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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