Optimisation du temps de traitement et de calcul et du volume des

La gestion du temps de calcul et des volumes de fichiers en entr´ee et en sortie de la chaˆıne est un point particuli`erement important, afin de permettre la mise en œuvre concr`ete de la chaˆıne. En effet, les sorties de la chaˆıne de pr´evision d’ensemble des d´ebits sont multipli´ees par 51 par rapport `a une simulation d´eterministe.

Afin de r´eduire le temps de calcul n´ecessaire `a la simulation, il a ´et´e envisag´e d’augmenter le pas de temps du mod`ele ISBA.

Alot et al. (2005) ont montr´e que l’augmentation du pas de temps d’ISBA est possible sans d´et´eriorer significativement les r´esultats en terme de d´ebits. On utilise donc pour les pr´evisions d’ensemble un pas de temps de 20 minutes (au lieu de 5 minutes pour la chaˆıne SIM temps r´eel), ce qui r´eduit tr`es significativement le temps de calcul. On conserve pour MODCOU les mˆemes pas de temps que pour le module MODCOU temps r´eel (3H pour les ´ecoulements superficiels, 1 jour pour l’´evolution du souterrain).

Enfin, la quantit´e d’information contenue dans les fichiers de sortie a ´et´e r´eduite au mi- nimum afin de ne pas produire un volume de donn´ees trop important, tout en conservant les donn´ees n´ecessaires `a l’analyse de la pr´evision.

3.2.4 Les performances de la chaˆıne de pr´evisions d’ensemble des d´ebits

SIM `a moyen terme (chaˆıne CEPMMT)

Une analyse statistique des scores concernant dans un premier temps les pr´ecipitations, puis les d´ebits, a ´et´e r´ealis´ee par Rousset-Regimbeau (2007) durant sa th`ese. Je vais en rappeler ici bri`evement les principales conclusions.

La p´eriode d’´etude se situe du 4 septembre 2004 au 31 juillet 2005, qui est une p´eriode remarquablement peu pluvieuse. La r´ef´erence pour cette validation est l’analyse SAFRAN pour les pr´ecipitations, et la simulation SIM analyse (c’est-`a-dire utilisant les pr´ecipitations et temp´eratures de l’analyse SAFRAN en entr´ee) pour les d´ebits. Ce choix de validation (pour les d´ebits) a ´et´e pr´ef´er´e `a une validation par rapport `a des observations de d´ebits, car la chaˆıne de pr´evisions d’ensemble temps r´eel SIM n’est jamais recal´ee par rapport `a des observations de d´ebits. Son avantage est que l’on teste ainsi la chaˆıne en conditions ”mod`ele parfait”, et donc qu’on ne qualifie que l’apport des pr´evisions d’ensemble en s’affranchissant des d´efauts de mod´elisation. Cependant, l’inconv´enient qui r´esulte est que l’on ne quantifie ainsi pas suf- fisamment l’apport d’une pr´evision ensembliste pour un utilisateur (SCHAPI ou Services de Pr´evision des Crues par exemple).

Analyse statistique des pr´ecipitations d´esagr´eg´ees de la chaˆıne de pr´evisions d’ensemble m´et´eorologiques du CEPMMT

Afin de comprendre le comportement des pr´evisions d’ensemble de d´ebits, il convient tout d’abord de s’int´eresser aux pr´evisions d’ensemble de pr´ecipitations utilis´ees en entr´ee du syst`eme.

L’´ecart quadratique moyen entre la moyenne de l’ensemble et l’analyse SAFRAN est du mˆeme ordre de grandeur que la dispersion de l’ensemble, avec une augmentation sensible avec l’´ech´eance. Ce respect des deux ordres de grandeur est une caract´eristique refl´etant la bonne qualit´e d’une pr´evision d’ensemble. Cependant, l’ensemble tend `a surestimer les faibles pluies, et `a sous-estimer les fortes pluies. On peut aussi noter que jusqu’aux derni`eres ´ech´eances, la pr´evision d’ensemble reste meilleure que la climatologie (BSS et RP SS positifs).

