux verticauxMaille associée: 23 km (France) → 133 km

(antipode)

Représentation sur une sphère avec étirement et basculement du pôle sur la zone d’intérêt

Collaboration avec le CEP

L’assimilation de données : principe de l’assimilation 4D-VAR

JbJo

Jo

Jo

obs

obs

obs

analyse

xa

xbprévisioncorrigée

ancienneprévision

Recherche de la trajectoire du modèle qui approche au mieux les observations disponibles (processus de minimisation)

9h 12h 15h

Fenêtre d’assimilation

L'assimilation des données

Quelques exemples d’observationsSYNOP / SHIP (surface) SATOB (vents géostat.)

ERS (diffusiomètre) AIREP/ASDAR (avions)

Le modèle à domaine limité ALADIN

Genèse

Projet lancé par Météo-France en 1990Collaboration mutuellement bénéfique avec les Services Météorologiques Nationaux d’Europe centrale et orientale dans le domaine de la prévision numériqueAcronyme: Aire Limitée, Adaptation dynamique, Développement InterNational

Le modèle à domaine limité ALADIN

Les services météo participants au projet ALADINen bleu,

les sept pays fondateurs

en vert,

les huit pays ayant rejoint le groupe par la suite

Le modèle à domaine limité ALADIN

Modèle spectral Domaine: carré de 2740 km de côté, centré sur le point de résolution maximale d’ArpègeNiveaux verticaux: ceux d’Arpège (41)Résolution horizontale (9 km) ~ 2,5 ×résolution max d’ArpègeCouplage: appliqué toutes les trois heures au modèle global Arpège

Le modèle à domaine limité ALADIN

Représentation du relief tel qu’il est pris en compte dans le modèle Aladin-France

En aval des modèles de prévision numérique : la prévision de l’état du sol et de la température de chaussée

Chaîne « SAFRAN-ISBA-Routes » expérimentée pendant l’hiver 2006-2007SAFRAN = Module d’interpolation spatiale fine des paramètres atmosphériquesISBA = Modèle d’évolution des paramètres du solEt un modèle de surface adapté à la route dont les particularités ont étémises au point en collaboration avec le Laboratoire Central des Ponts et ChausséesContrôle par rapport à 40 stations météo-routières :

– Les périodes classiques de réchauffement et de refroidissement sont bien décrites

– Le système, à une ou deux heures près, restitue correctement aussi le passage àdes températures inférieures à 0°C, notamment en phase descendante qui est la plus cruciale pour la viabilité hivernale

Action à poursuivre pour améliorer la prévision de tenue au sol dans les situations incertaines

En aval des modèles de prévision numérique : la prévision de l’état du sol et de la température de chaussée

Les améliorations attendues des outils de prévision

Évolution de la prévision numérique

Gros progrès enregistrés pour la prévision de 2 à 5 jours depuis 20 ans (plus de détails et plus de physique) : en moyenne, un jour de prévisibilité en plus tous les 7 à 10 ans

Développement de la prévision d'ensemble (4 jours et au delà) à travers une approche probabiliste

Enrichissement du vivier des observations utilisées dans les modèles

Perspectives de développement des modèles de prévision

Plus de détails dans la prévision : augmentation de la résolution et relâchement de l’hypothèse hydrostatique (2 à 3 km sur l’horizontale sur la France d’ici 2008)Plus d’ingrédients physiques dans les modèles : eau liquide/glace, ozone, couplages plus réalistes avec surface (océanique ou terrestre)Développement approche probabiliste de la prévision, y compris à court termeAmélioration des algorithmes d’assimilation, avec plus d’efforts sur les petites échellesDéveloppement et utilisation de nouveaux systèmes d’observation : missions satellitaires, radar…

Coopérations de Météo-France en prévision numérique

CEPMMTCommunauté ALADINHIRLAM

EUMETSAT (SAF)Agences Spatiales

Plans Météo-France (2000-2010) en prévision numérique

Optimiser le système ARPEGE-ALADIN, surtout pour la physique, l’usage des observations et les algorithmes d’assimilation

Projet AROME (Application de la Recherche à l’Opérationnel àMéso-Échelle) : système de prévision numérique à 2-3 km de résolution horizontale sur la France à partir de 2008

Objectifs : plus d’efforts sur la prévision des phénomènes dangereux à courte échéance (ex.: précipitations), assortis d’une plus forte coordination avec d’autres organismes utilisateurs de ces prévisions (ex.: hydrologues)

L'importance de la résolution de calcul

Représentation du relief alpin dans les 3 modèles de Météo-France

ARPEGE ALADIN AROME

Les plus du modèle AROME

AROME vient compléter les modèles à plus faible résolution

– Il améliore les prévisions, en visant surtout les phénomènes dangereux, comme la convection organisée (orages, fortes pluies, rafales)

