Les modèles utilisés par Météo-France - Cécile GAUTIER Météo-France
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1 Les modèles utilisés par Météo-France Cécile GAUTIER Météo-France
Paramètres météorologiques et 2
pollution de l'air
Paramètres météorologiques pertinents dans les mécanismes de pollution de l’air :
le vent qui peut transporter, brasser, diluer.
Il joue un rôle important dans la dispersion ou
l’accumulation des polluants.
la turbulence qui diffuse :
en air plus turbulent, les zones sont plus étendues
mais les concentrations moindres.
2 sources
la stabilité thermique qui pilote
la turbulence donc le mélange.
L’efficacité du mélange dépend
de la stabilité thermique (en air stable : mélange
faible des polluants, en air instable : mélange fort).
la température (influences sur changements d’état de la matière, sur la cinétique des changements
d’état et des réactions chimiques, sur la concentration maximale dans l’air)
les nuages dont les gouttelettes les constituant piègent, dissolvent, enveloppent.
les précipitations qui lessivent.
Les conditions atmosphériques ne sont pas responsables de la pollution
mais la favorisent ou l'atténuent.
3
Des modèles météorologiques
Pour la prévision du temps, Météo-France développe et utilise des modèles numériques de
l’atmosphère.
Ces modèles connaissent à tout instant, tout autour de la terre, et du sol au sommet de
l’atmosphère, les paramètres météorologiques tels que :
température,
vent,
humidité,
pression,
précipitations,
couches nuageuses.
Ces paramètres sont prévus jusqu’à 10 jours d’échéance.
Les modèles d'atmosphère sont utilisés pour la prévision du temps et pour alimenter
d’autres modèles, comme les modèles :
de prévision des vagues,
de prévision des surcotes,
de transport de polluant, …
4
Une mise en boîte de l’atmosphère
1. On découpe :
l’atmosphère en boîtes du sol au sommet : leur projection sur la
surface est la « maille » du modèle, aussi appelée résolution
horizontale du modèle.
l’échéance de prévision en courts intervalles de temps, appelés
« pas de temps ».
Dans chaque boîte :
2. les mesures météorologiques (température, pression, vent,
humidité) au sol et en altitude sont assimilées par le modèle et
interpolées pour définir un « état initial » de l’atmosphère.
3. l’évolution des paramètres météorologiques est calculée à partir de
l’état initial, de « pas de temps » en « pas de temps » jusqu’à
atteindre l’échéance souhaitée.
Les calculs du modèle sont des moyennes dans chaque boîte : si les boîtes sont trop grossières, la description de l'atmosphère ne
peut pas être précise.
Nécessité d’adapter
la maille aux phénomènes
à prévoir
5
Les différentes échéances de prévisions
6h 5j 10j 1 mois
PI CE ME LE
Prévision Courte Echéance Moyenne Echéance Longue Echéance
Immédiate (PI) (CE) (ME) (LE)
Echéance Quelques heures Quelques jours De 5 à 10 jours Au-delà de 10 jours
phénomènes de
taille phénomène de taille taille caractéristique un signal sur les
caractéristique caractéristique d’environ 7 000 km : conditions
d’environ 50 km : d’environ 2 000 km : moyennes à
Phénomènes attendre
orages, lignes de sur les 2 semaines
grains/rafales, arrivée d’une indications sur le à venir
averses, perturbation, d’une type de temps, sur (température,
brouillards, ... tempête une tendance précipitations)
Actuellement, pas de modèle d’atmosphère unique embrassant l’ensemble des échelles
de temps.
