Impact de l’analyse sur la prévision à très courte échéance

Des prévisions Méso−NH ont ensuite été effectuées à partir de l’analyse obtenue. Les champs de réflectivités et d’humidité relative sont montrés sur les Figures 8.7 et 8.8 respective− ment après une heure et deux heures de simulation. À une heure de prévision, des précipitations se sont formées dans la zone de forte humidité, mais après deux heures de prévision, le système

(a : ASM) A B Bollène (b : ASM−EBC) A B Bollène

FIG. 8.6 – Humidité relative (%) à 4000 m MSL le 8 septembre 2002 à 1800 UTC. (a) ASM (analyse 3DVar), (b) incrément d’analyse (ASM−EBC).

ne s’est pas maintenu sur la zone et s’est déplacé vers le nord comme dans EBC et contrairement à ce qui est observé (RFR).

Ceci est sans doute dû à la mauvaise qualité de l’initialisation en basses couches d’EBC qui ne favorise pas le maintien de la convection au bon endroit. En effet, on voit sur la Figure 8.9 que la plage d’air froid sous orage est bien développée dans RFR, mais qu’elle n’est pas développée dans EBC. La simulation ASM ne parvient pas à reproduire la plage d’air froid observée dans RFR. Or, il a été montré que la plage d’air froid est un élément essentiel pour ce cas dans l’entretien et la position du système (Ducrocq et al., 2007) en forçant le jet de basse couche conditionnellement instable provenant du sud à s’élever et ainsi entretenir la convection au sud des reliefs des Cévennes et des Alpes. L’assimilation des réflectivités seules à cette échéance où la plage froide est bien développée ne permet pas de l’initialiser correctement à cause du fait que les réflectivités sont principalement observées en altitude et que le faible couplage de l’humidité avec les autres champs de la variable de contrôle (notamment la température) ne permet pas d’ajuster ces champs. Cette initialisation de l’humidité en moyenne et haute troposphère ne permet pas au modèle de recréer la plage froide à très courte échéance. Comme indiqué au chapitre précédent, pour être cohérent avec l’analyse d’humidité, les hydrométéores présents dans l’ébauche sont supprimés si l’humidité relative est inférieure à 85 %. Appliquée à l’analyse ASM à 1800 UTC, cette correction ne modifie pratiquement pas les champs d’hydrométéores initiaux. Afin de tester la sensibilité des simulations à l’initialisation des hydrométéores, nous avons construit une analyse identique à celle d’ASM mais en retirant les hydrométéores lorsque l’humidité relative est inférieure à 95 % au point de grille. Nous avons noté cette expérience ASM*_{. L’effet de cet ajustement sur l’analyse est}

illustré Figures 8.10abc qui présentent les réflectivités calculées à partir des hydrométéores présents à 1800 UTC dans les analyses et ébauches. Une grande partie des précipitations situées dans des zones non−précipitantes dans la simulation RFR est retirée par cet ajustement. Nous avons alors évalué l’impact de cet ajustement d’hydrométéores sur les deux premières heures de prévision et nous avons constaté que cet impact était largement négligeable et ne semblait pas influencer la dynamique du système de manière significative (Fig. 8.10d). Nous avons donc conservé par la suite l’ajustement de départ (suppression des hydrométéores lorsque l’humidité relative maximale est inférieure à 85 % sur la colonne).

162 8.3 Assimilation 1D+3DVar complète — Cas du Gard (RFR à 1900 UTC) Bollène (RFR à 2000 UTC) Bollène (EBC à 1900 UTC) Bollène (EBC à 2000 UTC) Bollène (ASM à 1900 UTC) Bollène (ASM à 2000 UTC) Bollène

FIG. 8.7 – Réflectivités (à 2000 m MSL, en dBZ) à 1900 UTC et 2000 UTC pour les simulations RFR, EBC et ASM.

(RFR à 1900 UTC) (RFR à 2000 UTC)

(EBC à 1900 UTC) (EBC à 2000 UTC)

(ASM à 1900 UTC) (ASM à 2000 UTC)

FIG. 8.8 – Isolignes de réflectivités à 10 dBZ (en rouge) superposées sur l’humidité relative (%) à 4000 m MSL le 8 septembre 2002 à 1900 UTC et 2000 UTC.

164 8.3 Assimilation 1D+3DVar complète — Cas du Gard

RFR à 1800 UTC RFR à 1900 UTC RFR à 2000 UTC

EBC à 1800 UTC EBC à 1900 UTC EBC à 2000 UTC

ASM à 1800 UTC ASM à 1900 UTC ASM à 2000 UTC

Vent : 20 m· s−1 θv (K) :

291 292 293 294 295

FIG. 8.9 –θv (en K) au deuxième niveau du modèle, vitesse verticale supérieure à 1 m· s−1 à 2000 m

(a : RFR à 1800 UTC) Bollène (b : EBC à 1800 UTC) Bollène (c : ASM*_{à 1800 UTC)} Bollène (d : ASM*_{à 2000 UTC)} Bollène

