La Recherche à Météo-France

27 novembre 2015, ESPACE CLEMENT ADER

Marc Pontaud

Directeur Adjoint de la Recherche

Domains of responsibility of Météo-France

Weather

Sea state (waves, coastal submersion)

Climate and climate change

Air quality (health and visibility)

Chemical accidents

Volcanic ashes

Hydrology (floods and droughts)

Avalanches

Research aims to

improve services in

these various

domains

We work on various aspects of the

environment: atmosphere, ocean, land

surfaces, snow mantel, sea ice, etc…

Ressources

Approximately 300 staff from Météo-France et CNRS (1/3 scientists)

– Upstream research: 35%, Forecasting tools: 45%, Climate: 20%

About 10% of the overall budget of Météo-France

Externally funded projects on competitive calls: 2 to 3 M€ per year

Research infrastructures

– About 60% of Météo-France HPC resources (currently 1PFlps)

– SAFIRE research aircraft fleet

– Permanent site for observations in mountain and cold laboratory

– Deployable observation systems for field campaigns over land or over sea

Main partnerships

Centre National de la Recherche Scientifique

– CNRM and LACy are « joint units » with CNRS and benefit from CNRS

scientists and funding

Universities

– Collaboration with « Observatoires des Sciences de l’Univers » in

Toulouse, Grenoble, Brest, La Réunion

– Collaboration with Institut Pierre Simon Laplace (Paris)

ECMWF (Reading, UK)

– Shared developpement of NWP codes (Arpege/IFS)

Other European Met Services

– NWP consortia ALADIN and HIRLAM

Joint ventures with other french organizations

– Mercator Océan (oceanography) et CERFACS (HPC)

Space agencies

– CNES, Eumetsat, ESA

Three main streams of activity:

Upstream research

Numerical Weather Prediction

Climate and climate change

Upstream research:

instrumentation and field

campaigns

Joint Airborne Unit SAFIRE

(Météo-France, CNRS, CNES)

\\garak\home\BUREAU\Elements graphiques

Falcon 20:

High altitude

ATR42:

Mid troposphere,

Heavy payload

Piper-Aztec:

Low altitude, chemistry

Chemistry, microphysics, remote-sensing

turbulence. Payload up to 4,6T

Multidisciplinary. Payload 1,2T

Urban chemistry and turbulence. Payload 200kg

Observations by UAS

Miniaturized sondes for

temperature, humidity,

and aerosol count

Collaboration with ENM, ENAC

and Avion Jaune Company

Permanent observation site at Col de Porte

(1325m)

Figure 1 – Vue d’ensemble du site du col de Porte

CONCORDIASI field campaign in Antarctica (2010, International cooperation F, USA)

A large international field campaign in the Mediterranean

region: HyMeX 2012

Objective: study the intense rainfall

episodes and flash floods in

northwestern Mediterranean

~200 instruments deployed, 250 flight hours of research airplanes, 800 radiosondes,…

~300 scientists from 10 different countries

5 Sep. – 6 Nov. 2012

28 sep 2012,

Spain

13 fatalities

26 oct 2012,

Toulon

2 fatalities

Example of aircraft observations (SAFIRE)

Reflectivity

Partie stratiforme Partie convective A-B section

C-D section

B-C flight section

Partie stratiforme

Vertical Doppler velocity

Observations from the RASTA cloud radar onboard SAFIRE/F20

Images of sampled hydrometeores

Melting layer

Oriented columns

Thunderstorm systems

26 oct. 2012

Numerical Weather Prediction

Les lois fondamentales de la physique

Le mouvement (du point) : La loi fondamentale de la dynamique (Newton

1642-1727) : comment les forces font bouger un objet solide

Le mouvement des fluides : Euler (1707-1783), Saint-Venant (1797-1886),

Navier (1785-1836), Stokes (1819-1903) : les forces de pressions

La force de Coriolis (1792-1843) : déviation des trajectoires par la rotation de la

Terre

La chaleur : Le premier principe de la thermodynamique (Meyer, 1845) :

comment se font les échanges de chaleur et donc comment varie la

température.