N´eanmoins, il est important de noter que la dispersion des membres de l’ensemble aux premi`eres ´ech´eances (environ 2 jours) est trop faible. Ceci est dˆu `a la nature de la conception des vecteurs singuliers de la pr´evision d’ensemble produite par le CEPMMT, qui est d´edi´ee `a la pr´evision `a moyen terme, plutˆot qu’`a la pr´evision `a court terme (vecteurs singuliers calcul´es pour ˆetre optimaux `a partir de 48H de pr´evision).

De plus, au vu de la p´eriode d’´etude particuli`erement s`eche, il est relativement difficile de qualifier le comportement de l’ensemble pour les ´ev`enements de forte pluie. Il a ´et´e montr´e que l’ensemble est capable d’apporter une information pertinente en cas de faible pr´ecipitation et de s´echeresse, avec en particulier tr`es peu de fausses alarmes sur les p´eriodes sans pluie.

Enfin, une ´etude des r´esultats pour 9 grands bassins franc¸ais a montr´e que les diff´erences ´etaient faibles, si ce n’est des scores un peu moins bons pour le bassin du Rhˆone et le Sud-Est de la France, et des scores un peu meilleurs pour les bassins de la Seine, de la Loire et de la Charente.

L’´etude r´ealis´ee par Rousset-Regimbeau (2007) a mis en ´evidence certaines limites dans la m´ethode de d´esagr´egation spatiale des pr´ecipitations, qui reste relativement simple, et pour- rait ˆetre affin´ee. De plus, cette m´ethode n’agit pas sur les caract´eristiques statistiques de l’en- semble. N´eanmoins, il existe des outils permettant d’am´eliorer la fiabilit´e et la r´esolution qu’il serait possible d’appliquer aux pr´evisions d’ensemble de pr´ecipitations du CEPMMT.

Enfin, il est souhaitable de poursuivre cette ´etude statistique sur une p´eriode plus longue, et plus pluvieuse. On peut penser `a la p´eriode 2006/2009, dont les sorties sont d´esormais disponibles. Cependant, il se pose le probl`eme de l’influence des am´eliorations apport´ees r´eguli`erement au syst`eme de pr´evisions d’ensemble m´et´eorologiques du CEPMMT (augmen- tation de la r´esolution en f´evrier 2006, Var-EPS (Buizza et al. (2007))) sur les scores statis- tiques.

Analyse statistique des d´ebits de la chaˆıne de pr´evisions d’ensemble des d´ebits SIM- CEPMMT

L’analyse statistique des performances du syst`eme de pr´evisions d’ensemble des d´ebits sur la p´eriode septembre 2004 - juillet 2005, a mis en ´evidence plusieurs caract´eristiques (Rousset- Regimbeau (2007)).

Pour les quatre grandes stations pr´esent´ees en d´etail dans l’´etude de Rousset-Regimbeau (2007) (Seine `a Paris, Loire `a Nantes, Garonne `a Tonneins et Rhˆone `a Beaucaire), la moyenne de l’ensemble est capable de reproduire correctement les d´ebits analys´es sur la p´eriode. L’EQM et la dispersion sont du mˆeme ordre de grandeur, en particulier pour la Seine et la Loire. Ailleurs, la dispersion est sensiblement plus faible.

Les diagrammes de Talagrand de ces quatre stations font toutefois apparaˆıtre une faiblesse dans la dispersion de l’ensemble, en particulier aux premi`eres ´ech´eances. Ceci est li´e principa- lement aux pr´evisions d’ensemble de pr´ecipitations elles-mˆemes. En effet, elles sont produites `a des fins de pr´evision `a moyenne ´ech´eance, et non `a courte ´ech´eance, et sont optimis´ees pour avoir une dispersion maximale `a partir de 48H d’´ech´eance seulement.

