Amélioration de l’estimation quantitative des précipitations

Pour répondre aux objectifs fixés en termes d’estimation des pluies, trois pistes de travail ont été exploitées :

 Piste 1: estimer la pluie et son incertitude par combinaison de données radar et pluviométriques, avec les questions suivantes : comment fusionner les données radar et pluviométriques ? Y a-t-il une valeur ajoutée à cette fusion ? Comment caractériser l’incertitude des estimations de pluie?

 Piste 2: s’appuyer sur le simulateur stochastique de pluie SAMPO (Leblois et Creutin, 2013) et des simulations de pluie conditionnelles (i.e. respectant les observations disponibles). Une version du simulateur correspondant à des pluies homogènes existait au début du projet qui a permis de produire un premier jeu de simulations conditionnelles sur l’Ardèche. Ce jeu de données a été mis à jour durant le projet, en intégrant les dernières avancées du modèle, et étendu à l’ensemble des Cévennes. D’autres travaux ont aussi porté sur l’adaptation du simulateur pour prendre en compte l’hétérogénéité spatiale des pluies telle que l’effet de relief

 Piste 3: (a) étude de la structure de dépendance spatiale des épisodes de pluies intenses sur un bassin, avec comme objectif de comparer la pertinence de différentes distributions statistiques (b) développement d'une nouvelle approche pour caractériser des sous-régions en termes de risque d'événements pluvieux intenses et qui permet de déduire des cartes de niveaux de retour

Plusieurs sources de données pluviométriques ont été utilisées dans ces travaux

 Piste 1 : les données des postes pluviométriques horaires et journaliers sur la fenêtre des Cévennes, ainsi que les mosaïques du réseau radar ARAMIS de Météo-France sur la période 2007-2014

 Piste 2 : les données des postes pluviométriques horaires sur le bassin versant de l’Ardèche, puis des Cévennes dans leur ensemble

 Piste 3 : (a) 8 postes pluviométriques journaliers sur le bassin des Gardons à Anduze (b) 332 postes pluviométriques journaliers sur la zone OHMCV élargie

6.2.1 Réanalyses radar sur la région Cévennes-Vivarais

L’établissement d’une longue série spatio-temporelle de pluie pour la région Cévennes- Vivarais, à haute résolution spatiale (1 km²) et temporelle (≤ 1 heure), est l’un des objectifs importants de l’Observatoire Hydrométéorologique Méditerranéen Cévennes-Vivarais. Dans le cadre du projet FloodScale, nous avons pu effectuer un ensemble de développements méthodologiques (Delrieu et al., 2014) et finaliser une réanalyse portant sur la période 2007-

2014 (Boudevillain et al., 2016). Celle-ci utilise les données radar du réseau ARAMIS de Météo-France et les données pluviométriques de trois organismes (Météo-France, Service de Prévision des Crues Grand Delta et Electricité de France).

Compte tenu des volumes de données radar à traiter au regard des moyens humains disponibles, nous avons fait le choix de définir des épisodes pluvieux significatifs (30 mm en une journée en un point du domaine d’étude) pour lesquels nous utilisons à la fois les données de la mosaïque radar de Météo France et les données des pluviomètres horaires (environ 250 appareils). Nous avons ainsi considéré 131 épisodes sur la période 2007-2014. Pour les pluies faibles à modérées, nos estimations s’appuient seulement sur le réseau pluviométrique. En termes de validation, nous avons mis en œuvre une technique de validation croisée pour les pas de temps infra-journaliers et nous avons utilisé des données pluviométriques journalières indépendantes (environ 180 appareils) pour une évaluation à ce pas de temps.

Pour les épisodes pluvieux sélectionnés, nous avons mis systématiquement en compétition trois méthodes d’estimation : la méthode de traitement opérationnelle des données radar (RAD), le krigeage ordinaire des pluviomètres (OK) et la fusion des données radar et pluviométriques par krigeage avec dérive externe (KED). Il est en effet important d’évaluer la performance de la technique de fusion par rapport à celle des systèmes d’observation considérés séparément, afin d’apprécier l’éventuelle valeur ajoutée de la fusion de données. La Figure 6-1montre les résultats de validation croisée au pas de temps horaire qui mettent en évidence la supériorité systématique de la méthode KED par rapport aux deux autres méthodes, à la fois en termes de biais et de corrélation spatio-temporelle à l’échelle événementielle. La méthode qui arrive en deuxième position est généralement la méthode OK pour les épisodes plutôt orographiques et la méthode RAD pour les épisodes de convection localisée. On constate sur le graphe du critère R² que la méthode de fusion fait aussi bien que la meilleure des deux autres méthodes et qu’il y a, pour un nombre assez important d’épisodes, une véritable synergie entre les deux systèmes d’observation avec une performance de la fusion supérieure à la meilleure des deux autres méthodes.

FloodScale : Rapport scientifique final Version : 3 Date :31/05/2016

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La Figure 6-2 montre les résultats de validation des méthodes OK et KED obtenus au pas de temps journalier par référence aux mesures pluviométriques indépendantes (non utilisées dans la mise en œuvre des méthodes). On attire l’attention du lecteur sur le fait que les estimations cumulées sont essentiellement non biaisées sur l’ensemble des épisodes et que la méthode KED présente une corrélation avec les observations légèrement supérieures à la méthode OK.

Figure 6-2 : Nuages de corrélation entre estimations horaires cumulées au pas de temps journalier (KED à gauche ; OK à droite) et mesures pluviométriques journalières non utilisées dans la mise en œuvre des méthodes d’estimation.

6.2.2 Réanalyses sur les bassins de méso-échelle

Outre les estimations sur grille régulière d’1 km² de résolution au pas de temps horaire, nous avons procédé avec les mêmes méthodes et données opérationnelles à des estimations pour un découpage des principaux bassins cévenols (Ardèche, Cèze, Gardons, Vidourle) en « mailles hydrologiques » de taille variant entre 5 et 300 km² pour les pas de temps de cumul de 1, 2, 4 et 6 heures. Nous avons également raffiné ces réanalyses pour les bassins de l’Auzon, de l’Avène et du Gardon à Saint Jean du Gard en exploitant les mesures pluviométriques opérationnelles au pas de temps infra-horaire (15 min, 30 min) et en prenant en compte les observations complémentaires déployées pendant l’EOP d’HyMeX (principalement le réseau Hpiconet en Ardèche) sur la période 2012-2014. Sur le bassin de l’Auzon, nous avons pu ainsi comparer la valeur ajoutée de l’imagerie radar à celle du réseau Hpiconet par rapport au réseau pluviométrique opérationnel (thèse d’A. Wijbrans).