6
La chaîne de prévisions du temps
Des observations (sol,
altitude) qui vont être
assimilées par …
des modèles numériques simulant
l’évolution de l’atmosphère,
tournant sur des calculateurs
permettant d’obtenir des cartes de
prévisions de températures, vents,
pressions, … en surface et en
altitude : analysées et expertises
par des prévisionnistes
Les différents modèles 7
d’atmosphère
Modèle CEP (modèle européen)
• Domaine : mondial
• Résolution horizontale : 14 km
• Nombre de niveaux sur la verticale : 137
• Pas de temps : 15 minutes
• Echéances : 240 heures (réseaux de 0h et 12h) à 90 heures
(réseaux de 6 et 18 h)
Modèle ARPEGE (modèle Météo-France et CEP)
• Domaine : mondial
• Résolution horizontale : maille variable,
10 km sur la France à 60 km aux antipodes
• Nombre de niveaux sur la verticale : 70
• Pas de temps : 10 minutes
• Echéances : 60 heures (réseau de 18 h)
à 102 heures (réseau de 0h) ; 4 réseaux/jour
Modèle AROME (modèle Météo-France)
• Domaine : aire limitée sur la France,
conditions aux limites alimentées par Arpège,
forçage toutes les heures par Arpège
• Résolution horizontale : 2,5 km
• Nombre de niveaux sur la verticale: 60
• Pas de temps : 1 minute
• Echéances : 30 heures (réseau de 0h, 3h, 6h,
18h) à 36 heures (réseau de 12h) ; 8 réseaux/jour
8
Assistance de Météo-France en cas de pollution
On distingue 2 types de pollutions :
la pollution accidentelle. Emission ponctuelle => alertes environnementales
la pollution chronique. Emission surfacique (cadastres) => qualité de l’air
Origines de la pollution : Alertes environnementales. Cadre
nucléaire (Météo-France est CMRS (Centre national et institutionnel : assistance
Météorologique Régional Spécialisé) sur zone Europe et Afrique)
non nucléaire :
auprès des autorités nationales et locales en
cas d’urgence environnementale,
9 chimiques, hydrocarbures,
9 éruptions volcaniques (Météo-France est
à la cellule de crise préfectorale,
VAAC (Volcanic Ash Advisory Centers) )
à l’IRSN et à EDF pour les alertes nucléaires
dans le cadre de conventions,
en cas d’alerte chimique, convention avec
l’INERIS.
CMRS
Surveillance de la Qualité de l'Air :
1 convention-cadre Météo-France et DGEC,
avec des déclinaisons régionales par des
conventions
bilatérales entre Directions Interrégionales de
Météo-France et AASQA :
9en période normale : mise à disposition de données météorologiques
observées et prévues (AROME et ARPEGE),
VAAC
9en période d’alerte : accès à un site extranet avec des prévisions
météorologiques expertisées et un bulletin d’information
météorologique spécifique
9
Modèles de dispersion
La modélisation de la dispersion
comprend 3 ingrédients essentiels :
la représentation de la source
(ce qui est émis dans l’atmosphère et de quelle
manière : dépend du scénario de l’accident),
le forçage météorologique
(vent, température, humidité, stabilité
verticale…),
le traitement numérique du
transport atmosphérique
(représentation explicite ou paramétrisée, choix
du schéma de transport). Différentes techniques
En cas de crise, la méconnaissance
existent : choix guidé par les échelles de temps
et d’espace. de ces éléments génère une incertitude
forte sur le résultat de la simulation.
Modèles de dispersion utilisés à Météo-France :
PERLE pour l’échelle locale à régionale,
MOCAGE-Accident pour l’échelle régionale à globale.
Outils disponibles en cas de pollution 10
accidentelle
Transport Courte distance Transport Longue distance
Échelle de distance : 1-2km < L < 300km Échelle de distance : L > 300km
Échelle temporelle : < 12-24h Échelle temporelle : de 6-12h à quelques jours
Objectif : estimer la zone proche
(Qualité de l’air 11
La plateforme Prév’air (http://www.prevair.org) :
dispositif unique en Europe (Airnow en Amérique du Nord) qui utilise les modèles de chimie-transport
3D CHIMERE (CNRS-INERIS) et MOCAGE Qualité de l’Air (Météo-France) associés à des
prévisions météorologiques (AVN / NCEP + MM5 et ARPEGE, AROME).
Le modèle MOCAGE (MOdèle de Chimie Atmosphérique à Grande Echelle)
Qualité de l’air :
9 modèle développé par le CNRM (Météo-France) : modèle de transport et de dispersion des polluants qui
calcule l'évolution de la pollution dans les basses couches de l'atmosphère, à différentes échelles spatiales
(Globe, Europe et France) pour des périodes de quelques jours.
9 opérationnel depuis 2005 : 1 réseau/ jour fournissant des prévisions de polluants à 3 jours d’échéance
Modèle de Chimie-Transport off-line
9Forçage par champs météorologiques issus de modèle de prévision numérique du temps (vent, pression,
humidité, précipitations, vitesses verticales…)
9Cadastres d'émissions de polluants
9Transport : par advection (vent), par convection (courants verticaux), par diffusion turbulente
9Chimie et dépôts : lessivage par les précipitations, dépôt sec à la surface, réactions chimiques, dépôt
par sédimentation, décroissance radioactive
Représentation des polluants gazeux, liquides et solides contenus dans l’air :
9120 espèces gazeuses (Ozone, Oxydes d’azote, Monoxyde de carbone,…),
94 espèces d’aérosols primaires (carbonés (feux de forêt), poussières désertiques, anthropiques (rejets de l’industrie, du
transport), marins (embruns)).
MOCAGE fournit des prévisions des polluants réglementés (O3, NO, NO2, SO2, PM10 et PM2.5), des
espèces d’aérosols (carbonés, marins), de maxima d’indice UV, de poussières désertiques.12
FIN
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