– Il utilise les nouvelles observations, comme celles issues du satellite défilant européen MetOp, les radars, les stations de mesure automatiques…

Utilisation des données radars

Les plus du modèle AROME

AROME se distingue des autres modèles par:– Une grande efficacité numérique– Une représentation plus détaillée des

nuages, des phénomènes de couche limite, du traitement des surfaces (sols, végétation, villes, mers, lacs)

– L'adaptation aux modèles applicatifs:prévision du brouillard, chimieatmosphérique, pollution, océan superficiel, état des routes, etc

La préparation à l’arrivée d’AROME

En interne, AROME fonctionne quotidiennement en mode prototype et fait l’objet d’une évaluation en continu en vue de sa mise en exploitation en 2008

La modélisation des nuages convectifs

Exemple de prévision d'un système d'orages par AROME sur l'Ile de France

La modélisation des précipitations cévenoles

+ +

+Nîmes

++++ ++++

+Nîmes++++NîmesNîmesNîmesNîmes

Pour ce type phénomènes convectifs dangereux, AROME améliore la prévision précise de la localisation et de l’intensitédu phénomène

Episode du Gard les 8 et 9 septembre 2002Pluies prévues avec AROME Pluies observées

Utilisation des observations radar: orages et sécurité aérienne

L'utilisation des nouveaux radars dans le modèle AROME permettra notamment d'optimiser le suivi et la prévision en trois dimensions des phénomènes dangereux pour les aéronefs: ici, les précipitations et rafales d'orage autour de Paris

Perspectives en prévision du brouillardLe modèle AROME a la capacité de prévoir des brouillards locaux, capacitéaméliorée par l'utilisation des données satellitaires

Zones de brouillard observées (27 avril 2007, 11 h locales)

Nuages

Prévision de brouillard AROME avec 9 h d’anticipation

La modélisation des villesPrévision de nouveaux phénomènes: exemple des îlots de chaleur urbains

N

0 km 10 km 20 km 30 km 40 km

15.0 °C

16.0 °C

17.0 °C

18.0 °C

19.0 °C

20.0 °C

21.0 °C

22.0 °C

23.0 °C

24.0 °C

25.0 °C

26.0 °C

27.0 °C

28.0 °C

29.0 °C

30.0 °C

Températures minimales moyennes sur la période du 3 au 13 août 2003en Ile-de-France

Observations de températures minimales moyennes sur l'Ile de France,

durant la canicule de 2003

Prévision AROME du 18/7/2006

Perspectives en prévision numérique

AROME –et la prévision numérique en général- est un facteur essentiel d'amélioration des prévisions météorologiques

Il tire parti des moyens de calculIl valorise les nouveaux moyens d'observationIl valorise la rechercheIl améliorera la prévision de nombreux phénomènesenvironnementaux: état des routes, océans, montagne,pollution, hydrologie...

Nécessité d’une expertise humaine pour tirer pleinement parti des prévisions numériques

T° de Chaussées : 3 évolutions majeures à venir

A R O M E

ISBA Routes

ASAS

AS

Profil ThermiqueProfil Thermique

T°c sur l’axe routier T°c sur l’axe routier

Couplage de SIR avec AROME

Réalisation d’Adaptations Statistiques sur les stations météoroutières

Utilisation d’un profil thermique entre 2 stations météoroutières

2009

Dès 2008

Prospectif

Autres exemples de développements pour la météorologie routière

Prévisions par adaptations statistiques utilisant les observations fournies par les clients de Météo-FranceCaractérisation des tronçons routiers (taille 2,5 km) par croisement d’informations de Météo-France et de clients

Qualification météorologique temps réel des tronçons routiers, pour des échéances de H à H+2, en mettant en commun les données Météo-France et les réseaux partenaires, en l’occurrence celui des ASF (#150 stations météo routières, fréquence 5’, et les données MCI, main courante informatisée)Paramètres prévus : Pluie, orage, neige, température, état du sol, visibilité, Tchaussée, vent, Vigilance météoPour chaque paramètre, choix parmi les différentes sources de prévision disponibles, de la prévision la plus représentative du tronçon. Affectation d’un code de fiabilité à chaque prévisionPrévisions réactualisées toutes les 5 minutes :

• Par pas de 5’ de H à H+15’• Par pas de 15’ de H+15’ à H+60’• Par pas de 30’ de H+60’ à H+120’

Les ASF caractérisent ensuite leurs tronçons sous une forme colorisée à l’aide d’un algorithme défini en collaboration avec Météo-France.Mise en œuvre opérationnelle visée en 2009/2010

Conclusions

Des perspectives d’amélioration des prévisions très encourageantes

Mais aussi un souci de traduire ces améliorations dans la production finalisée et les services aux clients− Mise en place d’un pôle Routes à Météo-France en 2007