Gaz parfait : PV = nRT

La conservation de masse

Equations (dynamiques) du fluide atmosphérique : fin du XIXième

Les équations fondamentales de la météorologie dynamique

Les équations fondamentales de la météorologie dynamique

Domains of ARPEGE and AROME

AROME model

domain

ARPEGE :

7,5 km sur la France

30 km Nouvelle-Zélance

AROME : 1,3 km

Schéma des processus physiques dans le modèle

atmosphérique et de surface continentale

Schéma des processus physiques dans le modèle

atmosphérique et de surface continentale

AROME

PREVISION – CONDITIONS INTIALES – OBSERVATIONS

Number of observations used in Arpege

Information content of various observation types

Commercial

planes

Microwave sounders

Infrared sounders

Cloud motion

vectors

GPS

RS Geostationnary satellites

The latest change: April 2015

Indicateur Arpege basé sur 6 EQM normalisés de T850, Z500, V250 à 48 et 72h

d’échéance par rapport aux radiosondages sur un domaine Europe

Old system New system

Scores sur 25 ans des modèles de prévision

météorologique français

The AROME regional system

Old version New version (since April 2015)

AROME

Deterministic

2.5km L60 (750 x 720 points)

3DVar (3h cycle)

5 prévisions par jour : 30, 30, 30, 36, 30h

1.3km L90 (1536 x 1440 points)

3DVar (1h cycle)

5 prévisions par jour : 42, 39, 36, 42, 36h

Arome 1.3km

AROME at 1,3km grid: for the first time the model

captures mountain waves

AROME at 1,3km grid: for the first time the model

captures mountain waves

Number of observations used in

AROME

AROME quality index compared to ARPEGE and IFS

Du déterminisme au chaos et …

du chaos à l’ordre dans le chaos

Lorenz (1963) :

La sensibilité aux conditions initiales

Le rôle des forçages externes

Un enjeux : la prévision d’ensemble

Quantifier les incertitudes associées à la

prévision AROME

observations

Deterministic

AROME

forecast

AROME

ensemble

forecast (best

quantile)

Extreme rainfall events and flash

floods are the most difficult prediction

problem in France

AROME ensemble prediction system

will help forecasters to determine the

level of risk for smaller regions

Experiment on intense rainfall prediction with

AROME ensemble

3h accumulated precipitation in a hindcast for flash flood of 10/10/2014 (Nîmes)

Présentation du 11

juin 2015

34

3 day forecast of NO2 at surface

level starting from 11/01/2008 at 0h

CHIMERE MM5-CAMx

EURAD SILAM

EMEP NAME

BOLCHEM MATCH

CAC MOCAGE

COPERNICUS regional air quality

ensemble prediction system

Climate and climate change

Le développement des modèles couplés

Calottes

GRISLI

GREMLINS

Atmosphère

ARPEGE-Climat

Océan

OPA

24h

Surfaces continentales

ISBA (cycle C)

Icebergs

Fleuves

TRIP

24h

24h

Biogéo-

chimie

Glace

de mer

10 ans

Aérosol-Chimie

MOCAGE Moyennes

Climatiques

5 ans

O3 (MOBIDIC)

+ GES et occupation sols

(IMAGE)

Emissions

24h

Vers la modélisation du système climatique

Past-Climat

Simulations centennales CMIP5

Moyennes multi-modèles et intervalles de confiances

réchauffement global en surface (GIEC, 2007)

1,1°C

6,4°C

GIEC AR4, 2007

40

Most recent results on new IPCC scenarios (CMIP5)

Global mean surface temperature in °C

²

Une idée du changement climatique

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060 2080 210016

1718

19

20

212223

24

252627

2003

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060 2080 210016

1718

19

20

212223

24

252627

Température moyenne d’été Observations et scénario A2

43

Urban Meteorology and Climate Change

Bueno et al (2012)

De Munck et al (2012)

DRY-AC x 2 Doublement de la climatisation sèche

DRY-AC Uniquement des systèmes de climatisation sèche

REAL-AC Systèmes de climatisation actuel

NO-AC Scénario de base, sans climatisation

Air-conditionning increases the temperature during 2003 drought

Tr1 …Tr3

Tw1 …Tw3

TR1…TR3

snow water

Tair, Huair

QH roof

QE roof

QH wall

QH road

QE road

QH traffic

QE traffic

QH industry

QE industry

QH top

QE top

Tibld

TEB: town energy budget model

Urban Meteorology and Climate Change

Végétation urbaine et Hydrologie urbaine

• Interactions végétation/bâti dans la rue

• Module de toitures végétalisées

• Modélisation du sous-sol urbain et des échanges en eau sol/surface/atmosphère

TEB ISBA

TEB(ISBA)

Future

Etude de l’effet des bâtiments de CDG sur la formation du brouillard

Maille hor.=1.5m, vert.= 1m Frontières immergées

(Bergot et al, 2014)

Meso-NH

Merci