FIG. 8.10 – Réflectivités (dBZ) à 4000 m MSL le 8 septembre 2002. (a) RFR à 1800 UTC, (b) EBC à 1800 UTC, (c) ASM*_{à 1800 UTC, (d) ASM}*_{à 2000 UTC.}

En conclusion, cette OSSE sur un cas de système convectif de mésoéchelle bien développé nous a permis :

– de valider la chaîne complète d’assimilation 1D+3Dvar. Aucune explosion numérique n’a été constatée et le modèle est capable de générer un système convectif de mésoéchelle cohérent à partir de l’analyse produite ;

– de vérifier que la procédure complète est bien capable d’humidifier globalement dans la zone du système précipitant et d’assécher hors de la zone ;

– de constater, comme cela a été montré par le passé sur d’autres cas, que la modification seule de l’humidité en moyenne et haute troposphère n’est pas toujours suffisante pour que le modèle reconstruise toute la dynamique du système précipitant et en particulier la plage d’air froid sous−orage qui est bien développée à l’instant de l’analyse dans les obser− vations. L’assimilation conjointe d’autres observations (par exemple observations de sur− face pour décrire le refroidissement dans les basses couches) et la réalisation de l’analyse lorsque le système est encore dans sa phase de croissance sont des pistes d’amélioration qui seront explorées dans le chapitre suivant avec des données réelles.

Chapitre 9

Assimilation de données réelles (OSEs)

Dans ce chapitre, le cas du Gard est utilisé afin de tester l’effet de l’assimilation de données de réflectivités réelles sur la qualité de la prévision à haute résolution. La première section présente les résultats obtenus pour les prévisions issues d’une analyse unique des réflectivités. Dans la seconde section, on étudie le bénéfice apporté par tout un cycle d’assimilation, puis on évalue l’effet de la réduction des portées horizontales dans la matrice B dans la troisième section avant de conclure.

9.1

Expériences à une analyse

Les caractéristiques des expériences réalisées sont présentées Tableau 9.1. Toutes les si− mulations sont effectuées avec Méso−NH avec deux domaines emboîtés avec interaction bi− directionnelle. Le domaine père a une résolution de 10 km, tandis que le domaine fils a une résolution de 2,5 km. Une expérience de référence (REF12) démarre de l’analyse Arpege valide à 1200 UTC le 8 septembre 2002. Une seconde simulation (RAD12) démarre d’une analyse où ont été assimilées uniquement des réflectivités du radar de Bollène à 1200 UTC à l’aide du système d’assimilation 1D+3DVar. L’ébauche est fournie par l’analyse Arpege à 1200 UTC (c’est−à−dire les conditions initiales de REF12).

On a vu au chapitre précédent que l’initialisation des basses couches et en particulier de la plage froide sur le delta du Rhône était susceptible d’améliorer la position du MCS, en le plaçant plus au sud (la plage froide joue en quelque sorte le rôle du relief entretenant une convection plus au sud). On a donc effectué une deuxième expérience (SURF12) qui démarre d’une analyse où on assimile seulement les données de surface (humidité relative et température à 2 m ainsi que vent à 10 m) du réseau opérationnel Radome de Météo−France à 1200 UTC, ainsi qu’une troisième expérience (RS12) pour laquelle on assimile à la fois les données de surface et les réflectivités.

Les analyses sont effectuées sur le domaine à 10 km et sur le domaine à 2,5 km. Par la suite

Expérience données supplémentaires assimilées REF12 aucune

RAD12 réflectivités SURF12 données de surface

RS12 réflectivités + données de surface

TAB. 9.1 – Caractéristiques des expériences à une analyse ayant pour ébauche l’analyse Arpege valide le 8 septembre 2002 à 1200 UTC.

168 9.1 Expériences à une analyse (a) 8 dBZ 16 dBZ 24 dBZ 32 dBZ 40 dBZ 48 dBZ 56 dBZ 64 dBZ données absentes hors de portée (b) 8 dBZ 16 dBZ 24 dBZ 32 dBZ 40 dBZ 48 dBZ 56 dBZ 64 dBZ données absentes hors de portée (c) 8 dBZ 16 dBZ 24 dBZ 32 dBZ 40 dBZ 48 dBZ 56 dBZ 64 dBZ données absentes hors de portée (d) 8 dBZ 16 dBZ 24 dBZ 32 dBZ 40 dBZ 48 dBZ 56 dBZ 64 dBZ données absentes hors de portée

FIG. 9.1 – CAPPIs des réflectivités (dBZ) assimilées par le système d’assimilation à 1200 UTC le 8 septembre 2002 pour le radar de Bollène à 500± 200 m (a), 1000 ± 300 m (b), 2000 ± 500 m (c), 4000± 1000 m (d). Les données absentes ont été éliminées par le contrôle de qualité.

on ne s’intéresse qu’au domaine à 2,5 km car les champs à 10 km sont fortement rappelés vers ceux du domaine à 2,5 km dans la zone de recoupement entre les deux domaines. Les matrices

B sont celles décrites à la Sec. 7.2.1.