h. brenot, v. ducrocq et a. walpersdorf

H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf

présentation des journées Méso-NH des 7-8 mars 2002

Simulateurs d’observations GPS dans

Méso-NH et potentiel de ces mesures dans la prévision des pluies intenses

PLAN

I. Potentiel de la mesure GPS I.1 Principe de la mesure du Délai Zénithal Total (ZTD) I.2 Principe de l’extraction de l’eau précipitable (IWV) à partir du ZTD I.3 Principe de la mesure du Gradient de Délai (G ,G )

II. Simulateurs Méso-NH (cas du 8-9 septembre 2002)

II.1. Simulateur de ZTD (« Zenith Total Delay ») II.2. Simulateur de STD (« Slant Total Delay ») II.3. Simulateur de Gradients (G ,G )

Conclusions et perspectives

NS EW

NS EW

STD

STD

Slant Total Delay

I. Potentiel de la mesure GPS

n(s): indice de réfraction

de l’atmosphère

- Constellation d’une trentaine de satellites (rotation terrestre en 12h)

- Mesure de la vitesse de propagation des signaux GPS

- Conversion de la vitesse de propagation en une distance induite par l’atmosphère (délai)

- Délai = distance différentielle par rapport à la propagation dans le vide,

- Mesures de STD (délais obliques en direction des satellites visibles par un récepteur)

pour un même temps de parcours (exprimée en m)

STD

STD

Slant Total Delay

I.1 Principe de la mesure du Délai Zénithal Total (ZTD)

n(s): indice de réfraction

de l’atmosphère

- Précision centimétrique du ZTD

ZTD = STD .projection (satellite i)_____________________________________

i zénith

Satellite dans une direction i

I. Potentiel de la mesure GPS

- Le système d’inversion (résolution 4D) restitue un ZTD moyen tous les quarts d’heure

STD

STD

Slant Total Delay

n(s): indice de réfraction

de l’atmosphère

- Précision centimétrique du ZTD

- ZTD = ZHD + ZWD

délai hydrostatique délai humide

environ 2,20 m de 0,05 mà 0,40 m

I.1 Principe de la mesure du Délai Zénithal Total (ZTD)

I. Potentiel de la mesure GPS

- Le système d’inversion (résolution 4D) restitue un ZTD moyen tous les quarts d’heure

STD

STD

Slant Total Delay

n(s): indice de réfraction

de l’atmosphère

- Précision centimétrique du ZTD

- ZTD = ZHD + ZWDenviron 2,50 m

de 0,05 mà 0,40 m

+ ZHmD + ZCO2D

délai hydrométéores délai CO

de 0,00 mà 0,07 m

de 0,001 mà 0,005 m

I.1 Principe de la mesure du Délai Zénithal Total (ZTD)

²

I. Potentiel de la mesure GPS

- Le système d’inversion (résolution 4D) restitue un ZTD moyen tous les quarts d’heure

délai hydrostatique délai humide

Mesures de P et Tsol sol+Mesures de

I.2 Principe de l’extraction de l’eau précipitable (IWV) à partir du ZTD GPS

f (P , lat, alt)sol

Mesures de P et Tsol sol+Mesures de

I.2 Principe de l’extraction de l’eau précipitable (IWV) à partir du ZTD GPS

f (P , lat, alt)sol

Mesures de P et Tsol sol+Mesures de

I.2 Principe de l’extraction de l’eau précipitable (IWV) à partir du ZTD GPS

f (P , lat, alt)sol

Mesures de P et Tsol sol+Mesures de

I.2 Principe de l’extraction de l’eau précipitable (IWV) à partir du ZTD GPS

f (P , lat, alt)sol

Mesures de P et Tsol sol+Mesures de

ZWD (m) IWV (kg/m²)

I.2 Principe de l’extraction de l’eau précipitable (IWV) à partir du ZTD GPS

f (P , lat, alt)sol

Mesures de P et Tsol sol+Mesures de

1 kg / m² de IWV

6 mm de ZWD

I.2 Principe de l’extraction de l’eau précipitable (IWV) à partir du ZTD GPS

Gradient = G u + G uSTD(10°) NS NS EW EW

G = STD (10°) – STD (10°)___________ ___________

NS N S

G = STD (10°) – STD (10°)___________ ___________

EW E W

Slant Total Delay

STD

STD (10°)___________

STD (10°)___________

W E

I.3 Principe de la mesure du Gradient de Délai

II. Simulateurs Méso-NH (cas du 8-9 septembre 2002)

Observables GPS codés dans DIAG (Méso-NH)