Ensuite, les diagrammes ont une forme plus plate, ce qui indique que la fiabilit´e augmente, principalement pour la Seine et la Loire. Ailleurs, le manque de dispersion reste encore vi- sible. Les aspects hydrologiques, en particulier des grands bassins, induisent un retard dans la dispersion des d´ebits par rapport `a la dispersion des pr´ecipitations, ce qui ne va pas dans le sens d’une dispersion assez forte au d´ebut de la pr´evision. La faiblesse de la dispersion est en partie due au fait que seule une partie de la variabilit´e des d´ebits est prise en compte dans notre syst`eme. En effet, les seuls ´el´ements perturb´es sont les pr´evisions de pr´ecipitations et de temp´erature. Une prise en compte des incertitudes dans l’´etat initial ou dans la mod´elisation hydrologique par exemple permettrait vraisemblablement d’obtenir une dispersion plus grande de l’ensemble des d´ebits pr´evus.

De plus, les scores statistiques obtenus pour la majorit´e des stations sont globalement bons, avec en particulier des Brier Skill Scores et des Ranked Probability Skill Scores proches de 1, et positifs pour plus de 99% des stations, ce qui indique que l’ensemble est une meilleure pr´evision que la climatologie. On constate aussi que les meilleurs Skill Scores sont obte- nus pour les bassins les plus ´etendus. La d´ecomposition du score de Brier pour les quatre grandes stations pr´esent´ees montre qu’aux premi`eres ´ech´eances, la fiabilit´e est faible (donc bonne), et la r´esolution est forte (c’est-`a-dire bonne). Avec l’´ech´eance, on note logiquement une d´egradation de ces deux param`etres.

Il apparaˆıt ´egalement que l’ensemble est capable de produire de bonnes pr´evisions des faibles d´ebits, car dans cette situation les scores sont bons (BS, RPS et Skill Scores associ´es). En particulier, le taux de fausses alarmes associ´e `a ce type d’´ev`enements est tr`es faible pour une grande majorit´e de stations, et le taux de succ`es tout `a fait correct. Au vu de la p´eriode d’´etude particuli`erement s`eche, il est plus difficile de conclure sur les capacit´es de l’ensemble `a pr´evoir les tr`es forts d´ebits, du fait de leur raret´e dans l’´echantillon utilis´e pour la v´erification. Rousset-Regimbeau (2007) a aussi mis en place un site web interne de visualisation des sorties quotidiennes de la chaˆıne de pr´evision d’ensemble de d´ebits temps-r´eel. Ce site est dis- ponible `a l’adresse suivante : http ://dpnet.meteo.fr/DCLIM/hydro/SIM/site modcou/index ge- neral.htm. On peut ainsi y trouver pour une s´election de stations sur la France des tableaux d’alerte repr´esentant le pourcentage de membres des pr´evisions d’ensemble d´epassant un seuil donn´e d´efini par les SPC (Services de Pr´evision des Crues) utilisateurs. Pour chaque station, on peut aussi trouver les d´ebits de la chaˆıne SIM-analyse des 30 derniers jours, les d´ebits d’ensemble journaliers `a 10 jours d’´ech´eance, ainsi que les tableaux d’alerte des 30 derniers jours.

Un effort est men´e avec le SCHAPI (Service Central d’Hydrom´et´eorologie et d’Appui `a la Pr´evision des Inondations) et les SPC afin de permettre l’utilisation de ces sorties quotidiennes dans l’estimation de la vigilance crue. La r´eflexion commune porte sur la d´etermination des seuils utilis´es et la n´ecessit´e demand´ee par les utilisateurs de disposer de pr´edictions coh´erentes avec les d´ebits observ´es. Le SCHAPI et les SPC ont acc`es aux pr´evisions d’ensemble de d´ebits de SIM grˆace `a une copie du site cit´e ci-dessus.