II.1. Simulateur de ZTD

II.2. Simulateur de STD

II.3. Simulateur de Gradient

- position du site GPS i

- azimut et élévation du tir, déduits éventuellement de la position du satellite visible

- position du site GPS

- azimut et élévation des satellites visibles

- position du site GPS (latitude, longitude, altitude)

~ m

XI I

I I

I

I II I I

I I I

I I I

I

I I I

I

II

I

I

I I I

I

I

I

I

I

I

domaine Méso-NH

extérieur du modèle f (P , lat, alt)

~ 0.15 mtop

topz ~20 kmPtop

orographie Méso-NH

niveau

MésoNH

I

5

II.1. Simulateur de ZTD

~ m

XI I

I I

I

I II I I

I I I

I I I

I

I I I

I

II

I

I

I I I

I

I

I

I

I

I

domaine Méso-NH

extérieur du modèle f (P , lat, alt)

~ 0.15 mtop

topz ~20 kmPtop

orographie Méso-NH

niveau

MésoNH

I

5

x

position GPS

II.1. Simulateur de ZTD

~ m

XI I

I I

I

I II I I

I I I

I I I

I

I I I

I

II

I

I

I I I

I

I

I

I

I

I

domaine Méso-NH

extérieur du modèle f (P , lat, alt)

~ 0.15 mtop

topz ~20 kmPtop

orographie Méso-NH

niveau

MésoNH

I

5

x

position GPS

II.1. Simulateur de ZTD

Calculs de ZTD dans trois simulations Méso-NH sur le cas des inondations du Gard (8-9 sept. 2002)

ARP12 : initialisation par l’analyse ARPEGE à 12 UTC le 8 septembre 2002

RAD12 : méthode d’initialisation (Ducrocq et al., 2000) par analyse à méso-échelle des observations de surface et ajustements de l’humidité et des hydrométéores basés sur l’imagerie RADAR et satellitaire infrarouge AMA12 : identique à RAD12 sans les ajustements de l’humidité et des hydrométéores

II.1. Simulateur de ZTD

[Delrieu et al. 2004]CHRN.

[Brenot et al., 2004], soumis à JGR

II.1. Simulateur de ZTD

Simulation à 2.5 km de résolution du cas du Gard

Précipitations Précipitations

II.2. Simulateur de STD

élévation fixeazimut variable

- Orographie non rencontrée

- Hauteur de 9 km atteinte en sortie du domaine fils

II.2. Simulateur de STD

CHRN.

élévation fixeazimut variable

- Orographie non rencontrée

- Hauteur de 9 km atteinte en sortie du domaine fils

II.2. Simulateur de STD

CHRN.

élévation fixeazimut variable

II.2. Simulateur de STDCHRN.

élévation et azimuten direction des satellites (ramenés à 10° d’élévation

par la fonction de projection)

II.2. Simulateur de STDCHRN.

problème de la fonction de projection pour les élévations proches de la verticale

II.2. Simulateur de STDCHRN.

Stratégie de tirs en direction des satellites . ajustement par moindre carré

Stratégie à 96 tirs . 8 directions azimutales . sous 12 élévations

h int

h > 9 km int

[Chen and Herring, 1997]

[Niell, 1996]

2 types de simulateurs de Gradients à partir des STD intégrés

II.3. Simulateur de Gradient

CHRN.

AIGL.SOPH

II.3. Simulateur de Gradient

Stratégie à 96 tirs

Stratégie à 96 tirsStratégie à 96 tirs

.

CHRN.

AIGL.SOPH

II.3. Simulateur de Gradient

Stratégie à 96 tirs

Stratégie à 96 tirsStratégie à 96 tirs

.

Conclusions

• Trois observables GPS (ZTD, STD et gradients) bientôt disponibles dans Méso-NH • Tests de sensibilité sur la formulation de ces observables

• Intérêt des observations GPS pour la Validation des simulations Méso-NH

• Sur le cas du 8-9 sept. 2002 : meilleure correspondance des observations et des observables pour la simulation démarrant d’une analyse à méso-échelle (RAD12) qui fournit aussi la meilleure simulation des précipitations

• Gradients : comparaison observables Méso-NH et traitements GPS à améliorer, avec prise en compte de l’effet de lissage spatio-temporel

• Assimilation hybride 3D-Var ALADIN/Méso-NH de ZTD (collaboration GMAP-GMME) : opérateur ZTD développé,

test de l’impact de l’assimilation des ZTD sur le cas du 8-9 septembre à venir

Perspectives